2025化学步步高二轮专题复习专题四　主观题突破　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.分析电化学装置的物质变化书写电极反应式(1)确定装置类型原电池：外接用电器、电压表、负载等；电解池：外接电源或题干给出信息；二次电池：放电为原电池、充电为电解池。(2)“四步法”书写电极反应式2.已知总反应式，书写电极反应式(1)书写三步骤步骤一：根据电池总反应式，标出电子转移的方向和数目(ne-)。步骤二：找出正(阴)、负(阳)极，失电子的电极为负(阳)极；确定溶液的酸碱性。步骤三：写电极反应式。负(阳)极反应：还原剂-ne-=氧化产物正(阴)极反应：氧化剂+ne-=还原产物(2)书写技巧若某电极反应式较难写出时，可先写出较易的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写出的电极反应式。3.守恒法在电化学计算中的应用(1)电子守恒和电荷守恒列关系式①电子守恒：两极得失电子数相等。②电荷守恒：1个电子对应1个正电荷(或负电荷)。③常用关系式：O2~4e-~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH-~4H+~4nMn+(2)几个注意问题①气体体积相关计算时，必须注明标准状况。②计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移。例盐酸羟胺(NH3OHCl)是一种常见的还原剂和显像剂，其化学性质类似NH4Cl。工业上采用如图所示装置进行制备。不考虑溶液体积的变化。回答下列问题：(1)正极反应式为。

(2)负极反应式为。

(3)理论上，当有标准状况下3.36LH2参与反应时，左室溶液质量增加g。

答案(1)NO+3e-+4H+=NH3OH+(2)H2-2e-=2H+(3)3.3解析含铁的催化电极为正极，电极反应式为NO+3e-+4H+=NH3OH+；Pt电极为负极，电极反应式为H2-2e-=2H+。(3)结合电极反应：H2-2e-=2H+，消耗标况3.36LH2共转移0.3mol电子，则必有0.3molH+由右室流向左室，同时由NO变成盐酸羟胺(NH3OHCl)，结合NO+3e-+4H+=NH3OH+可知，参加反应的NO为0.1mol，故左室增加的为0.1molNO和0.3molH+，其质量总和为3.3g。1.[2024·浙江1月选考，19(1)]某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH，装置如图。电极B上的电极反应式是

。

答案CO2+2e-+2H+=HCOOH解析电极B是阴极，则电极反应式是CO2+2e-+2H+=HCOOH。2.[2024·北京，16(3)]研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3，其原理示意图如下。①电极a表面生成NO3−②研究发现：N2转化可能的途径为N2NONO3−。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是

答案①N2+6H2O-10e-=2NO3−②反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N解析①电极a上N2→NO3−，氮元素化合价升高，发生氧化反应，电极a为阳极，电极反应式为N2+6H2O-10e-=2NO3.[2023·北京，16(3)]近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NO3−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(NH2①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②2NO3−+16e-+CO2+18H+=CO(NH2)2+7H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。4.[2023·湖南，17(2)]工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下：已知：金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8℃。“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40~45℃的原因是

，阴极的电极反应式为。

答案确保生成的Ga为液体，便于从出料口流出[Ga(OH)4]-+3e-=Ga+4OH-解析镓的熔点为29.8℃，电解精炼温度需高于镓的熔点，因此电解池温度控制在40~45℃。Ga和Al性质相似，电解精炼过程中粗镓在阳极失电子产生的Ga3+在NaOH溶液中形成[Ga(OH)4]-，[Ga(OH)4]-在阴极得电子被还原为Ga，故阴极反应为[Ga(OH)4]-+3e-=Ga+4OH-。5.[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+4H2O2Na2Cr2O7+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+题型突破练(A)[分值：50分]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16g，理论上通过电路转移的电子为mol。

答案b2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16g是生成的甲醇的质量，即0.5mol，转移2mol电子。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。

答案2H2O+4h+=O2+4H+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。

答案负SO2+2H2O-2e-=SO42−解析HSO3−→S2O42−，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-=S4.(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1molAl2(C2O4)3时，电路中转移的电子的物质的量为mol。

答案2CO2+2e-=C2O4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C2O42−，通入CO2的电极为正极，正极的电极反应式为2CO2+2e-=C2O42−；负极Al失电子生成Al3+，当得到1molAl2(C2O4)3时，电路中转移的电子的物质的量为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92gNO2转移电子数为。

