資源簡介

(共33張PPT)
專題四 主觀題突破
電極反應式的書寫及電化學計算
核心精講
01
1.分析電化學裝置的物質變化書寫電極反應式
(1)確定裝置類型
原電池：外接用電器、電壓表、負載等；
電解池：外接電源或題干給出信息；
二次電池：放電為原電池、充電為電解池。
(2)“四步法”書寫電極反應式
2.已知總反應式，書寫電極反應式
(1)書寫三步驟
步驟一：根據電池總反應式，標出電子轉移的方向和數目(ne-)。
步驟二：找出正(陰)、負(陽)極，失電子的電極為負(陽)極；確定溶液的酸堿性。
步驟三：寫電極反應式。
負(陽)極反應：還原劑-ne-===氧化產物
正(陰)極反應：氧化劑+ne-===還原產物
(2)書寫技巧
若某電極反應式較難寫出時，可先寫出較易的電極反應式，然后根據得失電子守恒，用總反應式減去較易的電極反應式，即可得出較難寫出的電極反應式。
3.守恒法在電化學計算中的應用
(1)電子守恒和電荷守恒列關系式
①電子守恒：兩極得失電子數相等。
②電荷守恒：1個電子對應1個正電荷(或負電荷)。
③常用關系式：O2~4e-~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH-~4H+~Mn+。
(2)幾個注意問題
①氣體體積相關計算時，必須注明標準狀況。
②計算含交換膜電化學裝置中某一區域質量變化，注意離子的遷移。
例1　鹽酸羥胺(NH3OHCl)是一種常見的還原劑和顯像劑，其化學性質類似NH4Cl。工業上采用如圖所示裝置進行制備。不考慮溶液體積的變化。
回答下列問題：
(1)正極反應式為　　　 　。
(2)負極反應式為　　　　 。
(3)理論上，當有標準狀況下3.36 L H2參與反
應時，左室溶液質量增加　　 g。
NO+3e-+4H+===NH3OH+
H2-2e-===2H+
3.3
含鐵的催化電極為正極，電極反應式為NO+3e-
+4H+===NH3OH+；Pt電極為負極，電極反應式
為H2-2e-===2H+。
結合電極反應：H2-2e-===2H+，消耗標況3.36 L
H2共轉移0.3 mol電子，則必有0.3 mol H+由右室流向左室，同時由NO變成鹽酸羥胺(NH3OHCl)，結合NO+3e-+4H+===NH3OH+可知，參加反應的NO為0.1 mol，故左室增加的為0.1 mol NO和0.3 mol H+，其質量總和為3.3 g。
例2　中科院研究出首例在室溫條件超快傳輸的氫負離子導體LaHx，某小組據此設計了如圖裝置，以電化學方法進行反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1。
(1)電極a為電源的　　　(填“正極”或
“負極”)。
負極
由信息可知，電解池裝置中的離子導體可以傳輸氫負離子，氫氣在惰性電極1上放電生成氫負離子，氫負離子在惰性電極2上失電子變為氫原子，然后氫原子將二氧化碳還原為甲醇和水，則電極a為電源的負極。
(2)生成CH3OH的電極反應式為
　　　　　　　　　　　　　。
CO2-6e-+6H-===CH3OH+H2O
在惰性電極2上氫負離子失電子變為氫原子，然后氫原子將二氧化碳還原為甲醇和水，根據得失電子守恒和電荷守恒配平電極反應式：CO2-6e-+6H-===CH3OH+H2O。
(3)若反應：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1(副反應)也同時發生，出口 Ⅱ 為CO、CH3OH、CO2的混合氣，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，則惰性電極2的電
流效率η為　 　(η=×100%)。
90%
若副反應也同時發生，出口Ⅱ為CO、CH3OH、CO2的混合氣，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，假設生成1 mol CO和3 mol CH3OH，轉移電子1 mol×2+3 mol×6=20 mol，則惰性電極2的電流效率η為×
100%=90%。
真題演練
02
1.[2022·江蘇，17(1)]氫氣是一種清潔能源，
綠色環保制氫技術研究具有重要意義。
“CuCl H2O熱電循環制氫”經過溶解、
電解、熱水解和熱分解4個步驟，其過程如圖所示。
1
2
3
+2Cl--e-===
①電解在質子交換膜電解池中進行。陽極區為酸性溶液，陰極區為鹽酸，電解過程中轉化為。電解時陽極發生的主要電極反應為　　　　　　　 　　　(用電極反應式表示)。
1
2
3
電解在質子交換膜電解池中進行，H+可自由通過，陽極區為酸性溶液，電解過程中
轉化為，電解時陽極發生的主要電極反應為+2Cl--e-===。
②電解后，經熱水解和熱分解的物質可循環使用。在熱水解和熱分解過程中，發生化合價變化的元素有　　　　　(填元素符號)。
1
2
3
Cu、O
電解后，經熱水解得到的HCl和熱分解得到的CuCl等物質可循環使用，從圖中可知，熱分解產物還有O2，又電解后進入熱水解的物質有，故發生化合價變化的元素有Cu、O。
1
2
3
2.[2020·江蘇，20(2)]HCOOH燃料電池。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示，兩電極區間用允許K+、H+通過的半透膜隔開。
