电极反应式的书写及相关计算-2025年高考化学答题技巧与模板构建（解析版）

模板04电极反应式的书写及相关计算

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技法01电极反应式的书写方法I技法02电化学的相关计算与分析

I

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电化学知识是中学化学中的重要基本概念，也是近年来高考化学的持续热点，在复杂、陌生、新颖的

研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。近年高

考中对电化学的考查出现了新的变化，以装置图为载体来考查电化学的相关知识，成为近年高考的新

亮点，考查的关键能力侧重于两个方面：一是理解与辨析能力，要求学生能够从图示电化学装置中提

取有效信息，判断装置种类、辨别电极名称等；二是分析与推理能力，要求学生能够根据图示信息和

电解池的工作原理，分析电极反应的类型、电解质的作用、离子的移动方向以及定量分析转移电子的

物质的量等。

◎横文建

❷土模板

第一步判断装置阅读题目获取信息，抓住元素化合价的变化，分析电化学装置中的氧化还原

反应，准确判断装置是原电池还是电解池，结合发生的反应确定电极的名

称。

第二步书写分析根据电化学原理及装置所处的环境，书写电极反应式，分析电解液变化。

第三步综合解答题目要求，准确计算，规范解答。

❽技巧点拨

技法01电极反应式的书写方法

1.二次电池的电极反应书写思维模型

放申

以xMg+Mo3s4MgxMo3s4为例说明

互逆

阴极：还原反应负极：氧化反应

-2+

阳阴xMg-+2xe-=xMg总阴1阳%Mg-2xe=xMg

M原

禺禺

<

子子

V

阳极：氧化反应式正极：还原反应

--

Mo3S^--2xe=Mo3S4Mo3S4+2xe=M(hS?-

1

互逆1

技巧：阴极反应式=充电总正极反应式=放电总

反应式-阳极反应式反应式-负极反应.式

2.燃料电池电极反应式书写思维模型

以甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)为例：

⑴写出电池总反应式CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O,

-

其离子方程式为CH4+202+20H=C0F+3H2Oo

(2)写出电池的正极反应式。

燃料电池电解质正极反应式

+-

酸性电解质O2+4H+4e=2H2O

碱性电解质02+2H2。+4e-=4OH^

固体电解质(高温下能传导O2)O2+4e-=2O2

熔融碳酸盐(如熔融K2c。3)O2+2CO2+4e=2C0f

(3)电池的总反应式一电池的正极反应式=电池的负极反应式。

3.分析电解过程的思维模型

(1)判断阴、阳极：明确阳极是惰性电极还是活性电极。

⑵分析电解质溶液的离子组成：找全离子(包括水电离出的H+和OH-),并按阴、阳离子分组。

(3)确定放电离子或物质：根据阴、阳离子在两极的放电顺序，确定优先放电的微粒。

(4)写出电极反应式、总反应式：判断电极产物，注意溶液的酸碱性、产物的溶解性。

(5)解答问题：解答有关离子浓度、pH、电极产物量的变化、溶液的复原等问题。

技法02电化学的相关计算与分析

1.电化学相关计算方法

(1)用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电

子数相等。

(2)先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

(3)根据得失电子守恒计算所需的关系式。

+4

4e~~2Cl2（Br2J2）~（）2~4H~4（）H'~2H2~2Cu~4Ag~^-M

阳极产物阴极’产物

（M为金属，n为其阳离子所带电荷数）

2.“串联”类装置的解题流程

3.有机化合物的电化学合成

