2025届高三化学二轮复习 主观题突破练4：电极反应式的书写及电化学计算

电极反应式的书写及电化学计算 1.(3分)H2还原CO电化学法制备甲醇(CO+2H2===CH3OH)的工作原理如图所示。放电时，电子由电极________________(填“a”或“b”)沿导线流向另一电极。该电池工作时，通入CO一端硫酸溶液的质量变化16 g，理论上通过电路转移的电子为　　　　　 mol。  2.(2分)光催化CO2制甲醇技术也是研究热点。铜基纳米光催化材料还原CO2的机理如图所示，光照时，低能价带失去电子并产生空穴(h+，具有强氧化性)。在低能价带上，H2O直接转化为O2的电极反应式为　　　　　　　　　　。  3.(3分)SO2和NOx是主要大气污染物，利用如图装置可同时吸收SO2和NO。 此装置中a是电源的　　　　　　极，阳极电极反应式为　　　　　　　　　　　　。  4.(3分)“碳呼吸电池”是一种新型化学电源，其工作原理如图。正极的电极反应式为　　　　　　；当得到1 mol Al2(C2O4)3时，电路中转移的电子的物质的量为　　　　　　mol。  5.(3分)NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用，回答下列问题： (1)正极反应式为　　　　　　　　　　　　。  (2)每消耗92 g NO2转移电子数为　　　　　　。  6.(6分)用电解法处理有机废水是目前工业上一种常用手段，电解过程中阳极催化剂表面水被电解产生氧化性强的羟基自由基(·OH)，羟基自由基再进一步把有机物氧化为无毒物质。如图为电解含1，2⁃二氯乙烷的废水的装置图，写出电解池阴极的电极反应式：　　　　　　　　　　　　　；羟基自由基与1，2⁃二氯乙烷反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　。 7.(8分)早在20世纪已有科学家设计通过CH3OH/CO电化学氧化合成碳酸二甲酯(DMC)，阳极发生的反应分3步进行： 第一步：2Br--2e-===Br2 第二步：CO+Br2===COBr2 则第三步反应的化学方程式为　　　　　　　；Br-在总反应中的作用是　　　　　　　。  8.(4分)电芬顿工艺被认为是一种很有应用前景的高级氧化技术，可用于降解去除废水中的持久性有机污染物[如(苯酚)]，其工作原理如图所示(·OH表示自由基，有强氧化性)。 (1)阴极发生的反应为　　　　　　　　　　。  (2)若处理1 mol苯酚，则理论上电路中通过电子的物质的量为　　　　。  9.(4分)基于催化剂s⁃SnLi的CO2电催化制备甲酸盐同时释放电能的装置如图所示，该电池充电时，阳极的电极反应式为　　　　　　　，若电池工作t min，Zn电极的质量变化为m g，则理论上消耗CO2的物质的量为　　　　　　　。  10.(6分)合成氨也可以通过电化学过程实现，其装置如图所示。 (1)导线中电子流动方向为　　　　。  (2)生成NH3的电极反应式为　　　　。  (3)若惰性电极2的电流效率η为75%，则惰性电极2处N2与NH3的物质的量之比为　　　　(η=×100%)。  11.(4分)经测定污水里NaNO2含量为4.6%，科研人员研究发现可用如图所示的装置处理污水中的NaNO2，原理是利用Fe2+把N还原成N2。 (1)阳极附近溶液中发生反应的离子方程式为　　　 　　　　。 (2)在实验室恰好完全处理3.0 kg该NaNO2污水，则理论上阴极区与阳极区溶液质量变化的差为　　　　g。  12.(4分)(1)科研人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO2的零排放，其基本原理如图1所示；电解反应在温度小于900 ℃时进行，碳酸钙先分解为CaO和CO2，电解质为熔融碳酸钠，阳极的电极反应式为2C-4e-===2CO2+O2，则阴极的电极反应式为　　　　。  (2)微生物燃料电池是在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图2所示，其中HS-在硫氧化菌作用下转化为S的电极反应式是　　　　。  13.(6分)传统方法制备H2O2会产生大量副产物，研究者通过更环保的电解法，使用空气和水制备H2O2，并用其处理有机废水，过程如图甲。 电解制备H2O2装置如图乙所示。 (1)a极的电极反应式为　　　　。  (2)通过管道将b极产生的气体送至a极，目的是　　　　。  (3)pH过高时H2O2会分解。但电解一段时间后，a极附近溶液的pH基本不变，原因是　　　 　　　　。  14.(4分)应用电化学原理，硝酸盐亚硝酸盐氨，实现了高效合成氨，装置如图。 (1)生成的电极反应式是　　　 　　　　。  (2)当电路中有2 mol电子通过时，一定量的N被还原生成0.6 mol N和　　　　 mol NH3。  