资源简介

主观题突破(三)　电化学计算及电极反应式的书写
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CuC溶液,阴极区为盐酸,电解过程中CuC转化为CuC。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.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.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_____________________。
(2)理论上1 mol H2S参加反应可产生H2的物质的量为_____________ mol。
4.二氧化氯(ClO2)是一种重要的氧化剂,可用于某些污染物的处理。ClO2可由图甲所示装置制备(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的机理如图乙所示(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:_____________________。
5.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:_____________________。
6.近年研究发现,电催化CO2和含氮物质(N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____________________________________________________。
7.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。
(1)电解过程中OH-的移动方向为_____________(填“从左往右”或“从右往左”)。
(2)阳极的电极反应式为______________________。
8.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+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______________________。
9.研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
利用电化学方法通过微生物电催化将CO2有效地转化为H2C2O4,装置如图所示。阴极区电极反应式为_____________________;当体系的温度升高到一定程度,电极反应的速率反而迅速下降,其主要原因是_____________________。
10.某科研团队在Zn-Se电池快速充电领域取得新进展,以硒为正极材料且发生四电子转移反应,制得如图所示全电池。
(1)离子交换膜应选用_____________(填“阳膜”或“阴膜”)。
(2)充电时,阳极的电极反应为_____________________。
11.我国科学家研发的Zn-CO2电池可吸收利用CO2,将两组双极膜反向放置分隔两室电解液,充、放电时双极膜间的H2O解离成H+和OH-,工作原理如图。回答下列问题:
(1)放电时,Zn为_____________极,电极反应式为__________________________。
(2)放电时,当吸收0.448 L CO2(标准状况)气体时,双极膜解离出H+的物质的量为_____________ mol。
(3)放电时的总反应式为______________________。
(4)充电时,多孔Pd纳米片电极应连接电源铅酸蓄电池的_____________(填“Pb”或“PbO2”)电极,铅酸蓄电池的该电极反应式为___________,理论上,当通过0.1 mol电子时,该电极增重_____________ g。
主观题突破(三)　电化学计算及电极反应式的书写
1.答案　(1)CuC+2Cl--e-===CuC　(2)Cu、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CuC溶液,电解过程中CuC转化为CuC,电解时阳极发生的主要电极反应为CuC+2Cl--e-===CuC。(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CuC,故发生化合价变化的元素有Cu、O。
2.答案　(1)HCOO-+2OH--2e-===HC+H2O　H2SO4　(2)2HCOOH+2OH-+O2===2HC+2H2O(或2HCOO-+O2===2HC)
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-+O2===2HC+2H2O或2HCOO-+O2===2HC。
3.答案　(1)SO2-2e-+2H2O===4H++S　(2)2
解析　(1)由题图可知,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。(2)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。
4.答案　(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。
5.答案　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。
6.答案　(1)阳　(2)2N+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。(2)a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2N+16e-+CO2+18H+===CO(NH2)2+7H2O。
7.答案　(1)从右往左　(2)2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
解析　(1)由题图可知,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。(2)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。
8.答案　阳　Na+
解析　由4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+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2Cr+H2OCr2+2OH-可知,Cr2在c(OH-)减小的电极室中制得,即Na2Cr2O7在阳极室产生。
9.答案　2CO2+2e-+2H+===H2C2O4　温度过高微生物催化能力降低或催化剂失活
解析　由题图可知,阴极区二氧化碳得到电子发生还原反应生成草酸,反应为2CO2+2e-+2H+===H2C2O4;温度过高微生物催化能力降低或催化剂失活,使得电极反应的速率反而迅速下降。
10.答案　(1)阴膜　(2)Cu2Se-4e-===2Cu2++Se
解析　(1)由图示可知,离子交换膜左侧为CuSO4溶液,右侧为ZnSO4溶液,电池工作过程中应使S能自由通过,因此离子交换膜应选用阴膜。(2)放电时,硒为正极,正极反应为Se+2Cu2++4e-===Cu2Se,锌为负极,负极反应为Zn-2e-===Zn2+,充电时,阳极失电子,电极反应为Cu2Se-4e-===2Cu2++Se。
11.答案　(1)负　Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-
(2)0.04　(3)Zn+CO2+2H2O+2KOH===K2[Zn(OH)4]+HCOOH
(4)PbO2　PbO2+2e-+S+4H+===PbSO4+2H2O　3.2