电化学合成技术是用电子代替会造成环境污染的氧化剂和还原剂，在温和条件下制备高附加值的有机

化合物产品，分为直接有机电合成和间接有机电合成两种类型。

（1）直接有机电合成：有机合成反应直接在电解池的两电极通过氧化反应、还原反应完成。

（2）间接有机电合成：有机化合物的氧化反应（或还原反应），仍采用氧化剂（或还原剂），用传统的化学方

法进行，但氧化剂（或还原剂）在反应后以电化学方法（电解氧化或电解还原）再生后反复使用。

电化学合成有机化合物应用示例。

利用糠醛（G-CHO）的电氧化反应可合成糠酸（G-COOH）,利用其电还原反应则可合成糠醇

（G-CH2OH）,主要反应过程如下：

O—COOH夏％O—CHO,矢O—CH20H

电氧化0电还原0

阳极反应：G-CHO+H2。-2e-=G-COOH+2H+；

Oud

阴极反应：。CHO+2H++2鼠-。CH2OHO

、❽模板运用

Q真题示例

一定条件

1.(2022・重庆卷)反应CO(g)+H2O(g)、八£02日)+凡信)在工业上有重要应用。

(3)该反应也可采用电化学方法实现，反应装置如图所示。

进口I进口n

CO+H2O-------f^—用吹扫

9固体电解质

S(只允许离子通过)

出口I出口II

①固体电解质采用(填“氧离子导体”或“质子导体”)。

②阴极的电极反应式为。

③同温同压下，相同时间内，若进口I处n(CO)：n(H2O)=a：b,出口I处气体体积为进口I处的y

倍，则CO的转化率为(用a,b,y表示)。

+Uy)(a+b)

【答案】质子导体2H+2e=H2T-

a

@1里6答题

【第一步判断装置】该装置为电解池

【第二步书写分析】

①电解时，CO和H2O水从均从阳极口进入，阳极一氧化碳转化为二氧化碳，则氢气要在阴极产生，故阳

极产生二氧化碳的同时产生氢离子，氢离子通过固体电解质进入阴极附近得电子产生氢气，故固体电解质

应采用质子导体。

②电解时，阴极发生还原反应，电极反应式为：2H++2e-=Hj；

【第三步综合判断】

③根据三段式：

一定条件'

CO(g)+H2O(g)、CO?(g)+H2(g)

n0ab00

Anxxxx

n平a-xb-xxx

出口I处气体为co2体积为X,进口I处的气体体积为(a+b),则x=(a+b)(l-y),CO的转化率为：

(l-y)(a+b)

a

位变式训练

1.（2023・河北选考）氮是自然界重要元素之一，研究氮及其化合物的性质以及氮的循环利用对解决环境

和能源问题都具有重要意义。

（2）①以空气中的氮气为原料电解合成氨时,N2在（填“阴”或“阳”）极上发生反应，产生NH3。

②氨燃料电池和氢燃料电池产生相同电量时，理论上消耗NH3和H2的质量比为17：3,则在碱性介质

中氨燃料电池负极的电极反应式为o

【答案】⑵①阴②2NH3+6OFT—6e「一N2+6H2O

窗模板答题

【第一步判断装置】①为电解池，②为原电池

【第二步书写分析】

①电解产物为NH3,N2生成NH3,化合价降低，得电子，发生还原反应，则N2在阴极反应。

②燃料电池中，氨气作负极发生氧化反应，生成N2,生成1个N2转移6个电子，在碱性条件下发生，

2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。

【第三步综合判断】

2.（2023•北京卷）（3）近年研究发现，电催化CO?和含氮物质（NO］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KNC）3溶液通CO?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②2NO1+16e-+CO2+18H+=CO（NH2）,+7Hq

【解析】①电极b上发生HQ失电子生成5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2NO；+16e-+CO2+18H+=CO（NHj2+7H2O。答案为阳

