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重难提优2　电极反应式的书写
1 [南通启东中学开学考]下列叙述错误的是(　　)
A. K与N连接时，若X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大
B. K与N连接时，若X为氯化钠，石墨电极上的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C. K与M连接时，若X为硫酸，一段时间后溶液的pH减小
D. K与M连接时，若X为氯化钠，石墨电极上的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
2 [南通启东中学开学考]中科院物理研究所研发的双极膜可充电Zn-CO2电池解决了传统电池的体积与硬度问题，该电池工作原理如图所示。
已知：双极膜夹层间的H2O能够解离成H＋和OH－分别向两极移动。下列说法正确的是(　　)
A. 放电时，B电极反应为2H2O＋CO2＋2e－===HCOOH＋2OH－
B. 放电时，H＋通过a膜移向Zn电极
C. 放电时，电流方向为B电极→用电器→A电极→双极膜→B电极
D. 放电时，理论上电极A质量减少65 g时，需要消耗22.4 L CO2
3 [南通海安期末节选]我国科学家设计了CO2＋H2S协同转化装置(右侧电解质溶液中含有EDTA-Fe2+)，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除，工作原理如图所示。
电极b上发生的电极反应式为________________________________________
______________________________________________________________________。
4 [扬州邗江期中节选]以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氮的氧化物Y，则该电池的负极反应式为________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
5 [苏州中学检测节选]工厂烟气(主要污染物有SO2、NO)直接排放会造成空气污染。通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，其工作原理如图所示。已知O2-可在固体电解质中自由移动。NiO电极上的电极反应式为______________
______________________________________________________________________。
6 [苏州常熟中学检测节选]甲醇(CH3OH)燃料电池是符合绿色化学理念的新型燃料电池，如图是以甲醇燃料电池(甲池)为电源的电解装置。已知：A、B、C、D、E、F都是惰性电极，丙中为0.1 mol/L CuSO4溶液(假设反应前后溶液体积不变)，当向甲池通入物质a和b时，D极附近呈红色。
甲　 　 乙　　　丙
(1) 物质b的化学式为________，A电极的电极反应式为__________________
_______________________________________。
(2) 乙装置中D电极反应式为__________________________。
(3) 丙装置中总反应的离子方程式为__________________________________。
(4) 当乙装置中C电极收集到224 mL(标况下)气体时，丙中溶液的c(H＋)＝________ mol/L。
7 [苏州三中月考]回答下列问题。
(1) 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上发生反应的电极反应式：___________________________________
______________________________________________________________________。
②理论上1 mol H2S参加反应可产生H2的物质的量为________。
(2) FeS2是Li/FeS2电池(如图1)的正极活性物质，Li/FeS2电池的负极是金属Li，电解液是含锂盐的有机溶液。电池放电反应：FeS2＋4Li===Fe＋4Li＋＋2S2-。该反应可认为分两步进行：第1步为FeS2＋2Li===2Li＋＋FeS，则第2步正极的电极反应式为__________________________________________________________。
图1 图2
(3) 图2为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池总反应式：2Na＋xS===Na2Sx，正极反应式：_____________________________
______________________________________________________________________。
M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用：_____________________________________
