2025届高三化学二轮复习 专题四　主观题突破　电极反应式的书写及电化学计算

专题四　主观题突破　电极反应式的书写及电化学计算 1.(4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.(5分)(2024·南通高三下学期三模)锂电池的研发、使用及废电池的回收具有重要意义。 (1)比能量是指电池单位质量(或体积)输出的电能。锂金属电池放电时总反应为Li+MnO2===LiMnO2。下列关于锂金属电池说法正确的是　　　　　(填字母)。  A.放电时Li作负极 B.比能量高于锌锰干电池 C.可用稀H2SO4作电解质 (2)钴酸锂(LiCoO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)等锂离子二次电池应用普遍。 钴酸锂电池放电时示意图如图所示。放电时，Li+由LixC6中脱嵌。写出放电至完全时Li1-xCoO2电极的电极反应式：　　　　　　　。  3.(7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%)。  4.(6分)(2024·扬州中学高三模拟)电化学可以将CO2有限转化为有机物。 (1)多晶Cu是目前唯一被实验证实能高效催化CO2还原为烃类(如C2H4)的金属。如图所示，电解装置中分别以多晶Cu和Pt为电极材料，用阴离子交换膜分隔开阴、阳极室，反应前后KHCO3浓度基本保持不变，温度控制在10 ℃左右。阴极生成C2H4的电极反应式为　　　　　　　。  (2)装置工作时，阴极主要生成C2H4，还可能生成副产物降低电解效率。标准状况下，当阳极生成O2的体积为224 mL时，测得阴极区生成C2H4 56 mL，则电解效率=　　　　　　　(忽略电解前后溶液体积的变化)。  已知：电解效率=×100%。 5.(6分)(2024·连云港高级中学高三模拟)尿素[CO(NH2)2]的生产具有重要意义。 (1)电催化CO2和合成尿素的装置如图所示，生成尿素的电极反应式为　　　　　　　　　　。  (2)电催化CO2和N2合成尿素。CO2先在阴极被还原为中间体CO，再与N2合成尿素。 已知：CO2在阴极还能被还原为CH4，其生成CH4的趋势比生成CO的趋势更大。但实验数据说明，一定时间内，阴极产物中CO的物质的量大于CH4，可能的原因为　　　　　　　。  6.(4分)(2024·苏锡常镇四市高三模拟)甲醛释氢对氢能源和含甲醛污水处理有重要意义。HCHO电催化释氢的原理如图。 (1)电解时，电极b上同时产生H2与HCOO-的物质的量之比为1∶2，则电极b上的电极反应式为　　　　　　　　　。  (2)电解过程中每产生1 mol H2，通过阴离子交换膜的OH-为　　　　mol。  7.(9分)(2024·东台市安丰中学等六校高三模拟)电催化还原CO2是当今资源化利用二氧化碳的重点课题。一种有机多孔电极材料(铜粉沉积在一种有机物的骨架上)电催化还原CO2的装置示意图如图1所示。控制其他条件相同，将一定量的CO2通入该电催化装置中，阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图2所示。 (1)阴极生成CH3OH的电极反应式为　　　　　　　　　　。  (2)控制电压为0.8 V，电解时转移电子的物质的量为　　　　　　 mol。  (3)科研小组利用13CO2代替原有的CO2进行研究，其目的是　　　　　　　。  8.(9分)(2024·常州市第一中学高三模拟)利用电解法在碱性或酸性条件下将CO2还原为CH4和C2H4的原理如图所示： 已知：选择性(S)和法拉第效率(FE)的定义(X代表CH4或C2H4)如下： S(X)=×100% FE(X)=×100% (1)实验测得，碱性条件生成CH4、C2H4总的选择性小于酸性条件，原因是　　　　　　　。  (2)写出碱性条件下CO2生成CH4的电极反应式：　　　　　　　　　　。  (3)碱性条件下反应一段时间，实验测得CH4、C2H4的选择性及CH4的法拉第效率如下表所示。则C2H4的法拉第效率FE(C2H4)为　　　　。  CH4 C2H4 S(X) 2% 8% FE(X) 12.5% 答案精析 1.b　2 解析　根据总反应CO+2H2CH3OH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.(1)AB　(2)Li1-xCoO2+xe-+xLi+LiCoO2 解析　(1)由Li+MnO2LiMnO2可知，放电时，Li失去电子，作负极，A项正确；100 g Li可以失去×1≈14.3 mol电子，100 g Zn可以失去×2≈3.1 mol电子，则锂金属电池比能量高于锌锰干电池，B项正确；Li会直接和稀H2SO4反应，不能用稀H2SO4作电解质，C项错误。 3.(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 4.(1)14CO2+12e-+8H2OC2H4+12HC (2)75% 解析　(2)标准状况下，224 mL氧气的物质的量为0.01 mol，阳极生成0.01 mol氧气对应转移电子的物质的量为0.04 mol，56 mL C2H4的物质的量为0.002 5 mol，根据电极反应14CO2+12e-+8H2OC2H4+12HC，则生成0.002 5 mol乙烯时转移电子的物质的量为0.03 mol，则电解效率=×100%=75%。 5.(1)CO2+2N+18H++16e-CO(NH2)2+7H2O　(2)该条件下，CO2在阴极生成CO的速率比生成CH4的速率快 6.(1)2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O　(2)1 解析　(1)电解时，电极b与电源正极相连，是电解池的阳极，同时产生H2与HCOO-的物质的量之比为1∶2，则电极b上的电极反应式为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2O。(2)电极a是阴极，电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-，电解过程中每产生1 mol H2，每个电极上各产生0.5 mol H2，故通过阴离子交换膜的OH-为1 mol。 7.(1)CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O　(2)2.8 (3)为确定阴极上生成的含碳化合物来自于CO2而非有机多孔电极材料 解析　(1)b电极为阴极，二氧化碳得到电子在酸性环境下发生还原反应生成CH3OH，电极反应为CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O。(2)由图可知，控制电压为0.8 V，电解时生成0.2 mol乙醇和0.2 mol氢气，电极反应为2CO2+12e-+12H+CH2CH3OH+3H2O、2H++2e-H2↑，转移电子的物质的量为0.2 mol×12+0.2 mol×2=2.8 mol。 8.(1)碱性条件下，有部分CO2转化为C，用于生成CH4、C2H4的CO2的量减少，使总的选择性减小　(2)CO2+8e-+6H2OCH4+8OH-　(3)37.5% 解析　(3)假设有100 mol CO2参与反应，根据表中数据可知，生成甲烷所消耗的二氧化碳的物质的量为2 mol，结合碳元素的化合价变化→，该过程共转移了16 mol电子，故通过电极的电子总物质的量为=128 mol，又由于乙烯的选择性为8%，故生成乙烯所消耗的二氧化碳的物质的量为8 mol，结合此过程中碳元素的化合价变化→，该过程转移的电子的物质的量为48 mol，则C2H4的法拉第效率FE(C2H4)=×100%=37.5%。 学科网（北京）股份有限公司 $$