解析　由题图可知,放电时,Zn化合价升高,失电子,作负极,电极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-,多孔Pd纳米片电极为正极,电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH,充电时,Zn作阴极,多孔Pd纳米片电极作阳极,据此作答。(1)Zn化合价升高,失电子,作负极,由分析可知,电极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-。(2)多孔Pd纳米片电极为正极,电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH,当吸收0.448 L即0.02 mol CO2(标准状况)气体时,需要0.04 mol H+,即双极膜解离出H+的物质的量为0.04 mol。(3)由分析可知,放电时,负极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-,正极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH,由两极反应可知总反应为Zn+CO2+2H2O+2KOH===K2[Zn(OH)4]+HCOOH。(4)充电时,多孔Pd纳米片电极作阳极,需连接电源铅酸蓄电池的PbO2电极(正极),电极反应式为PbO2+2e-+S+4H+===PbSO4+2H2O,当通过0.1 mol电子时,该电极增重×(96 g/mol-32 g/mol)=3.2 g。(共28张PPT)
主观题突破(三)　电化学计算及电极反应式的书写
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
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
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
(1)电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性CuC溶液，阴极区为盐酸，电解过程中CuC转化为CuC。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)。
CuC+2Cl--e-===CuC
Cu、O
(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CuC溶液，电解过程中CuC转化为CuC，电解时阳极发生的主要电极反应为CuC+2Cl--e-===CuC。(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CuC，故发生化合价变化的元素有Cu、O。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
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
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
(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_______________
______________________________________________。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
HCOO-+2OH--2e-===HC+H2O
H2SO4
2HCOOH+2OH-
+O2===2HC+2H2O(或2HCOO-+O2===2HC)
(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-+O2===
2HC+2H2O或2HCOO-+O2===2HC。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
3.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
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
(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______ mol。
SO2-2e-+2H2O===4H++S
2
(1)由题图可知，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。(2)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。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
4.二氧化氯(ClO2)是一种重要的氧化剂，可用于某些污染物的处理。ClO2可由图甲所示装置制备(电极不反应)。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
(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的机理如图乙所示(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：________________
_________________。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
减小
Cl+Cl+2H+
===2ClO2↑+H2O
(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。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
5.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：______________________________________。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
Fe-2e-===Fe2+
2N+8H++6Fe2+===N2↑+6Fe3++4H2O
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。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
6.近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(N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
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
(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_________________________
________________。
阳
2N+16e-+CO2+18H+===
CO(NH2)2+7H2O
(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。(2)a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2N+16e-+CO2+18H+===CO(NH2)2+7H2O。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
