文档文本内容
3-2 电解应用——氯碱工业
题材聚焦：以氯碱工业（电解饱和食盐水）为背景，考查电解原理、电极反应、离子交换膜、能量优
化等；
图像结合：每题均配有工艺流程图，考查学生读图、识图与图文转换能力；
选项干扰性强：常见错误选项涉及电极反应式书写、离子迁移方向、膜的选择、能量变化等细节；
综合性强：融合原电池与电解池、能量转化、速率计算、物料守恒等跨模块知识。
考查知识：
电解池基本原理：阳极、阴极的判定与反应类型（氧化/还原）。
电极反应式书写：特别是水溶液中的反应（如Cl⁻、H₂O、O₂ 的放电）。
离子交换膜的作用与选择：阳离子/阴离子交换膜在隔离产物、提高纯度中的作用。
能量效率：电解电压、能耗与反应物氧化还原性的关系。
定量计算：如反应速率、物质流量与电子转移的关系。
考查能力：
信息提取与加工：从文字和图示中获取关键信息。
原理应用：将电解原理迁移到工业情境中。
推理判断：通过逻辑分析排除错误选项。
批判性思维：识别改进设计的优势与局限。
考查方式：
通过示意图设置问题，要求分析电极反应、离子移动、膜选择等。
结合新技术（如降低能耗设计）考查创新思维。
以“下列说法不正确/错误”等形式引导学生深入思考。
第一步 审题定框：
读题明确电解对象（如饱和食盐水、海水）。
识别电源正负极，确定阳极（接正极、氧化反应）和阴极（接负极、还原反应）。
查看示意图，注意电极标签、物质进出方向、膜类型。
第二步 写电极反应：
阳极：常见反应如 2Cl−-2e−→Cl2或 4OH−-4e−→O2+2H2O。
阴极：常见反应如 2H2O+2e−→H2+2OH−或 O2+2H2O+4e−→4OH−。
注意溶液环境（酸性/碱性）和反应物（如是否通入O₂）。
析离子移动：
阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
根据产物需求选择交换膜：阳离子交换膜允许Na⁺等通过，阴离子交换膜允许OH⁻等通过。
判能量效率：
传统电解能耗高，改进设计常通过改变反应物（如阴极通O₂）降低电解电压。
注意电压与反应物氧化还原性的关系。
验选项正误：
逐一核对选项，重点检查电极反应式配平、离子移动方向、膜选择、速率计算等。
使用排除法，确认“不正确”选项。
电解池基础：
阳极接电源正极，发生氧化反应；阴极接电源负极，发生还原反应。
电子从阳极流出，经外电路流向阴极；离子在电解质中移动完成电路。
常见电极反应：
阳极：
2Cl−-2e−→Cl2（氯碱工业）
4OH−→O2+2H2O（碱性条件）
2H2O-4e−→O2+4H+（酸性条件）
阴极：
2H2O+2e−→H2+2OH−（碱性或中性条件）
O2+2H2O+4e−→4OH−（通入氧气时）
2H++2e−→H2（酸性条件）
离子交换膜：
阳离子交换膜：允许阳离子（如Na⁺、H⁺）通过，阻止阴离子（如Cl⁻、OH⁻）。用于氯碱工业获
得纯NaOH。
阴离子交换膜：允许阴离子（如OH⁻）通过，阻止阳离子。
氯碱工业传统工艺：
电解饱和食盐水：2NaCl+2H2O→2NaOH+H2↑+Cl2↑。
使用阳离子交换膜防止Cl₂ 与NaOH 反应。
改进设计原理：
阴极通入O₂，反应更易发生，降低电解电压，减少能耗。
注意：O₂ 在阴极得电子，生成OH⁻。
定量关系：
法拉第定律：转移1 mol e⁻对应1 mol 电子电荷。
速率计算：如生成H₂ 的速率与消耗H₂O 的速率关系（2H2O→2H2+O2，生成1 mol H₂ 消耗1 mol
H₂O）。
电极判定错误：
误将阳极当作阴极：记住“阳氧阴还”（阳极氧化、阴极还原）。
示例：电极A 生成Cl₂，必为阳极。
电极反应式书写错误：
忽略水参与的反应：尤其在阴极，若不通O₂，应是2H2O+2e−→H2+2OH−，而非2H++2e−→H2（除
非酸性条件）。
配平错误：如O₂ 还原反应应为O2+2H2O+4e−→4OH−，勿漏H₂O。
离子交换膜选择错误：
在氯碱工业中，为获得NaOH，应选阳离子交换膜，让Na⁺移至阴极室。
若OH⁻需移动（如保持KOH 浓度不变），应选阴离子交换膜。
离子移动方向混淆：
阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
示例：Na⁺从阳极区向阴极区移动。
能量消耗误解：
改进设计降低的是电解电压，而非直接减少电量；能耗与电压和电量相关。
速率计算错误：
忽略化学计量比：如生成H₂ 速率与补水速率应为1:1（基于总反应），勿误用O₂ 的计量。
示意图误读：
未注意物质进出口标签：如饱和NaCl 从a 处进，NaOH 从d 处出。
混淆电极功能：如将燃料电池电极当作电解池电极。
【典例】
【审题】
1．（2023·浙江·高考真题）氯碱工业能耗大，通过如图改进
的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是
A．电极A 接电源正极，发生氧化反应
B．电极B 的电极反应式为：
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的
溶
液
D．改进设计中通过提高电极B 上反应物的氧化性来降低电
解电压，减少能耗
1.
读题抓关键：题目指出“氯碱工业能耗
大”，通过改进设计“降低能耗”，示意
图显示电极A 和B。
2.
识图定电极：
o
电极A 有Cl⁻生成Cl₂，判定为阳
极（氧化反应），接电源正极→
选项A 正确。
o
电极B 通入O₂，生成OH⁻，判定
为阴极（还原反应）。
3.
析选项：
o
选项B ：电极B 反应式应为
O2+2H2O+4e−→4OH−，故B 不正
确。
o
选项C：右室生成OH⁻，需Na⁺进
入，故用阳离子交换膜→正确。
o
选项D：改进后O₂ 氧化性增强，
降低电解电压→正确。
4.
结论：B 为错误选项。
审题要点：
紧扣“降低能耗”背景，理解O₂ 的作
用。
验证电极反应式时，注意配平和物质
来源。
1．（2023·湖北·高考真题）我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。
该装置工作时阳极无
生成且KOH 溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为
。下列说法错
误的是
A．b 电极反应式为
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE 膜
D．海水为电解池补水的速率为
2．（2020·浙江·高考真题）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的
是（ ）
A．电极A 为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl 从a 处进，NaOH 溶液从d 处出
D．OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量
3．（2025·北京大兴·三模）氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的
是
A．电极A 接电源正极，发生氧化反应
B．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH 溶液
C．电极B 的电极反应式为：
D．与传统的电解饱和食盐水对比该改进装置能降低电解电压，减少能耗
4．（2024·江西·一模）氯碱工业是一种高耗能产业，一种将燃料电池与电解池组合的新工艺可节能30%以
上，下图是该工艺图示(电极未标出)，下列说法正确的是
A．右池为电解池，Y 为H2
B．通入空气的电极反应式为：
C．a>b>c
D．两池的钠离子均从左往右侧移动