答案(1)O2+2N2O5+4e-=4NO3−解析(2)根据电极反应：4NO2+4NO3−-4e-=4N2O5可知，每消耗92gNO2(即2molNO2)，转移电子数为2N6.(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。答案2H2O+2e-=2OH-+H2↑10·OH+CH2ClCH2Cl→2CO2↑+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+CH2ClCH2Cl→2CO2↑+2HCl+6H2O。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。

答案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.(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1mol苯酚，则理论上电路中通过电子的物质的量为。

答案(1)Fe3++e-=Fe2+、O2+2H++2e-=H2O2(2)84mol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1mol苯酚，电路中转移(28+28×2)mol=84mol电子。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tmin，Zn电极的质量变化为mg，则理论上消耗CO2的物质的量为。

答案4OH--4e-=2H2O+O2↑m65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)=m65mol10.(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=电极上目标产物的实际质量电极上目标产物的理论质量答案(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∶611.(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NO2−还原成N(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3.0kg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。

答案(1)6Fe2++2NO2−+8H+=6Fe3++N2↑+4H12.(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2CO32−-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SO42−的电极反应式是答案(1)3CO2+4e-=C+2CO32−(2)HS-+4H2O-8e-=SO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+2CO32−。(2)由题图2可知，HS-→SO42−，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-=S13.(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

。

答案(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2mol电子时，阳极反应产生2molH+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+的物质的量相等题型突破练(B)[分值：50分]1.(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NO2−(2)当电路中有2mol电子通过时，一定量的NO3−被还原生成0.6molNO2−和答案(1)NO3−+2e-+H2O=NO解析(1)从装置图分析其电解质溶液呈碱性，则生成NO2−的电极反应式是NO3−+2e-+H2O=NO2−+2OH-。(2)根据电极反应式NO3−+2e-+H2O=NO2−+2OH-，NO3−被还原生成0.6molNO2−转移电子为1.2mol，则NO3−被还原生成NH3转移电子为2mol-1.2mol=0.8mol，由电极反应式N2.(6分)将PbO溶于NaOH溶液可制备NaHPbO2，反应为PbO+OH-=HPbO2(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：。

答案(1)正极(2)HPbO2−+H2=Pb+OH-+H解析(2)由图可知，HPbO2−在正极得到电子生成Pb，电极反应式为HPbO2−+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HPbO2−+H23.(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0.2molH+通过质子交换膜时，理论上最多生成HCOOH的质量为。

答案(1)CO2+2e-+2H+=HCOOH(2)4.6g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0.2molH+通过质子交换膜时，转移0.2mol电子，生成0.1molHCOOH，质量为0.1mol×46g·mol-1=4.6g。4.(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SO32−的物质的量减少了1mol，则理论上HC答案(1)SO32−+4e-+6HCO3−=S↓+3H解析分析可知，该装置中，正极的电极反应式为SO32−+4e-+6HCO3−=S↓+3H2O+6CO32−，当消耗1mol亚硫酸根离子，转移4mol电子，同时消耗6mol碳酸氢根离子，生成6mol碳酸根离子，根据电荷守恒，则有4molH+通过质子交换膜移向正极，4mol氢离子可以结合4mol的碳酸根离子生成5.(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)。

答案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8×18+6×12=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+4Li1.5Zn0.256.(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。

答案放电ZnxMn0.610.39O-2xe-=Mn0.610.39O+xZn2+7.(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2D.该方法可以同时将海水进行淡化答案(1)Fe(CN)64−-e-=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Fe(CN)64−-e-=Fe(CN)63−。(2)由①可知电极X为阴极，电极反应式为Fe(CN)63−+e-=Fe(CN)64−，电极Y为阳极，电极反应式为Fe(CN)64−-e-=Fe(CN)63−，则循环液1和2中均含有Fe(CN)63−和Fe(CN)64−，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，8.(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。

答案PbO2NaxCy-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+。9.(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。

答案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-。10.(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CH2CHCH3的工艺，装置如图，则C3H8生成CH2CHCH3的电极反应式为。

答案C3H8+O2--2e-=CH2CHCH3+H2O11.(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