______________________________________________________________________。
8 [南京六校联合体期末节选]用光电化学法将CO2还原为有机物实现碳资源的再生利用，其装置如图1所示，其他条件一定时，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2所示。
　　　
图1 图2
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，阴极生成HCHO的电极反应式为_______________
______________________________。
(2) 当电解电压为U2 V时，电解生成的HCOOH和HCHO的物质的量之比为5∶6，生成HCHO的法拉第效率m%为________。
9 [南通如皋期中节选]利用电化学反应可以实现能量和物质的转化。
(1) 某研究小组用甲烷燃料电池作为电源，制备Fe(OH)2，装置如图所示。
①甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应式为___________________________
_______________________。
②a极电极材料应选用________。
(2) NaBH4-H2O2燃料电池有望成为低温环境下工作的便携式燃料电池。其工作原理如图所示。写出放电时的负极反应式：________________________________。
10 [扬州邗江期中节选]电化学普遍应用于生活和生产中，前途广泛，是科研的重点方向。
(1) 铅蓄电池为常见的二次电池，其原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。放电时，能量转化形式为________________(填“化学能转化为电能”或“电能转化为化学能”)，正极反应式为__________________________________。
充电时，原负极应接外接电源的________极。
(2) 工业上采用Fe、C为电极电解碱性K2MnO4溶液制备KMnO4。电解时，应以________(填“Fe”或“C”)作阴极，电解时阳极反应式为____________________
_______________________________________，电解过程中阴极附近溶液pH将会________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3) 用原电池原理可以除去酸性废水中的三氯乙烯和AsO，其原理如图所示(导电壳内部为纳米铁)。正极电极反应式为_________________________________
______________________________________________________________________。
11 [苏州苏苑中学月考]回答下列问题。
(1) 正极为________(填“A电极”或“B电极”，下同)，H＋移动方向为由________到________，写出A电极的电极反应式：____________________________
______________________________________________________________________。
(2) SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。
①a是直流电源的________(填“正”或“负”，下同)极。
②已知电解池的阴极室中溶液的pH介于4～7，阴极的电极反应式为_______
___________________________________。
③用离子方程式表示吸收NO的原理：_________________________________
______________________________________________________________________。
(3) 结合下图所示的电解装置可除去废水中的氨氮。
①a极为________极。
②d极反应式为_________________________________。
(4) VB2-空气电池是目前储电能力最强的电池。以VB2-空气电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液如下图所示，该电池工作时的反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，则负极区溶液的pH________(填“升高”或“降低”)。当外电路中通过0.04 mol电子时，B装置内共收集到0.448 L气体(标准状况)，若B装置内的液体体积为200 mL(电解前后溶液体积不变)，则电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为________ mol/L。
12 [苏州常熟中学检测节选]利用电化学装置可消除氮氧化物污染，变废为宝。
(1) 化学家正在研究尿素动力燃料电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素[CO(NH2)2]燃料电池结构如图所示。
甲电极的电极反应式为____________________________________；理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积约为________L(标准状况下)。
