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(共33张PPT)
专题四 主观题突破
电极反应式的书写及电化学计算
核心精讲
01
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+~Mn+。
(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1　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3.36 L H2参与反
应时，左室溶液质量增加　　 g。
NO+3e-+4H+===NH3OH+
H2-2e-===2H+
3.3
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+。
结合电极反应：H2-2e-===2H+，消耗标况3.36 L
H2共转移0.3 mol电子，则必有0.3 mol H+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0.1 mol，故左室增加的为0.1 mol NO和0.3 mol H+，其质量总和为3.3 g。
例2　中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体LaHx，某小组据此设计了如图装置，以电化学方法进行反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1。
(1)电极a为电源的　　　(填“正极”或
“负极”)。
负极
由信息可知，电解池装置中的离子导体可以传输氢负离子，氢气在惰性电极1上放电生成氢负离子，氢负离子在惰性电极2上失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，则电极a为电源的负极。
(2)生成CH3OH的电极反应式为
　　　　　　　　　　　　　。
CO2-6e-+6H-===CH3OH+H2O
在惰性电极2上氢负离子失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式：CO2-6e-+6H-===CH3OH+H2O。
(3)若反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1(副反应)也同时发生，出口 Ⅱ 为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，则惰性电极2的电
流效率η为　 　(η=×100%)。
90%
若副反应也同时发生，出口Ⅱ为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，假设生成1 mol CO和3 mol CH3OH，转移电子1 mol×2+3 mol×6=20 mol，则惰性电极2的电流效率η为×
100%=90%。
真题演练
02
1.[2022·江苏，17(1)]氢气是一种清洁能源，
绿色环保制氢技术研究具有重要意义。
“CuCl H2O热电循环制氢”经过溶解、
电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图所示。
1
2
3
+2Cl--e-===
①电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性溶液，阴极区为盐酸，电解过程中转化为。电解时阳极发生的主要电极反应为　　　　　　　 　　　(用电极反应式表示)。
1
2
3
电解在质子交换膜电解池中进行，H+可自由通过，阳极区为酸性溶液，电解过程中
转化为，电解时阳极发生的主要电极反应为+2Cl--e-===。
②电解后，经热水解和热分解的物质可循环使用。在热水解和热分解过程中，发生化合价变化的元素有　　　　　(填元素符号)。
1
2
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Cu、O
电解后，经热水解得到的HCl和热分解得到的CuCl等物质可循环使用，从图中可知，热分解产物还有O2，又电解后进入热水解的物质有，故发生化合价变化的元素有Cu、O。
1
2
3
2.[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-+2OH--2e-
===HC+H2O
H2SO4
1
2
3
由图示可知，燃料电池负极区是HCOO-→HC，因在碱性条件下，故电极反应式为HCOO-+2OH--2e-===HC+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。
1
2
3
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===2HC+2H2O
(或2HCOO-+O2===2HC)
根据电池反应的实质为HCOOH与O2反应生成HC，可写出电池反应的离子方程式为2HCOOH+2OH-+O2===2HC+2H2O或2HCOO-+O2
===2HC。
1
2
3
3.[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表面生成的电极反应式：
　　　 　　　　。
N2+6H2O-10e-===2N+12H+
电极a上N2―→，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-===2N+12H+。
1
2
3
②研究发现：N2转化可能的途径为N2 NO
。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是____________
　　　　 　　　。
反应ⅲ生成O2，
O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成
模拟预测
03
4.(2023·泰州靖江调研)电解NaBO2溶液可制得NaBH4，电解装置示意图如图所示。
B+8e-+6H2O===B+8OH-
该电解池阴极的电极反应式为 。
4
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5.(2023·姜堰中学、如东中学、沭阳中学联考)通过电化学循环法可将H2S转化为H2SO4和H2(如图所示)。其中氧化过程发生如下两步反应：H2S+
H2SO4===SO2↑+S↓+2H2O、S+O2===SO2。
(1)电极a上发生的电极反应为　　 　 　　　　。
SO2-2e-+2H2O===4H++S
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由图可知，该装置为原电池，电极a为电池的负极，通入的二氧化硫气体在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸，电极反应式为SO2-2e-+2H2O===4H++S。