-+

极；2NO；+16e+CO2+18H=CO（NH2）2+7H2O；

@横板演炼

1.一氯甲烷广泛用作溶剂、提取剂、推进剂、制冷剂、甲基化试剂，用于生产农药、医药等。

（2）甲醇也可通过电化学方法由甲烷直接制得，装置如右图所示：

I-电源1

CH4

回收CH”■=3.r

£中

CH30H—3:-三一三空

:隔三:工

:•・多

三2讯:膜谷:锈

-----22石:<<-<-i'N

NaQ与NaOH辛三墨

混合溶液

已知，电解生成甲醇的过程分3步：

①通电时，氯离子先转化成高活性的原子氯（CL）；②C1•与吸附在电极上的CH4反应生成HC1和CH3C1；

③在碱性电解液中，CH3cl转化为目标产物CH3OH。当步骤①有2moic1•生成时，外电路中转移的电子数

为（用含心的代数式表示）。阴极的电极反应为o

【答案】（2）2NA2H2O+2e-=H2T+20H-

【解析】（2）阳极发生反应：CF-e*=Cl-,根据电极方程式可知，C1•〜e\即有2moic1•生成时，外电路

中转移2moi电子，则转移电子数为2NA；阴极的电极反应为2H2。+2片=H2f+2OH，

2.烯丙醇是生产甘油、医药、农药、香料和化妆品的中间体。

（2）烯丙醇的电氧化过程有重要应用。其在阳极放电时，同时存在三种电极反应（烯丙醇一丙烯酸、烯丙

醇一丙烯醛、烯丙醇一丙二酸），各反应决速步骤的活化能如下表所示。

反应烯丙醇一丙烯酸烯丙醇一丙烯醛烯丙醇f丙二酸

活化能（单位：eV）8.6a2.5a13.7a

①该条件下，相同时间内，阳极产物中含量最多的为

②碱性条件下，烯丙醇在电极上生成丙烯醛（CH2=CHCH0）的电极反应式为。

【答案】⑵①丙烯醛®CH2=CHCH2OH-2e+20H―>CH2=CHCHO+2H2O

【解析】（2）①反应的活化能越大，反应速率越慢，由表格数据可知，阳极放电时，烯丙醇转化为丙烯醛的活

化能最小，反应速率最快，所以相同时间内，阳极产物中含量最多的为丙烯醛；②由题意可知，碱性条件下，

烯丙醇在阳极失去电子发生氧化反应生成丙烯醛，电极反应式为CH2=CHCH2OH-2e-+2OH

——>CH2=CHCHO+2H2O0

3.处理和利用CO是环境科学研究的热点课题。

质子交换膜

(2)我国科学家成功实现了用电催化CO高选择性直接制备乙烯，该方法的工作原理如图所示。阴极材

料为优化的铜基催化剂。写出阴极的电极反应式：电解的总

反应化学方程式为o

【答案】(2)2CO+8H++8屋=€2H4+2H2O2CO+2H2O=^£c2H4+2O2

【解析】(2)由电子流向可知，铜基片为阴极，一氧化碳酸性条件下得到电子发生还原反应生成乙烯：2cO+

8H++8屋=C2H4+2H2O；阳极水失去电子发生氧化反应生成氧气，总反应为:2C0+2H2O^^C2H4+2020

4.乙醇被广泛应用于能源、化工、食品等领域，工业上可用以下两种方法制备乙醇。

(3)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，工作原理如图。

①负极的电极反应式为o

②当向正极通入1molCh且全部被消耗时，理论上正负极溶液质量变化的绝对值之差为g(保

留两位小数)。

【答案】⑶①C2H5OH+3H2。-12屋:2CChT+12H+②2.67

【解析】⑶①燃料电池，燃料通负极，故通入甲醇的一极为负极，失电子转化为C02,负极反应为C2H50H

+

+3H2O-12e=2CO2?+12H；②ImolCh被消耗，转移电子4mol,根据正极电极反应式02+41^+4/

=2H2O,正极溶液增力口1molO2和4moiH+,质量为32+4=36g；根据负极电极反应，转移12moi电子

生成2moicCh和12moiH卡,氢离子通过质子交换膜进入正极区，减少质量88+12=100g,故转移4moi

电子减少质量33.33g,理论上正负极溶液质量变化的绝对值之差为36g—33.33g=2.67go

5.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(Na.Cy)和镒基高铺普鲁士白

Na2Mn[Mn(CN)6]为电极的一种新型二次电池，在充放电过程中，Na卡在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。其工