(2) 下图为电解NO制备NH4NO3的装置。该装置中阴极的电极反应式为________________________________；“反应室”中发生反应的离子方程式为________________________________________。
(3) 工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如下图所示，写出电解时铁电极的电极反应式：_________________________________。随后，铁电极附近有无色气体产生，可能原因是_____________________________________。
13 [苏州实验中学期初]CO2的资源化利用能有效减少CO2的排放，充分利用碳资源。
(1) 电催化还原法是CO2的有机资源化的研究热点。控制其他条件相同，将一定量的CO2通入盛有酸性溶液的电催化装置中，CO2可转化为有机物，阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如下图所示。
①电解电压为U1时，电解时转移电子的物质的量为____________。
②电解电压为U2时，阴极由CO2生成甲醇的电极反应式为________________
________________________。
③在实际生产中发现当pH过低时，有机物产率降低，可能的原因是_________
______________________________________________________________________。
(2) 我国科学家以Si/Bi材料作光电阴极、CO2饱和的0.5 mol/L的KHCO3溶液作电解液(pH＝7.4)，将CO2转化为HCOO—，原理如图所示。
①根据图示，写出光电阴极电极反应式：______________________________。
②从能源利用和资源综合利用角度分析该方法优点是____________________
______________________________________________________________________。
重难提优2　电极反应式的书写
1. B　K与N连接时且X为硫酸，形成Fe石墨H2SO4原电池，正极H＋得到电子变为H2，H＋浓度降低，因此一段时间后溶液的pH增大，A正确；K与N连接时且X为氯化钠，发生铁的吸氧腐蚀，因此石墨电极上的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；K与M连接时，若X为硫酸，石墨为阳极，水中OH－失去电子变为O2，铁为阴极，H＋得到电子变为H2，整个过程是电解水，溶液体积减少，浓度变大，一段时间后溶液的pH减小，C正确；K与M连接时，若X为氯化钠，石墨为阳极，Cl－失去电子变为Cl2，因此石墨电极上的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，D正确。
2. C　放电时，B电极反应为 CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，A错误；放电时，阳离子向正极移动，则H＋通过a膜移向B电极，B错误；原电池中的电流方向在外电路中是从正极流向负极，而在电解质溶液中，阳离子从负极流向正极，阴离子从正极流向负极，与外电路中的电子流动共同构成了原电池的闭合回路，电流方向为B电极→用电器→A电极→双极膜→B电极，C正确；放电时，理论上电极A质量减少65 g时，即消耗1 mol Zn时，转移2 mol电子，根据正极的反应，消耗1 mol CO2，其在标准状况下的体积为22.4 L，但题目未说明标况，D错误。
3. CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O
解析：由图可知，酸性条件下，CO2中的C为＋4价，得到2个电子生成CO，根据原子守恒可知，CO2中的1个O结合2个H＋转化成水。
4. NO2－e－＋NO===N2O5
解析：由图可知此装置为原电池，石墨Ⅱ电极周围通入的O2是氧化剂，因此石墨Ⅱ电极是正极，则石墨Ⅰ电极是负极，二氧化氮在负极失电子发生氧化反应，N元素由＋4价升高到＋5价，则氧化物Y为N2O5。
5. NO－2e－＋O2-===NO2
解析：NiO电极上NO中N由＋2价升高到＋4价，同时结合介质中的O2-生成NO2。
6. (1) O2　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O　(2) 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　(3) 2H2O＋2Cu2+2Cu＋O2↑＋4H＋
(4) 0.1
解析：甲为原电池，乙、丙为电解池，当向甲池通入物质a和b时，D电极附近呈红色，说明D为电解池的阴极，C为电解池的阳极，则B为正极，A为负极，E为阳极，F为阴极。(1) B电极为正极，通入的物质b为O2，A电极为负极，通入的CH3OH失去电子发生氧化反应，产生的CO2与溶液中的OH－反应生成CO。(2) 乙是电解饱和食盐水的装置，阴极是水中的H＋得到电子生成H2。(3) 丙装置为电解硫酸铜溶液，Cu2+在阴极得到电子变成铜，水中的OH－在阳极失去电子变成O2。(4) 乙装置中C电极生成Cl2，当收集到224 mL(标况下)气体时，生成Cl2的物质的量为0.01 mol，转移电子的物质的量为0.02 mol，对应丙中生成H＋的物质的量为0.02 mol，反应前后溶液体积不变，则此时丙中H＋浓度＝＝0.1 mol/L。