7.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。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
(1)电解过程中OH-的移动方向为___________(填“从左往右”或“从右往左”)。
(2)阳极的电极反应式为_____________________________。
从右往左
2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
(1)由题图可知，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。(2)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。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
8.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+4H2O
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________。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
阳
Na+
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
解析
9.研发二氧化碳利用技术、降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。
利用电化学方法通过微生物电催化将CO2有效地转化为H2C2O4，装置如图所示。阴极区电极反应式为_________________________；当体系的温度升高到一定程度，电极反应的速率反而迅速下降，其主要原因是__________________________________________。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
2CO2+2e-+2H+===H2C2O4
温度过高微生物催化能力降低或催化剂失活
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
由题图可知，阴极区二氧化碳得到电子发生还原反应生成草酸，反应为2CO2+2e-+2H+===H2C2O4；温度过高微生物催化能力降低或催化剂失活，使得电极反应的速率反而迅速下降。
解析
10.某科研团队在Zn-Se电池快速充电领域取得新进展，以硒为正极材料且发生四电子转移反应，制得如图所示全电池。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
(1)离子交换膜应选用_______(填“阳膜”或“阴膜”)。
(2)充电时，阳极的电极反应为_______________________。
阴膜
Cu2Se-4e-===2Cu2++Se
(1)由图示可知，离子交换膜左侧为CuSO4溶液，右侧为ZnSO4溶液，电池工作过程中应使S能自由通过，因此离子交换膜应选用阴膜。(2)放电时，硒为正极，正极反应为Se+2Cu2++4e-===
Cu2Se，锌为负极，负极反应为Zn-2e-===Zn2+，充电时，阳极失电子，电极反应为Cu2Se-4e-===2Cu2++Se。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
11.我国科学家研发的Zn-CO2电池可吸收利用CO2，将两组双极膜反向放置分隔两室电解液，充、放电时双极膜间的H2O解离成H+和OH-，工作原理如图。回答下列问题：
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
(1)放电时，Zn为___极，电极反应式为________________________。
(2)放电时，当吸收0.448 L CO2(标准状况)气体时，双极膜解离出H+的物质的量为_______ mol。
(3)放电时的总反应式为_______________________________________
__________。
(4)充电时，多孔Pd纳米片电极应连接电源铅酸蓄电池的________(填“Pb”或“PbO2”)电极，铅酸蓄电池的该电极反应式为_______________
_______________________，理论上，当通过0.1 mol电子时，该电极增重_______ g。
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
负
Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-
0.04
Zn+CO2+2H2O+2KOH===K2[Zn(OH)4]+
HCOOH
PbO2
PbO2+2e-+S
+4H+===PbSO4+2H2O
3.2
由题图可知，放电时，Zn化合价升高，失电子，作负极，电极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-，多孔Pd纳米片电极为正极，电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH，充电时，Zn作阴极，多孔Pd纳米片电极作阳极，据此作答。(1)Zn化合价升高，失电子，作负极,由分析可知，电极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-。(2)多孔Pd纳米片电极为正极，电极反应式为CO2+2e-+2H+===HCOOH，当吸收0.448 L即0.02 mol CO2(标准状况)气体时，需要0.04 mol H+，即双
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4
极膜解离出H+的物质的量为0.04 mol。(3)由分析可知，放电时，负极反应式为Zn-2e-+4OH-===[Zn(OH)4]2-，正极反应式为CO2+
2e-+2H+===HCOOH，由两极反应可知总反应为Zn+CO2+2H2O+
2KOH===K2[Zn(OH)4]+HCOOH。(4)充电时，多孔Pd纳米片电极作阳极，需连接电源铅酸蓄电池的PbO2电极(正极)，电极反应式为PbO2+2e-+S+4H+===PbSO4+2H2O，当通过0.1 mol电子时，该电极增重×(96 g/mol-32 g/mol)=3.2 g。
解析
1
5
6
7
8
9
10
11
2
3
4主观题突破(三)　电化学计算及电极反应式的书写
1.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。
2.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。
①原电池:外接用电器、电压表、负载等;
②电解池:外接电源或题干给出信息;
③二次电池:放电为原电池、充电为电解池。
(2)“四步法”书写电极反应式。
3.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。
【应用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。
(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。
【应用2】　全钒液流电池是一种活性物质循环流动的液态电池,以溶解于一定浓度硫酸中的不同价态的钒离子为电极反应的活性物质,基本工作原理示意图如下:
(1)硫酸是铅酸蓄电池的电解质,在铅酸蓄电池中负极的电极反应式是__________________________。