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(2)理论上1 mol H2S参加反应可产生H2的物质的量为　　　　。
2 mol
由反应H2S+H2SO4===SO2↑+S↓+2H2O、S+O2===SO2可知，1 mol H2S参加反应时，负极上有2 mol二氧化硫参与放电，由得失电子守恒可得：2 mol×2=n(H2)×2，解得n(H2)=2 mol。
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6.(2023·南京、盐城模拟)(1)我国科学家以Si/Bi材料作光电阴极、CO2饱和的0.5 mol·L-1的KHCO3溶液作电解液(pH=7.4)，将CO2转化为HCOOH，原理如图所示。
根据图示，写出光电阴极电极反应式：
　　　 　　　　。
(2)碱性环境下直接电解NaGa(OH)4溶液
得到金属镓，阴极的电极反应式为　　　 　 　　　。
CO2+HC+2e-===HCOO-+C
[Ga(OH)4]-+3e-===Ga+4OH-
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7.某实验小组想用铅酸蓄电池作电源，
并利用图1装置电解饱和食盐水制
NaOH溶液。
图1中NaOH溶液的作用是___________
　　 　　， 反应的离子方程式为　　 　　。
利用实验过程中产生的a、b两种气体和NaOH溶液可设计成图2所示燃料电池，M电极的电极反应式为　　 　　。
该燃料电池工作一段时间后溶液的pH　　　　(填“减小”“增大”或“不变”)。
吸收Cl2，
2OH-+Cl2===Cl-+ClO-+H2O
防止污染空气
H2-2e-+2OH-===2H2O
减小
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8.(2024·苏州高三开学考试)工业上采用如图所示装置电解制备甲醇，反应前后KHCO3浓度基本保持不变，生成CH3OH的电极反应式为________　　　
　　　　 　　　。
7CO2+6e-
+5H2O===CH3OH+6HC
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9.(2024·盐城高三阶段练习)二氧化氯(ClO2)是一种重要的氧化剂，可用于某些污染物的处理。ClO2可由图1所示装置制备(电极不反应)。
减小
(1)电解时阳极附近溶液的pH　　 (填“减小”“增大”或“不变”)。
电解时阳极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑，阳极附近溶液氢离子浓度增大，pH减小。
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(2)阴极上产生ClO2的机理如图2所示(A、B均为含氯微粒，其他微粒未标出)。写出B与A反应生成ClO2的离子方程式：_____
　　　 　。
Cl
根据图示，Cl在阴极上得电子生成ClO2：Cl+e-+2H+===ClO2↑
+H2O，生成的ClO2在阴极迅速得到电子生成Cl：ClO2+e-===Cl，Cl与溶液中的Cl发生反应生成ClO2，即Cl+Cl+2H+===
2ClO2↑+H2O。
+Cl+2H+===2ClO2↑+H2O
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10.工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，写出电解时铁电极发生的电极反应：　 　　　。
随后，铁电极附近有无色气体产生，写出有关反应的离子方程式：
　　　 　 　　　。
Fe-2e-===Fe2+
2N+8H++6Fe2+===N2↑+6Fe3++4H2O
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4
根据电解原理，阳离子向阴极移动，由装置图可知，A为电源的正极，B为电源的负极，铁作阳极，电极反应式为Fe-2e-===Fe2+；N在酸性条件下
具有强氧化性，能将Fe2+氧化，本身被还原成N2，其反应的离子方程式为2N+8H++6Fe2+===N2↑+6Fe3++4H2O。
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4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+~Mn+。
(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1　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3.36 L H2参与反应时，左室溶液质量增加　　　　 g。
例2　中科院研究出首例在室温条件超快传输的氢负离子导体LaHx，某小组据此设计了如图装置，以电化学方法进行反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1。
(1)电极a为电源的　　　　　(填“正极”或“负极”)。
(2)生成CH3OH的电极反应式为　　　 　　　　。
(3)若反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1(副反应)也同时发生，出口 Ⅱ 为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，则惰性电极2的电流效率η为　　　　(η=×100%)。
1.[2022·江苏，17(1)]氢气是一种清洁能源，绿色环保制氢技术研究具有重要意义。
“CuCl H2O热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图所示。
①电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性溶液，阴极区为盐酸，电解过程中转化为。电解时阳极发生的主要电极反应为　　　
(用电极反应式表示)。
②电解后，经热水解和热分解的物质可循环使用。在热水解和热分解过程中，发生化合价变化的元素有　　　　　(填元素符号)。
2.[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　　　 　　　　。
3.[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表面生成的电极反应式：　　　 　　　　。
②研究发现：N2转化可能的途径为N2NO。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是　　　 　　　　。
4.(2023·泰州靖江调研)电解NaBO2溶液可制得NaBH4，电解装置示意图如图所示。
该电解池阴极的电极反应式为　　　 　　　　。