15.(6分)将PbO溶于NaOH溶液可制备NaHPbO2，反应为PbO+OH-===HPb。制备高纯铅的原电池原理示意图如图所示。 (1)获得高纯铅的电极是　　　　(填“正极”或“负极”)。  (2)电池的总反应的离子方程式是　　　 　　　　。  (3)从物质和能量利用的角度说明该工艺的优点：　　　　。  16.(4分)在铜基配合物的催化作用下，利用电化学原理可将CO2转化为碳基燃料(包括CO、烷烃和羧酸等)，其装置原理如图所示。 (1)图中生成甲酸的电极反应式为　　　 　　　　。  (2)当有0.2 mol H+通过质子交换膜时，理论上最多生成HCOOH的质量为　　　　　　　　　　。  17.(4分)少量的SO2经Na2CO3溶液洗脱处理后，所得洗脱液主要成分为Na2CO3、NaHCO3和Na2SO3，利用生物电池技术，可将洗脱液中的Na2SO3转化为单质硫(以S表示)回收。 (1)该装置中，正极的电极反应式为　　　 　　　　。  (2)一段时间后，若洗脱液中的物质的量减少了1 mol，则理论上减少了　　　　　 mol。  18.(3分)纯净的硫化锌是半导体锂离子电池负极材料。在充电过程中发生合金化反应生成LiZn(合金相)，同时负极材料晶胞的组成变化如图所示。 充电过程中ZnS到LixZnyS的电极反应式为　　　  　　　　(x和y用具体数字表示)。  19.(4分)晶体Ⅱ可作电池正极材料，通过Zn2+在晶体Ⅱ中嵌入和脱嵌，实现电极材料充放电的原理如图所示。“ⅱ”代表电池　　　　(填“充电”或“放电”)过程，“ⅲ”的电极反应式为　　　　。  20.(4分)科学家通过使用双极膜电渗析法来捕获和转化海水中的CO2，其原理如图所示。 (1)写出与电源正极相连的一极上的电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)下列说法正确的是　　　　(填字母)。  A.循环液1和循环液2中的阴离子种类相同 B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C.水的电离程度：处理后海水1>处理后海水2 D.该方法可以同时将海水进行淡化 21.(4分)新能源的利用对实现“碳中和”也有重要意义。搭载钠离子电池的新能源汽车，动力充足、冬天也无需频繁充电。第二代钠离子电池是以硬碳(Cy)为基底材料的嵌钠硬碳(NaxCy)和锰基高锰普鲁士白Na2Mn[Mn(CN)6]为电极的一种新型二次电池，在充放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。其工作原理如图所示。 若用该钠离子电池给铅酸蓄电池充电，普鲁士白电极连接　　　　(填“Pb”或“PbO2”)极，钠离子电池负极的电极反应式为　　　　。  22.(3分)通过氢电极增压法可使氧化锌进一步制得单质锌(如图)，储罐内ZnO溶解后形成[Zn(OH)4]2-，电解池中发生总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。  23.(3分)基于电化学原理，我国科学家利用固体氧化物电解池实现高选择性C3H8电化学脱氢制CH2==CHCH3的工艺，装置如图，则C3H8生成CH2==CHCH3的电极反应式为　　　　。  24.(4分)微生物燃料电池的一种重要应用是废水处理中实现碳氮联合转化为CO2和N2，如图所示，其中1，2为厌氧微生物电极，3为阳离子交换膜，4为好氧微生物反应器。 (1)正极的电极反应式是　　　　。  (2)协同转化总反应中当有标准状况下44.8 L N2生成时转移电子数是　　　　　　　　。  25.(7分)中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体LaHx，某小组据此设计了如图装置，以电化学方法进行反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1。 (1)电极a为电源的　　　　　　　　(填“正极”或“负极”)。  (2)生成CH3OH的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。  (3)若反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1(副反应)也同时发生，出口Ⅱ为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，则惰性电极2的电流效率η为　　　　(η=×100%)。  答案精析 A 1.b　2 解析　根据总反应CO+2H2===CH3OH可知，氢气在电极b发生氧化反应，b为负极发生反应：H2-2e-===2H+，电子流出；a为正极发生反应：CO+4e-+4H+===CH3OH，消耗的氢离子由负极区补充，因此通入CO一端硫酸溶液的质量变化16 g是生成的甲醇的质量，即0.5 mol，转移2 mol电子。 