(2)全钒液流电池放电时,左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝,则电极b的电极反应式是___________,若有0.2 mol电子转移,质子交换膜左侧电解液质量_____________(填“增加”或“减少”),质量为_____________g。
(3)全钒液流电池充电时,电极a应连接电源的_____________极,电极反应式为__________________________。
1.(2024·北京卷)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N的电极反应式:_____________________。
(2)研究发现:N2转化可能的途径为N2NON。电极a表面还发生ⅲ.H2OO2。ⅲ的存在,有利于途径ⅱ,原因是_____________________。
2.(2024·上海卷)(1)根据如图装置,写出电极a的电极反应式:__________________________。
(2)解释在溶液中氧气的浓度变大后,为何有利于(CH2O)n的除去,但不利于硝酸根离子的除去。如果电解液含有氧气,对反应产率有什么影响
____________________________________________________。
3.(2024·浙江卷1月)通过电化学、热化学等方法,将CO2转化为HCOOH等化学品,是实现“双碳”目标的途径之一。
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__________________________。
4.(2023·江苏卷)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意义。催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下,恒定通过电解池的电量,电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。
FE%=×100%
其中,QX=nF,n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
(1)当电解电压为U1 V时,电解过程中含碳还原产物的FE%为0,阴极主要还原产物为_____________(填化学式)。
(2)当电解电压为U2 V时,阴极由HC生成CH4的电极反应式为_______________________________________________。
(3)当电解电压为U3 V时,电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为________________________________________________________________________________________________________(写出计算过程)。
5.(2023·河北卷)(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_____________________。
主观题突破(三)
核心整合
应用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。
应用2　答案　(1)Pb-2e-+S===PbSO4
(2)V2+-e-===V3+　增加　0.2
(3)正　VO2++H2O-e-===V+2H+
解析　全钒液流电池放电时,左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝说明左侧电极a是原电池的正极,酸性条件下V在正极得到电子发生还原反应生成VO2+,电极反应式为V+2H++e-===VO2++H2O,电极b为负极,V2+在负极失去电子发生氧化反应生成V3+,电极反应式为V2+-e-===V3+,充电时,与直流电源正极相连的a电极为阳极、b电极为阴极。(1)铅酸蓄电池中铅为原电池的负极,硫酸根离子作用下铅失去电子发生氧化反应生成硫酸铅,电极反应式为Pb-2e-+S===PbSO4。(2)由分析可知,电极b为负极,V2+在负极失去电子发生氧化反应生成V3+,电极反应式为V2+-e-===V3+,电极a是原电池的正极,酸性条件下V在正极得到电子发生还原反应生成VO2+,电极反应式为V+2H++e-===VO2++H2O,则有0.2 mol电子转移时,有0.2 mol氢离子通过质子交换膜移向左侧溶液中,所以质子交换膜左侧电解液质量增加质量为0.2 mol×1 g/mol=0.2 g。(3)由分析可知,充电时,与直流电源正极相连的a电极为阳极,水分子作用下VO2+在阳极失去电子发生氧化反应生成V和H+,电极反应式为VO2++H2O-e-===V+2H+。
真题对练
1.答案　(1)N2+6H2O-10e-===2N+12H+
(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N2N,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+。
2.答案　(1)2N+10e-+12H+===N2↑+6H2O
(2)氧气可在正极放电,使硝酸根离子消耗减少,去除率下降,另外氧气也可氧化(CH2O)n生成二氧化碳,从而有利于(CH2O)n的除去
解析　(1)由题图可知,电极a上硝酸根离子得电子转化为氮气,结合装置中含有质子交换膜可确定产物还有水,电极反应式为2N+10e-+12H+===N2↑+6H2O。
3.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。
4.答案　(1)H2　(2)10HC+8e-===CH4↑+9C+3H2O　(3)每生成1 mol C2H4转移12 mol e-,每生成1 mol HCOO-转移2 mol e-,故电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为∶=1∶2
解析　(1)当电解电压为U1 V时,电解过程中含碳还原产物的FE%为0,说明二氧化碳没有得电子,是氢离子得电子变成氢气。(2)当电解电压为U2 V时,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知碱性条件下阴极由HC生成CH4的电极反应式为10HC+8e-===CH4↑+9C+3H2O。(3)当电解电压为U3 V时,电解过程中还原产物C2H4的FE%为24%,还原产物HCOO-的FE%为8%,每生成1 mol C2H4转移12 mol e-,每生成1 mol HCOO-转移2 mol e-,故电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为∶=1∶2。
5.答案　(1)阴　(2)2NH3+6OH--6e-===N2+6H2O
解析　(1)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)由题给条件“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”可得消耗NH3和H2的物质的量之比为∶=2∶3,即3 mol H2失去的电子数与2 mol NH3失去的电子数相等,则反应中NH3失电子生成N2,在碱性下的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O。(共24张PPT)
主观题突破(三)
专题四　电化学
电化学计算及电极反应式的书写
1.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。