作原理如图所示。

o

铝箔

(5)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“PbCh”)极，钠离子电

池负极的电极反应式为。

+

【答案】(5)PbO2NaxCy—xe-=Cy+xNa

【解析】(5)普鲁士白为正极，给铅酸蓄电池充电时，连接铅酸蓄电池的PbCh电极，负极为嵌钠硬碳，电极

—-+

反应式为NarCvxe=Cv+xNa0

6.我国科学家最近发明了一种Zn—PbCh电池，电解质为K2SO4、H2s。4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：

W

⑴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)(lmol电子的电量为1

F,1F=96500C-moF1,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(-)],AG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，Ezn-Pb』/-Pb”；AGZn_Pb02

△Gpipb”(填或“<”)

2-

【答案】(1)负K2so4(2)PbO2+SOf+Zn+2H2O=PbSO4+[Zn(OH)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)4]2,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K2s。4,C区域电解质为H2so4。(2)负极电极

反应式为Zn—2e-+4OJr=[Zn(OH)4]2,正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++SO/=PbSO4+2H2。，

2-

总反应方程式为：PbO2+SOF+Zn+2H2O=PbSO4+[Zn(OH)4]0(3)A区域是KOH溶液，OhF发生反应

生成[Zn(OH)4p，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〃(Zn)=而6|芸5g产=0.1moL则转移电子

tt（e"）=0.2mol,lmol电子的电量为1F,1F=96500C-mol-1,转移0.2mol电子的电量Q=0.2molx96500

io30f）x103

Cmo「=19300C,则理论上可产生的容量（电量）为一361mAh。（5）由于Zn比Pb活动性

E

强，正极材料都是PbCh，所以Zn—PbCh的电势差比Pb—PbCh的电势差大，贝U4心Pbo>Pb-Pbo；不同

电池的电势差越大，电池反应的自由能变就越小，由于Zn—PbCh的电势差比Pb—PbCh的电势差大，所以

△Gzn-pbO?<AGpb_pbOz°

7.KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示

阳离子交换膜

惰性电极a

惰性电极b

KOH+I2

（1）写出电解时阴极的电极反应式：»

（2）电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为,其迁移方向是。

【答案】（l）2H2O+2e-—2OFF+H2T

（2）K+由电极a到电极b

【解析】（1）电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O+2e「==2OH「+H2b

-

（2）电解过程中阳极反应为F+6OH-6e-=IO3+3H2O0阳极的K卡通过阳离子交换膜由电极a迁移到电

极bo

8.有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固

氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是,A是。

稀的

A溶液

浓的A溶液

【答案】N2+8H++6e-=2NH：氯化镂（或NH4CI）

【解析】该电池的本质反应是合成氨的反应，电池中氢气失去电子，在负极上发生氧化反应，氮气得到电子

在正极上发生还原反应，则正极反应为N2+8H++6e「=2NH：,氨气和氯化氢反应生成氯化镀，则电解质

溶液为氯化镀。

9.利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示。该电池中。2-可以在固体介质

NAS1CON（固溶体）内自由移动，工作时CP-的移动方向（填“从a到b”或“从b到a”），负极发生的电

极反应式为o

co

；多孔

传电极a

感

CON

器NASI

空气

多孔

电极b

-

O

e=C

--2

O+O

aC

b到

】从

【答案

2

生

，发

化碳

二氧

生成

反应

离子

子和氧

去电

化碳失

，一氧

电池

燃料

形成

空气

碳和

一氧化

知，

图可

】根据

【解析

原

极，

为正

一极

气的

入空

极，通

为负

在极

碳所

氧化

以一

2,所

-=cO

--2