2.2H2O+4h+===O2+4H+ 3.负　SO2+2H2O-2e-===S+4H+ 解析　HS→S2，硫元素化合价降低，阴极发生还原反应，故a为电源负极，b为电源正极，SO2在阳极发生氧化反应，电极反应式为SO2+2H2O-2e-===S+4H+。 4.2CO2+2e-===C2　6 解析　原电池中正极发生还原反应，根据图示，CO2得电子发生还原反应生成C2，通入CO2的电极为正极，正极的电极反应式为2CO2+2e-===C2；负极Al失电子生成Al3+，当得到1 mol Al2(C2O4)3时，电路中转移的电子的物质的量为6 mol。 5.(1)O2+2N2O5+4e-===4　(2)2NA 解析　(2)根据电极反应：4NO2+4N-4e-===4N2O5可知，每消耗92 g NO2(即2 mol NO2)，转移电子数为2NA。 6.2H2O+2e-===2OH-+H2↑　10·OH+CH2ClCH2Cl2CO2↑+2HCl+6H2O 解析　由图可知，在碱性条件下，水得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子：2H2O+2e-===2OH-+H2↑；羟基自由基与1，2⁃二氯乙烷反应生成无毒的物质，根据原子守恒可知，反应生成二氧化碳、水和HCl，反应的化学方程式为10·OH+CH2ClCH2Cl2CO2↑+2HCl+6H2O。 7.COBr2+2CH3OH===CO(OCH3)2+2HBr　作催化剂 解析　第三步为COBr2和甲醇的反应，生成碳酸二甲酯和溴化氢。溴离子参与反应，但最终没有被消耗，在总反应中的作用是作催化剂。 8.(1)Fe3++e-===Fe2+、O2+2H++2e-===H2O2 (2)84 mol 解析　由反应C6H6O+28·OH===6CO2+17H2O、H++Fe2++H2O2===H2O+·OH+Fe3+、O2+2H++2e-===H2O2和Fe3++e-===Fe2+可知，消耗1 mol苯酚，电路中转移(28+28×2)mol=84 mol电子。 9.4OH--4e-===2H2O+O2↑　 mol 解析　由题中图像可知，电池充电时，阳极上氢氧根离子发生氧化反应，失去电子生成氧气，电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑；电池工作时，负极反应：Zn-2e-===Zn2+，正极反应：CO2+2e-+H2O===HCOO-+OH-，由转移电子守恒可知，n(CO2)=n(Zn)= mol。 10.(1)惰性电极2到电源正极、电源负极到惰性电极1 (2)3H2-6e-+2N3-===2NH3　(3)1∶6 11.(1)6Fe2++2N+8H+===6Fe3++N2↑+4H2O　(2)128 12.(1)3CO2+4e-===C+2C　(2)HS-+4H2O-8e-===S+9H+ 解析　(1)要实现CO2的零排放，则阳极生成的CO2需要在阴极消耗掉，据此可写出阴极反应式：3CO2+4e-===C+2C。(2)由题图2可知，HS-→S，S元素的化合价升高，失电子，发生氧化反应，a极作负极，电极反应式为HS-+4H2O-8e-===S+9H+。 13.(1)O2+2H++2e-===H2O2　(2)将b极产生的氧气循环利用，用于制备H2O2　(3)反应转移2 mol电子时，阳极反应产生2 mol H+并通过质子交换膜移动至阴极室，发生反应，即a极区消耗H+的物质的量与通过质子交换膜迁移过来的H+的物质的量相等 B 14.(1)+2e-+H2O===N+2OH-　(2)0.1 解析　(1)从装置图分析其电解质溶液呈碱性，则生成的电极反应式是+2e-+H2O===N+2OH-。(2)根据电极反应式+2e-+H2O===N+2OH-，N被还原生成0.6 mol N转移电子为1.2 mol，则被还原生成NH3转移电子为2 mol-1.2 mol=0.8 mol，由电极反应式N+8e-+6H2O===NH3↑+9OH-可计算生成的NH3物质的量为0.1 mol。 15.(1)正极　(2)HPb+H2===Pb+OH-+H2O (3)NaOH可循环使用，制备高纯铅的过程中获得电能 解析　(2)由图可知，HPb在正极得到电子生成Pb，电极反应式为HPb+2e-+H2O===Pb+3OH-，H2在负极失去电子生成H2O，电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O，则电池总反应的离子方程式为+H2===Pb+OH-+H2O。 16.