7. (1) ①SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO　②2 mol　(2) FeS＋2e－===2S2-＋Fe　
(3) xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　作为电解质、将钠和硫隔开
解析：(1) ①电极a上是SO2失电子发生氧化反应生成硫酸，电极反应为SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO。②理论上1 mol H2S参加反应，H2S＋H2SO4===SO2↑＋S↓＋2H2O、S＋O2===SO2，生成2 mol SO2，在电极上发生氧化反应，转移电子总数4e－，阴极上电极反应：I2＋2H＋＋2e－===2HI，2HI H2↑＋I2，电极上生成4 mol HI，所以理论上生成2 mol 氢气。(2) 原电池反应为FeS2＋4Li===Fe＋4Li＋＋2S2-，负极是Li失电子发生氧化反应，FeS2得到电子生成硫离子和铁，该反应可认为分两步进行：第1步，FeS2＋2Li===2Li＋＋FeS，负极反应式为Li－e－===Li＋，用总反应减去第1步反应得2Li＋FeS===Fe＋2Li＋＋2S2-，用该反应减去负极反应式，消去Li＋即可得正极反应式的第2步电极反应式为FeS＋2e－===2S2-＋Fe。(3) 原电池正极发生得电子的还原反应，在反应2Na＋xS===Na2Sx中，硫单质得电子，正极反应为xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)，M作为电解质的同时又将钠和硫隔开。
8. (1) CO2＋4e－＋4H＋===HCHO＋H2O
(2) 36%
解析：(1) 当电解电压为U1 V时，1个CO2分子在阴极得4个电子生成1个HCHO分子，根据电荷守恒可推知还需要4个H＋，同时生成1个水分子。(2) 当电解电压为U2 V时，CO2→HCOOH转移2e－，CO2→HCHO转移4e－，当电解生成的HCOOH和HCHO的物质的量之比为5∶6时，可建立等式＝，解得m＝36。
9. (1) ①CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O②铁(或Fe)
(2) BH－8e－＋8OH－===BO＋6H2O
解析：(1) ①Ⅰ为甲烷燃料电池，左侧通入甲烷，则左侧电极为负极，甲烷失去电子并与OH－反应生成CO。②Ⅱ为电解池，a为阳极，b为阴极，由于设计此装置的目的是制备Fe(OH)2，则阳极材料为Fe，Fe失去电子生成的Fe2+与阴极产生的OH－结合为Fe(OH)2。(2) 由图可知，NaBH4中的H为－1价，NaBH4H2O2燃料电池中NaBH4中－1价的H失去电子变成＋1价H，因此NaBH4在负极反应生成NaBO2和H2O。
10. (1) 化学能转化为电能　 PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O　负
(2) Fe　MnO－e－===MnO　增大
(3) C2HCl3＋8e－＋5H＋===C2H6＋3Cl－
解析：(1) 铅蓄电池为可充电电池，放电时为原电池，将化学能转化为电能；放电时，PbO2作正极，得电子发生还原反应；充电时电池变为电解池，电池的负极作电解池的阴极，应接外接电源的负极。(2) 电解时Mn元素化合价升高，K2MnO4在阳极被氧化，则必须用惰性电极C作阳极，Fe作阴极；电解时，阳极的电极反应式为MnO－e－===MnO，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，因此阴极附近溶液pH将会增大。(3) 由图可知，纳米铁为负极，Fe3O4为正极，正极上C2HCl3得电子生成C2H6，正极电极反应式见答案。
11. (1) B电极　A　B　CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋　(2) ①负　②2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O　③2NO＋2S2O＋2H2O===4HSO＋N2　(3) 负　2Cl－－2e－===Cl2↑　(4) 降低　0.05
解析：(1) 在燃料电池中通入燃料的电极为负极，通入氧气的电极为正极。在二甲醚燃料电池中，电极A为负极，电极B为正极。阳离子H＋会由负极A电极流向负电荷较多的正极B电极；由于电解质溶液显酸性，所以在负极A上二甲醚发生失去电子的氧化反应，负极A的电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋。(2) ①与直流电源a电极连接的电极上HSO转化为S2O，硫元素化合价降低，得到电子，被还原，a极为电源的负极，阴极的电极反应为2HSO＋2e－===S2O＋2OH－；与直流电源b极相连的电极上为SO2失去电子，被氧化为SO，则直流电源b电极为正极，与正极连接的阳极的电极反应为SO2＋2H2O－2e－===4H＋＋SO，离子交换膜为阳离子交换膜，根据溶液电荷守恒可知，其中有2 mol H＋移向a极。②在阴极上HSO被还原转化为S2O，阴极的电极反应式为2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O。