5.(2023·姜堰中学、如东中学、沭阳中学联考)通过电化学循环法可将H2S转化为H2SO4和H2(如图所示)。其中氧化过程发生如下两步反应：H2S+H2SO4SO2↑+S↓+2H2O、S+O2SO2。
(1)电极a上发生的电极反应为　　　 　　　　。
(2)理论上1 mol H2S参加反应可产生H2的物质的量为　　　　。
6.(2023·南京、盐城模拟)(1)我国科学家以Si/Bi材料作光电阴极、CO2饱和的0.5 mol·L-1的KHCO3溶液作电解液(pH=7.4)，将CO2转化为HCOOH，原理如图所示。
根据图示，写出光电阴极电极反应式：　　　 　　　　。
(2)碱性环境下直接电解NaGa(OH)4溶液得到金属镓，阴极的电极反应式为　　　 　　　　。
7.某实验小组想用铅酸蓄电池作电源，并利用图1装置电解饱和食盐水制NaOH溶液。
图1中NaOH溶液的作用是　　　 　　　　，反应的离子方程式为 　　　　。
利用实验过程中产生的a、b两种气体和NaOH溶液可设计成图2所示燃料电池，M电极的电极反应式为　　　　。
该燃料电池工作一段时间后溶液的pH　　　(填“减小”“增大”或“不变”)。
8.(2024·苏州高三开学考试)工业上采用如图所示装置电解制备甲醇，反应前后KHCO3浓度基本保持不变，生成CH3OH的电极反应式为　　　　。
9.(2024·盐城高三阶段练习)二氧化氯(ClO2)是一种重要的氧化剂，可用于某些污染物的处理。ClO2可由图1所示装置制备(电极不反应)。
(1)电解时阳极附近溶液的pH　　　　(填“减小”“增大”或“不变”)。
(2)阴极上产生ClO2的机理如图2所示(A、B均为含氯微粒，其他微粒未标出)。写出B与A反应生成ClO2的离子方程式：　　　 　　　　。
10.工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，写出电解时铁电极发生的电极反应：　　　　。
随后，铁电极附近有无色气体产生，写出有关反应的离子方程式：　　　 　　　　。
答案精析
核心精讲
例1　(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3.36 L H2共转移0.3 mol电子，则必有0.3 mol H+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0.1 mol，故左室增加的为0.1 mol NO和0.3 mol H+，其质量总和为3.3 g。
例2　(1)负极　(2)CO2-6e-+6H-CH3OH+H2O　(3)90%
解析　(1)由信息可知，电解池装置中的离子导体可以传输氢负离子，氢气在惰性电极1上放电生成氢负离子，氢负离子在惰性电极2上失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，则电极a为电源的负极。(2)在惰性电极2上氢负离子失电子变为氢原子，然后氢原子将二氧化碳还原为甲醇和水，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式：CO2-6e-+6H-CH3OH+H2O。(3)若副反应也同时发生，出口Ⅱ为CO、CH3OH、CO2的混合气，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，假设生成1 mol CO和3 mol CH3OH，转移电子1 mol×2+3 mol×6=20 mol，则惰性电极2的电流效率η为×100%=90%。
真题演练
1.①+2Cl--e-
②Cu、O
解析　①电解在质子交换膜电解池中进行，H+可自由通过，阳极区为酸性溶液，电解过程中转化为，电解时阳极发生的主要电极反应为+2Cl--e-。②电解后，经热水解得到的HCl和热分解得到的CuCl等物质可循环使用，从图中可知，热分解产物还有O2，又电解后进入热水解的物质有，故发生化合价变化的元素有Cu、O。
2.①HCOO-+2OH--2e-HC+H2O　H2SO4
②2HCOOH+2OH-+O22HC+2H2O(或2HCOO-+O22HC)
解析　①由图示可知，燃料电池负极区是HCOO-HC，因在碱性条件下，故电极反应式为HCOO-+2OH--2e-HC+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HC，可写出电池反应的离子方程式为2HCOOH+2OH-+O22HC+2H2O或2HCOO-+O22HC。
3.①N2+6H2O-10e-2N+12H+
②反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成
解析　①电极a上N2，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-2N+12H+。
模拟预测
4.B+8e-+6H2OB+8OH-
5.(1)SO2-2e-+2H2O4H++S
(2)2 mol
解析　(1)由图可知，该装置为原电池，电极a为电池的负极，通入的二氧化硫气体在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸，电极反应式为SO2-2e-+2H2O4H++S。(2)由反应H2S+H2SO4SO2↑+S↓+2H2O、S+O2SO2可知，1 mol H2S参加反应时，负极上有2 mol二氧化硫参与放电，由得失电子守恒可得：2 mol×2=n(H2)×2，解得n(H2)=2 mol。
6.(1)CO2+HC+2e-HCOO-+C
(2)［Ga(OH)4］-+3e-Ga+4OH-
7.吸收Cl2，防止污染空气　2OH-+Cl2Cl-+ClO-+H2O　H2-2e-+2OH-2H2O　减小
8.7CO2+6e-+5H2OCH3OH+6HC
9.(1)减小
(2)Cl+Cl+2H+2ClO2↑+H2O
解析　(1)电解时阳极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑，阳极附近溶液氢离子浓度增大，pH减小。(2)根据图示，Cl在阴极上得电子生成ClO2：Cl+e-+2H+ClO2↑+H2O，生成的ClO2在阴极迅速得到电子生成Cl：ClO2+e-Cl，Cl与溶液中的Cl发生反应生成ClO2，即Cl+Cl+2H+2ClO2↑+H2O。
10.Fe-2e-Fe2+　 2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O
解析　根据电解原理，阳离子向阴极移动，由装置图可知，A为电源的正极，B为电源的负极，铁作阳极，电极反应式为Fe-2e-Fe2+；N在酸性条件下具有强氧化性，能将Fe2+氧化，本身被还原成N2，其反应的离子方程式为2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O。

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