核心整合——抓关键
2.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。
①原电池：外接用电器、电压表、负载等；
②电解池：外接电源或题干给出信息；
③二次电池：放电为原电池、充电为电解池。
(2)“四步法”书写电极反应式。
3.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。
【应用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。
(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+。(3)结合电极反应：H2-2e-===2H+，消耗标准状况下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。
解析
【应用2】　全钒液流电池是一种活性物质循环流动的液态电池，以溶解于一定浓度硫酸中的不同价态的钒离子为电极反应的活性物 质，基本工作原理示意图如下：
(1)硫酸是铅酸蓄电池的电解质，在铅酸蓄电池中负极的电极反应式是__________________________。
(2)全钒液流电池放电时，左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，则电极b的电极反应式是______________，若有0.2 mol电子转移，质子交换膜左侧电解液质量__________(填“增加”或“减少”)，质量为_________g。
(3)全钒液流电池充电时，电极a应连接电源的_____________极，电极反应式为__________________________。
Pb-2e-+S===PbSO4
V2+-e-===V3+
增加
0.2
正
VO2++H2O-e-===V+2H+
全钒液流电池放电时，左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝说明左侧电极a是原电池的正极，酸性条件下V在正极得到电子发生还原反应生成VO2+，电极反应式为V+2H++e-===VO2++H2O，电极b为负极，V2+在负极失去电子发生氧化反应生成V3+，电极反应式为V2+-e-===V3+，充电时，与直流电源正极相连的a电极为阳极、b电极为阴极。(1)铅酸蓄电池中铅为原电池的负极，硫酸根离子作用下铅失去电子发生氧化反应生成硫酸铅，电极反应式为Pb-2e-+S===PbSO4。(2)由分析可知，电极b为负极，V2+在负极失去
解析
电子发生氧化反应生成V3+，电极反应式为V2+-e-===V3+，电极a是原电池的正极，酸性条件下V在正极得到电子发生还原反应生成VO2+，电极反应式为V+2H++e-===VO2++H2O，则有0.2 mol电子转移时，有0.2 mol氢离子通过质子交换膜移向左侧溶液中，所以质子交换膜左侧电解液质量增加质量为0.2 mol×1 g/mol= 0.2 g。(3)由分析可知，充电时，与直流电源正极相连的a电极为阳极，水分子作用下VO2+在阳极失去电子发生氧化反应生成V和H+，电极反应式为VO2++H2O-e-===V+2H+。
解析
1.(2024·北京卷)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。
真题对练——品考向
N2+6H2O-10e-===2N+12H+
反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N
解析
2.(2024·上海卷)(1)根据如图装置，写出电极a的电极反应式：______________________________。
2N+10e-+12H+===N2↑+6H2O
(2)解释在溶液中氧气的浓度变大后，为何有利于(CH2O)n的除去，但不利于硝酸根离子的除去。如果电解液含有氧气，对反应产率有什么影响
_____________________________________________________________________________________________________________________________。
氧气可在正极放电，使硝酸根离子消耗减少，去除率下降，另外氧气也可氧化(CH2O)n生成二氧化碳，从而有利于(CH2O)n的除去
(1)由题图可知，电极a上硝酸根离子得电子转化为氮气，结合装置中含有质子交换膜可确定产物还有水，电极反应式为2N+10e-+12H+===N2↑+6H2O。
解析
3.(2024·浙江卷1月)通过电化学、热化学等方法，将CO2转化为HCOOH等化学品，是实现“双碳”目标的途径之一。
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__________________________。
CO2+2e-+2H+===HCOOH
电极B是阴极，则电极反应式是CO2+2e-+2H+===HCOOH。
解析
4.(2023·江苏卷)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意 义。催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。
H2
10HC+8e-===CH4↑+9C+3H2O
(3)当电解电压为U3 V时，电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为_________________________________________________________
___________________________________________________________
________________(写出计算过程)。
每生成1 mol C2H4转移12 mol e-，每生成1 mol HCOO-转移 2 mol e-，故电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为∶=1∶2
(1)当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳没有得电子，是氢离子得电子变成氢气。(2)当电解电压为U2 V时，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知碱性条件下阴极由HC生成CH4的电极反应式为10HC+8e-===CH4↑+9C+3H2O。(3)当电解电压为U3 V时，电解过程中还原产物C2H4的FE%为24%，还原产物HCOO-的FE%为8%，每生成1 mol C2H4转移12 mol e-，每生成1 mol HCOO-转移2 mol e-，故电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为∶=1∶2。
解析
5.(2023·河北卷)(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_____________________________。
阴
2NH3+6OH--6e-===N2+6H2O
(1)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)由题给条件“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”可得消耗NH3和H2的物质的量之比为∶=2∶3，即3 mol H2失去的电子数与2 mol NH3失去的电子数相等，则反应中NH3失电子生成N2，在碱性下的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O。
解析

展开更多......

收起↑