专题4 主观题突破 电极反应式书写及电化学计算 （课件）-【步步高】2024年高考化学大二轮专题复习与增分策略（新高考，江苏专用）

电极反应式书写及电化学计算 主观题突破 真题演练 01 1 2 3 4 1.[2020·江苏，20(2)]HCOOH燃料电池。 研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所 示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的 半透膜隔开。 ①电池负极电极反应式为_____________ _________________________；放电过程 中需补充的物质A为________(填化学式)。 HCOO－＋ H2SO4 1 2 3 4 1 2 3 4 ②如图所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为______________________ ___________________________________________。 2HCOOH＋2OH－＋O2 1 2 3 4 1 2 3 4 2.[2023·北京，16(3)]近年研究发现，电催化CO2和含氮物质( 等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。 ①电极b是电解池的_____极。 阳 电极b上发生H2O失电子生成O2的氧化反应，是电解池的阳极。 1 2 3 4 2.[2023·北京，16(3)]近年研究发现，电催化CO2和含氮物质( 等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。 ②电解过程中生成尿素的电极反应式是______ ______________________________________。 ＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O a极硝酸根离子得电子转化为尿素，再结合酸性环境可分析出电极反应式为 ＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O。 1 2 3 4 3.[2021·湖南，16(4)(5)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。 方法Ⅱ.氨电解法制氢气 利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图 所示。 (4)电解过程中OH－的移动方向为__________(填“从左往右”或“从右往左”)。 从右往左 由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。 1 2 3 4 1 2 3 4 (5)阳极的电极反应式为_______________________ ___________。 2NH3－6e－＋6OH－=== N2＋6H2O 阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。 1 2 3 4 4.[2021·山东，17(4)]利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应的化学方程式为4Na2CrO4＋4H2O 2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在____(填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为_______。 阳 Na＋ 考向预测 02 1 2 3 4 5 6 1.(2023·江苏省百校高三下学期第三次联考)近年来，生物电催化技术运用微生物电解池实现了CO2的甲烷化，其工作原理如图所示。 (1)微生物电解池实现CO2甲烷化的阴极电极反应式为______________________________。 CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O 由图可知，CO2在阴极得电子生成CH4，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式：CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O。 1 2 3 4 5 6 标准状况下112 m3 CH4的物质的量为 ＝5×103 mol，由 电极反应式CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O可知转移电子5×103 mol× 8＝4×104 mol。 1 2 3 4 5 6 (2)如果处理有机物[(CH2O)n]产生标准状况下112 m3 CH4，则理论上导线中通过电子的物质的量为____________。 4×104 mol 标准状况下112 m3 CH4的物质的量为 ＝5×103 mol，由 电极反应式CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O可知转移电子5×103 mol× 8＝4×104 mol。 1 2 3 4 5 6 2.