③在吸收池中NO得到单质被还原为N2，S2O失去电子被氧化为HSO，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得吸收NO的原理的离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===4HSO＋N2。(3) 用电化学法除氨氮，也是将其氧化的过程。利用电解食盐水产生的氯气与NaOH反应生成的NaClO将氨氮氧化，d极为阳极，反应产生氯气。c极为阴极，则电源电极a为负极，b为正极，在d电极上Cl－失去电子发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。(4) 在VB2空气电池中，根据总反应方程式4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO可知：通入O2的电极为正极，在正极上O2得到电子被还原为OH－。VB2电极为负极，在负极VB2上，VB2失去电子发生氧化反应，负极会反应消耗OH－，使负极附近溶液的碱性减弱，溶液的pH降低；当外电路中通过0.04 mol电子时，B装置内共收集到气体的物质的量n＝＝0.02 mol，其中阳极b上生成氧气的物质的量n(O2)＝＝0.01 mol，则阴极c上有气体生成，阴极c上发生反应依次为Cu2+＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，生成氢气的物质的量是n(H2)＝0.02 mol－0.01 mol＝0.01 mol，溶液中Cu2+的物质的量为n(Cu2+)＝＝0.01 mol。由于溶液的体积是200 mL，则电解前CuSO4溶液的物质的量浓度c(CuSO4)＝＝0.05 mol/L。
12. (1) CO(NH2)2－6e－＋H2O===CO2↑＋N2↑＋6H＋　33.6　(2) NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O　NH3＋H＋===NH
(3) Fe－2e－===Fe2+　生成的Fe2+将溶液中的NO还原成N2
解析：(1) 原电池甲电极为负极，CO(NH2)2失电子生成CO2和N2，乙电极为正极，参加正极反应的O2与转移电子数之比为1∶4，根据得失电子守恒，理论上每净化1 mol尿素，消耗1.5 mol O2，标准状况下体积约为33.6 L。(2) 该装置为电解池，阴极的电极反应式为NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O; 阳极反应式为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，由得失电子守恒可得出总反应有硝酸生成，则“反应室”中通入的氨气与电解生成的硝酸反应生成硝酸铵，反应的离子方程式为NH3＋H＋===NH。(3) 根据题中所示阳离子向B电极移动，可判断铁为电解池阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+，由于Fe2+具有较强的还原性，而NO具有氧化性，二者发生氧化还原反应，Fe2+将溶液中的NO还原成N2。
13. (1) ①2.8 mol　②CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O　③pH过低，H＋浓度增大，H＋在阴极表面得到电子生成H2增多，CO2被还原为有机物的比例减少，有机物产率降低　(2) ①CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO或2CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋HCO　②利用太阳能，理论上无需额外消耗能量，将捕集的CO2转化为有用的产品HCOOH，既能有效减少温室气体CO2的排放量，又能充分利用碳资源
解析：(1) ①电解电压为U1时，阴极所得产物为0.2 mol乙醇和0.2 mol氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑和2CO2＋12e－＋12H＋===C2H5OH＋3H2O，则电解时转移电子的物质的量为0.2 mol×2＋0.2 mol×12＝2.8 mol。②电解电压为U2时，生成甲醇的电极反应为酸性条件下二氧化碳在阴极被还原生成甲醇和水，电极反应式为CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O。③在实际生产中发现当pH过低时，有机物产率降低的原因是pH过低，H＋浓度增大，H＋在阴极表面得到电子生成H2增多，CO2被还原为有机物的比例减少，有机物产率降低。(2)①由图可知，光电阴极发生的反应为环境中二氧化碳被还原生成HCOO－，电极反应式为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO或2CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋HCO。②从能源利用和资源综合利用角度可知，太阳能转化为电能，无需外加电能就可以使电解发生；该方法将CO2转化为HCOOH，既有效减少了CO2的排放，又获得了HCOOH，能够充分利用碳资源。所以该方法的优点是：利用太阳能，理论上无需额外消耗能量，将捕集的CO2转化为有用的产品HCOOH，既能有效减少温室气体CO2的排放量，又能充分利用碳资源。

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