(1)CO2+2e-+2H+===HCOOH　(2)4.6 g 解析　(1)由图可知，Pt电极氧元素价态升高失电子，故Pt电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e-===O2+4H+，石墨烯电极为阴极，电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH。(2)当有0.2 mol H+通过质子交换膜时，转移0.2 mol电子，生成0.1 mol HCOOH，质量为0.1 mol×46 g·mol-1=4.6 g。 17.(1)S+4e-+6HC===S↓+3H2O+6C　(2)2 解析　分析可知，该装置中，正极的电极反应式为+4e-===S↓+3H2O+6C，当消耗1 mol亚硫酸根离子，转移4 mol电子，同时消耗6 mol碳酸氢根离子，生成6 mol碳酸根离子，根据电荷守恒，则有4 mol H+通过质子交换膜移向正极，4 mol氢离子可以结合4 mol的碳酸根离子生成4 mol的碳酸氢根离子，则理论上碳酸氢根离子减少了2 mol。 18.4ZnS+6Li++6e-===3Zn+4Li1.5Zn0.25S 解析　由均摊法可知，LixZnyS中Li+和Zn2+共有7个，S2-有8×+6×=4个，由化合价代数和为零可知，LixZnyS的化学式为Li1.5Zn0.25S。根据题干信息在“充电过程中，发生合金化反应生成LiZn(合金相)”，故ZnS负极充电时得电子有Zn生成，故充电时的电极反应为4ZnS+6Li++6e-===3Zn+4Li1.5Zn0.25S。 19.放电　ZnxMn0.610.39O-2xe-===Mn0.610.39O+xZn2+ 20.(1)-e-===Fe(CN　(2)A 解析　(1)由图分析可知，电极X中Fe化合价降低，得到电子，作阴极，与电源负极相连；电极Y中Fe化合价升高，失去电子，作阳极，与电源正极相连；与电源正极相连的一极上的电极反应式为-e-===Fe(CN。(2)由①可知电极X为阴极，电极反应式为+e-===，电极Y为阳极，电极反应式为-e-===，则循环液1和2中均含有和，A项正确；由电极X反应可知，循环液1中负电荷数增加，为平衡溶液中电荷，则海水中的钠离子应通过隔膜1移向电极X；由电极Y反应可知，循环液2中负电荷数减少，为平衡溶液中电荷，则循环液中钾离子应通过隔膜2进入左室，这样才能保持循环液中的离子不出现交换，隔膜1、2都为阳离子交换膜，B项错误；海水经处理，转换为CO2，CO2的水溶液呈弱酸性，会抑制水的电离，而酸化海水经处理，CO2转化为，易水解，故水的电离程度：处理后海水1<处理后海水2，C项错误。 21.PbO2　NaxCy-xe-===Cy+xNa+ 解析　给铅酸蓄电池充电时，普鲁士白为正极，连接铅酸蓄电池的PbO2电极，负极为嵌钠硬碳，电极反应式为NaxCy-xe-===Cy+xNa+。 22.H2+[Zn(OH)4]2-Zn+2H2O+2OH- 解析　由图示可知，左侧电极为电解池的阳极，碱性条件下氢气在阳极失去电子发生氧化反应生成水，右侧电极为阴极，[Zn(OH)4]2-在阴极得到电子发生还原反应生成锌和氢氧根离子，则电解池的总反应为H2+[Zn(OH)4]2-Zn+2H2O+2OH-。 23.C3H8+O2--2e-===CH2CHCH3+H2O 24.(1)2N+12H++10e-===N2↑+6H2O　(2)44NA 解析　(1)由图可知，正极的硝酸根离子得到电子在酸性条件下发生还原反应生成氮气，电极反应式是+12H++10e-===N2↑+6H2O。(2)协同转化总反应为醋酸根离子、铵根离子、氧气反应生成二氧化碳、氮气和水：4CH3COO-+4N+11O2===8CO2↑+2N2↑+14H2O，电子转移为11O2~44e-~2N2，标准状况下44.8 L N2(为2 mol)生成时转移电子44 mol，个数是44NA。 25.(1)负极　(2)CO2-6e-+6H-===CH3OH+H2O　(3)90% 解析　(1)由信息可知，电解池装置中的离子导体可以传输氢负离子，氢气在惰性电极1上放电生成氢负离子，氢负离子在惰性电极2上失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，则电极a为电源的负极。(2)在惰性电极2上氢负离子失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式：CO2-6e-+6H-===CH3OH+H2O。(3)若副反应也同时发生，出口Ⅱ为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，假设生成1 mol CO和3 mol CH3OH，转移电子1 mol×2+3 mol×6=20 mol，则惰性电极2的电流效率η为×100%=90%。 学科网（北京）股份有限公司 $$