《高中化学》专题四主观题突破电极反应式书写及电化学计算

电极反应式书写及电化学计算1．[2023·北京，16(3)]近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NOeq\o\al(－,3)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。②电解过程中生成尿素的电极反应式是__________________________________________________________________________________________________________________________。答案①阳②2NOeq\o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋=CO(NH2)2＋7H2O解析①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。②a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2NOeq\o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋=CO(NH2)2＋7H2O。2．[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”)。(5)阳极的电极反应式为__________________________________________________________。答案(4)从右往左(5)2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O解析(4)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。(5)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。3．[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的总反应方程式为：4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))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________________。答案阳Na＋解析由4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，电解过程中实质是电解水，阳极上OH－失去电子生成H2O和O2，阴极上H＋得到电子生成H2，由2CrOeq\o\al(2－,4)＋H2OCr2Oeq\o\al(2－,7)＋2OH－可知，Cr2Oeq\o\al(2－,7)在c(OH－)减小的电极室中制得，即Na2Cr2O7在阳极室产生。4．[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)。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__________________________________________________________________________________________________________________________________。答案①HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2OH2SO4②2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O(或2HCOO－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3))解析①由图示可知，燃料电池负极区是HCOO－→HCOeq\o\al(－,3)，因在碱性条件下，故电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋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。②根据电池反应的实质为HCOOH与O2反应生成HCOeq\o\al(－,3)，可写出电池反应的离子方程式为2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O或2HCOO－＋O2=HCOeq\o\al(－,3)。1．CO2＋H2S协同转化装置实现了对天然气中CO2和H2S的高效去除。电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应：①EDTA-Fe2＋－e－=EDTA-Fe3＋；②2EDTA-Fe3＋＋H2S=2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋。(1)阴极的电极反应为____________________________________________________________。(2)协同转化总反应为____________________________________________________________。答案(1)CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2O(2)CO2＋H2S=CO＋H2O＋S2．我国科学家最近发明了一种Zn-PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：回答下列问题：(1)电池中，Zn为__________极，B区域的电解质为______(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。(2)电池反应的离子方程式为____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)阳离子交换膜为图中的______(填“a”或“b”)膜。(4)此电池中，消耗6.5gZn，理论上可产生的容量(电量)为________毫安时(mAh)(1mol电子的电量为1F,1F＝96500C·mol－1，结果保留整数)。(5)已知E为电池电动势[电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－)]，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，________；____(填“>”或“<”)。答案(1)负K2SO4(2)PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋Zn(OH)eq\o\al(2－,4)(3)a(4)5361(5)＞＜解析(1)根据图示可知，Zn电极失去电子生成Zn2＋，与溶液中的OH－结合形成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，所以Zn电极为负极；在A区域的电解质为KOH，在B区域的电解质为K2SO4，C区域电解质为H2SO4。(2)负极电极反应式为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，正极的电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O，总反应方程式为PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋Zn(OH)eq\o\al(2－,4)。(3)A区域是KOH溶液，OH－发生反应生成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，为了维持溶液呈电中性，多余的K＋通过交换膜进入到B区域，由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，因此a膜为阳离子交换膜。(4)6.5gZn的物质的量是n(Zn)＝eq\f(6.5g,65g·mol－1)＝0.1mol，则转移电子n(e－)＝0.2mol,1mol电子的电量为1F,1F＝96500C·mol－1，转移0.2mol电子的电量Q＝0.2mol×965