模板04 电极反应式的书写及相关计算(原卷版)-2025年高考化学答题技巧与模板构建

模板04电极反应式的书写及相关计算识识·题型解读考情分析+命题预测/技巧解读明·模板构建答题模板+技巧点拨技法01电极反应式的书写方法技法02电化学的相关计算与分析通·模板运用真题示例+模板答题+变式训练练·模板演练最新模拟、预测考向本节导航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。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。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。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以xMg＋Mo3S4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do7(充电))MgxMo3S4为例说明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：(1)写出电池总反应式CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O，其离子方程式为CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O。(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O2＋2H2O＋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K2CO3)O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)(3)电池的总反应式－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。(2)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。(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(CHO)的电氧化反应可合成糠酸(COOH)，利用其电还原反应则可合成糠醇(CH2OH)，主要反应过程如下：COOHeq\o(→,\s\up7(－2e－),\s\do7(电氧化))CHOeq\o(→,\s\up7(＋2e－),\s\do7(电还原))CH2OH阳极反应：CHO＋H2O－2e－=COOH＋2H＋；阴极反应：CHO＋2H＋＋2e－=CH2OH。1．（2022·重庆卷）反应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。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)。【答案】质子导体【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：；【第三步综合判断】③根据三段式：出口Ⅰ处气体为体积为x，进口Ⅰ处的气体体积为，则，CO的转化率为：。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________________________。2．（2023·北京卷）（3）近年研究发现，电催化和含氮物质(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。向一定浓度的溶液通至饱和，在电极上反应生成，电解原理如图所示。①电极是电解池的__________极。②电解过程中生成尿素的电极反应式是______________________。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：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·)；②Cl·与吸附在电极上的CH4反应生成HCl和CH3Cl；③在碱性电解液中，CH3Cl转化为目标产物CH3OH。当步骤①有2molCl·生成时，外电路中转移的电子数为________(用含NA的代数式表示)。阴极的电极反应为_____________________________。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→丙烯酸、烯丙醇→丙烯醛、烯丙醇→丙二酸)，各反应决速步骤的活化能如下表所示。反应烯丙醇→丙烯酸烯丙醇→丙烯醛烯丙醇→丙二酸活化能(单位：eV)8.6a2.5a13.7a①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=CHCHO)的电极反应式为_____________________。3．处理和利用CO是环境科学研究的热点课题。(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________________________________________。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__________________________。②当向正极通入1molO2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)。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(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。(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“PbO2”)极，钠离子电池负极的电极反应式为________。6．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“<”)7．KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示(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_______________。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________。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O2－可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2－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________________________。10．含乙酸钠和对氯酚(ClOH)的废水可以利用微生物电池除去，其原理如图所示①B是电池的________(填“正”或“负”)极=2\*GB3②A极的电极反应式为_______________________________。11．新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。如图所示，其中多孔电极不参与电极反应(1)该电池的负极反应式为_____________________________。(2)如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量表达式为_________(1个电子的电量为1.6×10－19C)。12．以CH4(g)为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀H2SO4作电解质溶液，其负极电极反应式为_________________________________________，已知该电池的能量转换效率为86.4%，甲烷的燃烧热为－890.3kJ·mol－1，则该电池的比能量为______kW·h·kg－1[结果保留1位小数，比能量＝eq\f(电池输出电能kW·h,燃料质量kg),1kW·h＝3.6×106J]。13．SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径(1)利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料，装置如图所示①若A为CO，B为H2，C为CH3OH，则通入CO的为________(填“正”或“负”)极。②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应式为________________________。(2)碳酸盐燃料电池，以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气(CO、H2的体积比为1∶1)直接做燃料，其工作原理如图所示①电池总反应为_______________________________。②以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6g，电解后溶液体积为2L，溶液的pH约为___________。(3)某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5①现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，采用电解法制备N2O5，装置如图所示，其中Y为CO2。在石墨(Ⅱ)电极上同时还引入CO2的目的是______________________________________________。②电解过程中，生成N2O5的电极反应式为______________________________________。14．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___________________。15．H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)(1)写出阳极的电极反应式：_________________________________。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：___________________________________________。(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有____________杂质。该杂质产生的原因是________________________________________________________________。16．双极膜由阳离子交换膜、催化剂层和阴离子交换膜组合而成，在直流电场作用下可将水解离，在双极膜的两侧分别得到H＋和OH－，将其与阳离子交换膜(阳膜)、阴离子交换膜(阴膜)组合，可有多种应用。(1)海水淡化：模拟海水淡化，双极膜组合电解装置示意图如图甲①X极是________极(填“阴”或“阳”)。②电解后可获得较浓的盐酸和较浓的NaOH溶液，图甲中双极膜的右侧得到的是_______(填“H＋”或“OH－”)。(2)钠碱循环法脱除烟气中的SO2，并回收SO2：用pH>8的Na2SO3溶液作吸收液，脱除烟气中的SO2，至pH<6时，吸收液的主要成分为NaHSO3，需再生。Ⅰ．加热pH<6时的吸收液使其分解，回收SO2并再生吸收液。所得的再生吸收液对SO2的吸收率降低，结合离子方程式解释原因：__________________________________________________。Ⅱ.双极膜和阴膜组合电渗析法处理pH<6时的吸收液，可直接获得再生吸收液和含较高浓度HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的溶液，装置示意图如图乙①再生吸收液从________室流出(填“A”或“B”)。②简述含较高浓度HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的溶液的生成原理：____________________________________________