(2023·海安高级中学高三下学期3月月考)含苯乙烯的废水会对环境造成严重的污染，可采用电解法进行处理，其工作原理如图(电解液是含苯乙烯和硫酸的废水，pH＝6.2)，已知：·OH(羟基自由基)具有很强的氧化性，可以将苯乙烯氧化成CO2和H2O。 若电路中通过10 mol电子，则有_____ g苯乙烯被羟基自由基完全氧化成CO2和H2O。 26 1 2 3 4 5 6 苯乙烯被羟基自由基完全氧化成CO2和H2O的关系式为 C8H8～8CO2～40e－ 104 g 40 mol m 10 mol，解得m＝26 g。 1 2 3 4 5 6 3.(2023·海安高级中学高三下学期阶段考试)用电解法可将CO2转化为多种燃料，原理如图所示。 若阴极只生成CO、HCOOH、C2H4，且各产物的生成速率相同，则相同条件下，Pt电极上产生的O2与Cu电极上产生的C2H4的体积比为______。 4∶1 1 2 3 4 5 6 设阴极生成CO、HCOOH、C2H4的物质的量各为1 mol，则阴极共得到电子的物质的量为2 mol＋2 mol＋6 mol×2＝16 mol，则相同条件下，Pt电极上OH－失电子产生的O2的物质的量为 ＝4 mol，相同条件下，Pt电极上产生的O2与Cu电极上产生的C2H4的体积比为4∶1。 1 2 3 4 5 6 4.(2023·海安高级中学高三下学期模拟)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示，若生成的乙烯和乙烷的物质的量之比为1∶1，则阳极的电极反应式为_______________________________________。 4CH4＋3O2－－6e－===C2H4＋C2H6＋3H2O 1 2 3 4 5 6 由图可知，电极B为电解池的阳极，甲烷在阳极失去电子与O2－发生氧化反应生成乙烯、乙烷和水，电极反应式为4CH4＋3O2－－6e－===C2H4＋C2H6＋3H2O。 1 2 3 4 5 6 5.(2023·淮阴中学高三下学期一模)含氮化合物(NOx、 等)是环境污染物，可用三维电极法消除其污染。 它是在传统的电解槽两电极之间填充粒状或碎 屑状材料，填充的粒子电极表面能带电，成为 新的一极(第三极)。如图为用三维电极法处理 氨氮废水的原理图，石墨板作为阴、阳极，自 制活性炭为填充材料，电解一定浓度的 (NH4)2SO4、NH4Cl与NaCl的酸性混合溶液来 进行模拟。 1 2 3 4 5 6 (1)该装置可以生成大量氧化性更强的·OH， ·OH去除 的离子方程式为____________ _____________________。 ===N2↑＋6H2O＋2H＋ 1 2 3 4 5 6 (2)相比于传统的二维电极反应系统，三维电极的优点有______________ _________________________________________________________________________________。 率；能耗低，能降低运行成本；粒子电极表面会生成许多强氧化性物质，提高了氧化效率 提高了电流效 相比于传统的二维电极反应系统，三维电极的电极比表面积增大，提高了电流效率；三维电极能耗低，能降低运行成本，粒子电极表面会生成许多强氧化活性物质，提高了催化效率，没有电催化氧化对阳极的严格要求。 1 2 3 4 5 6 6.(2023·江苏省决胜新高考高三下学期大联考)电解氧化吸收法可以消除氮氧化物污染：其原理如图所示。从A口出来的物质是_______________。电解池阴极的电极反应式为_________________________________。 O2和较浓的硫酸 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 则阳极室的硫酸浓度会变大，故从A口中出来的物质是O2和较浓的硫酸； 2OH－－2e－===HCO＋H2O 由图示可知，燃料电池负极区是 HCOO－―→HCO，因在碱性条件下， 故电极反应式为HCOO－＋2OH－－ 2e－===HCO＋H2O。电池正极区发 生反应：Fe3＋＋e－===Fe2＋，Fe2＋又被 通入的O2氧化为Fe3＋：4Fe2＋＋O2＋ 4H＋===4Fe3＋＋2H2O，同时还生成K2SO4，则需要补充的物质A为H2SO4。 ===2HCO＋2H2O(或2HCOO－＋O2===2HCO) 根据电池反应的实质为HCOOH与 O2反应生成HCO，可写出电池反 应的离子方程式为2HCOOH＋2OH－ ＋O2===2HCO＋2H2O或2HCOO－ ＋O2===2HCO。 NO 2NO 2NO NO NO、NH 6·OH＋2NH 由图可知·OH可以将溶液中NH氧化为N2，则·OH去除NH的离子方程式为6·OH＋2NH===N2↑＋6H2O＋2H＋。 NH 2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O 从电解氧化法吸收的原理图可知，和A口相连的电极是阳极，通入的是稀硫酸，而阴极室通入的是HSO溶液，出来的是S2O，则根据电极放电顺序，可知阳极是OH－失去电子发生氧化反应，生成水和氧气， H＋通过阳离子交换膜进入到阴极室，和 HSO反应生成S2O和水，得到电子发 生还原反应，则电解池阴极的电极反应为2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O。 而H＋通过阳离子交换膜进入到阴极室，和HSO反应生成S2O和水，所以整个电解过程中阳极室中的水减少， $$