课时4.5 电解应用和计算-2021-2022学年高二化学选择性必修1精品讲义（人教版2019）

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课时 4.5 电解原理的应用及电解计算

【学习目标】

1、熟知电解饱和食盐水、电镀、电解精炼铜、电冶金的原理，会写其电极反应式及化学方程式

2、学会以电子守恒的观点进行电化学计算

【主干知识精讲】

一、电解原理的应用

1、电解饱和食盐水

(1)氯碱工业的概念：烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。

(2)电解饱和食盐水的原理

原理分析装置图

通电前氯化钠溶液中含有的离子是 Na ＋

、 Cl －

、 H ＋

、 OH －

通电时移向阳极的离子是 Cl －

、 OH －

，移向阴极的离子是 Na ＋

、 H ＋

电极

反应

阳极反应 2Cl－－2e－===Cl2↑ (氧化反应)

阴极反应 2H＋＋2e－===H2↑ (还原反应)

化学方程式 2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

离子方程式 2Cl－＋2H2O=====2OH－＋H2↑＋Cl2↑

(3)氯碱工业生产流程——工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行

阳离子交换膜电解槽

阳离子交换膜的作用

只允许 Na＋等阳离子通过，不允许 Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可

以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与

阴极产生的氢氧化钠溶液反应而影响氢氧化钠溶液的产量和质量

【微点拨】

①因为阳极产物 Cl2和阴极产物 H2会发生反应，Cl2和NaOH 会发生反应，因此工业上常用特殊的电解槽电解

饱和食盐水，一般用阳离子交换膜将电解槽分隔成两部分，以避免电解产物之间发生反应

②阳极区 Cl－放电生成 Cl2，生成的 Cl2少量溶于水会使阳极区呈酸性

(4)氯碱工业产品及其应用

①氯碱工业产品主要有 NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂

②电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等

领域中广泛应用

2、电镀

(1)电镀的概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺

(2)电镀的主要目：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观

根据右图，观察实验现象并写出电极反应

现象铁件表面镀一层红色的铜，铜片不断溶解

阳极反应 Cu － 2e －

== =Cu 2

＋

阴极反应 Cu 2

＋

＋ 2e －

== =Cu

特点硫酸铜溶液浓度的变化是不变

(3)电镀池的构成

阳极镀层金属浸入电镀液中与直流电源的正极相

连作阳极

阴极待镀金属制品与直流电源的负极相连作阴极

电镀液含有镀层金属离子的电解质溶液

特点电镀时，电解质溶液的浓度保持不变；阳极减少的质量和阴极增加的质量相等；阳极失电

子总数和阴极得电子总数相等

3、电解精炼铜

原理

电解精炼粗铜时，通常把纯铜作阴极，把粗通板(含

Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等)作阳极，用 CuSO4溶液作电解

质溶液，当通以直流电时，作为阳极的粗铜逐渐溶解，

在阴极上析出纯铜，这样可得符合电气工业要求的纯度

达99.95%～99.98%的铜

电极反应

阳极(粗铜) Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e—===Ni2+，Cu－2e－===Cu2＋

阴极(纯铜) Cu2＋＋2e－===Cu

如何实现

除杂？

在精炼池的阳极，含杂质的铜不断溶解，比铜更活泼的 Zn、Fe、Ni 等也会失去电子，但

Ag、Au 等金属杂质由于失去电子能力比 Cu 弱，难以在阳极溶解，它们会以单质的形式沉

积在精炼池底，形成“阳极泥”。“阳极泥”经分离后可以得到 Ag、Au 等贵重金属。在

阴极，由于溶液中的 Zn2+、Fe2+、Ni2+、H+等离子得到电子的能力均比 Cu2+弱，且物质的量

浓度均比 Cu2+小，所以只有 Cu2+在阴极获得电子而析出 Cu，这样，在阴极就得到了纯

铜。长时间电解后，电解质溶液的 Cu2+浓度中有所减小，且引入了 Zn2+、Fe2+、Ni2+等杂

质，需定时除去杂质

特点铜的电解精炼时，电解质溶液中的 Cu2+浓度中有所减小；阳极减少的质量和阴极增加的质

量不相等；阳极失电子总数和阴极得电子总数相等

微点拨电解精炼中，比需要精炼的金属活泼的杂质溶解，而不比需要精炼的金属活泼的杂质会沉

积(如：精炼镍时Cu 也会沉积)

4、电冶金

(1)金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M

(2)电解法适用范围：用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态

①电解熔融的氯化钠可制取金属钠

电极反应

阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极 2Na＋＋2e－===2Na

总反应 2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑

②电解熔融的氯化镁制取金属镁

电极反应

阳极 2Cl －

－ 2e －

== =Cl 2↑

阴极 Mg2＋＋2e－===Mg

总反应 MgCl2=====Mg＋Cl2↑

③电解熔融的 Al2O3制取金属 Al

电极反应阳极 6O 2

－

－ 12e －

== =3O 2↑

阴极 4Al 3

＋

＋ 12e －

== =4Al

总反应 2Al2O3=====4Al＋3O2↑

微点拨冰晶石(Na3AlF6)作熔剂，降低氧化铝的熔点

【微点拨】

①电解熔融 MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融 MgO 冶炼镁，因 MgO 的熔点很高

②电解熔融 Al2O3冶炼铝，而不能电解 AlCl3冶炼铝，因 AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电

【对点训练 1】

1、氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子

交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

(1)A 为________极，X、Y分别是________、________

(2)离子交换膜的作用：_____________________________

(3)a、b、c、d加入或取出的物质分别是________、________、________、________

2、在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是(　　)

A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子

C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子

3、用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为 H2SO4H2C2O4混合溶液。下

列叙述错误的是(　　)

A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式为 Al3＋＋3e－===Al D．SO 在电解过程中向阳极移动

4、(1)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极

d上发生的电极反应式为______________；若粗铜中还含有 Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置

为 __________

(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au 等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是_____

___

a．电能全部转化为化学能 b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

c．溶液中 Cu2＋向阳极移动 d．利用阳极泥可回收 Ag、Pt、Au 等金属

5、金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量 Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正

确的是(已知：氧化性 Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(　　)

A．阳极发生还原反应，其电极反应式为 Ni2＋＋2e－===Ni

B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量一定相等

C．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有 Cu 和Pt

D．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有 Fe2＋和Zn2＋

二、电解的有关计算

1、计算类型：电解的相关计算包括两极产物的定量计算(如质量、气体的体积、某元素的化合价、溶液的 pH 及

物质的量浓度等)

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