①電池負極電極反應式為______________
　　　 　 ?。?放電過程中需補充的
物質A為　　　　(填化學式)。
HCOO-+2OH--2e-
===HC+H2O
H2SO4
1
2
3
由圖示可知，燃料電池負極區是HCOO-→HC，因在堿性條件下，故電極反應式為HCOO-+2OH--2e-===HC+H2O。電池正極區發生反應：Fe3++e-===Fe2+，Fe2+又被通入的O2氧化為Fe3+：4Fe2++
O2+4H+===4Fe3++2H2O，同時還生成K2SO4，則需要補充的物質A為H2SO4。
1
2
3
②如圖所示的HCOOH燃料電池放電的本質是通過HCOOH與O2的反應，將化學能轉化為電能，其反應的離子方程式為________________________________
　　　 　　 　　。
2HCOOH+2OH-+O2===2HC+2H2O
(或2HCOO-+O2===2HC)
根據電池反應的實質為HCOOH與O2反應生成HC，可寫出電池反應的離子方程式為2HCOOH+2OH-+O2===2HC+2H2O或2HCOO-+O2
===2HC。
1
2
3
3.[2024·北京，16(3)]研究表明可以用電解法以N2為氮源直接制備HNO3，其原理示意圖如下。
①電極a表面生成的電極反應式：
　　　 　　　　。
N2+6H2O-10e-===2N+12H+
電極a上N2―→，氮元素化合價升高，發生氧化反應，電極a為陽極，電極反應式為N2+6H2O-10e-===2N+12H+。
1
2
3
②研究發現：N2轉化可能的途徑為N2 NO
。電極a表面還發生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途徑ⅱ，原因是____________
　　　　 　　　。
反應ⅲ生成O2，
O2將NO氧化成NO2，NO2更易轉化成
模擬預測
03
4.(2023·泰州靖江調研)電解NaBO2溶液可制得NaBH4，電解裝置示意圖如圖所示。
B+8e-+6H2O===B+8OH-
該電解池陰極的電極反應式為 。
4
5
6
7
8
9
10
5.(2023·姜堰中學、如東中學、沭陽中學聯考)通過電化學循環法可將H2S轉化為H2SO4和H2(如圖所示)。其中氧化過程發生如下兩步反應：H2S+
H2SO4===SO2↑+S↓+2H2O、S+O2===SO2。
(1)電極a上發生的電極反應為　　 　 　　　　。
SO2-2e-+2H2O===4H++S
4
5
6
7
8
9
10
由圖可知，該裝置為原電池，電極a為電池的負極，通入的二氧化硫氣體在負極失去電子發生氧化反應生成硫酸，電極反應式為SO2-2e-+2H2O===4H++S。
5
6
7
8
9
10
4
(2)理論上1 mol H2S參加反應可產生H2的物質的量為　　　　。
2 mol
由反應H2S+H2SO4===SO2↑+S↓+2H2O、S+O2===SO2可知，1 mol H2S參加反應時，負極上有2 mol二氧化硫參與放電，由得失電子守恒可得：2 mol×2=n(H2)×2，解得n(H2)=2 mol。
5
6
7
8
9
10
4
6.(2023·南京、鹽城模擬)(1)我國科學家以Si/Bi材料作光電陰極、CO2飽和的0.5 mol·L-1的KHCO3溶液作電解液(pH=7.4)，將CO2轉化為HCOOH，原理如圖所示。
根據圖示，寫出光電陰極電極反應式：
　　　 　　　　。
(2)堿性環境下直接電解NaGa(OH)4溶液
得到金屬鎵，陰極的電極反應式為　　　 　 　　　。
CO2+HC+2e-===HCOO-+C
[Ga(OH)4]-+3e-===Ga+4OH-
5
6
7
8
9
10
4
7.某實驗小組想用鉛酸蓄電池作電源，
并利用圖1裝置電解飽和食鹽水制
NaOH溶液。
圖1中NaOH溶液的作用是___________
　　 　　， 反應的離子方程式為　　 　　。
利用實驗過程中產生的a、b兩種氣體和NaOH溶液可設計成圖2所示燃料電池，M電極的電極反應式為　　 　　。
該燃料電池工作一段時間后溶液的pH　　　　(填“減小”“增大”或“不變”)。
吸收Cl2，
2OH-+Cl2===Cl-+ClO-+H2O
防止污染空氣
H2-2e-+2OH-===2H2O
減小
5
6
7
8
9
10
4
8.(2024·蘇州高三開學考試)工業上采用如圖所示裝置電解制備甲醇，反應前后KHCO3濃度基本保持不變，生成CH3OH的電極反應式為________　　　
　　　　 　　　。
7CO2+6e-
+5H2O===CH3OH+6HC
5
6
7
8
9
10
4
9.(2024·鹽城高三階段練習)二氧化氯(ClO2)是一種重要的氧化劑，可用于某些污染物的處理。ClO2可由圖1所示裝置制備(電極不反應)。
減小
(1)電解時陽極附近溶液的pH　　 (填“減小”“增大”或“不變”)。
電解時陽極反應式為2H2O-4e-===4H++O2↑，陽極附近溶液氫離子濃度增大，pH減小。
5
6
7
8
9
10
4
(2)陰極上產生ClO2的機理如圖2所示(A、B均為含氯微粒，其他微粒未標出)。寫出B與A反應生成ClO2的離子方程式：_____
　　　 　。
Cl
根據圖示，Cl在陰極上得電子生成ClO2：Cl+e-+2H+===ClO2↑
+H2O，生成的ClO2在陰極迅速得到電子生成Cl：ClO2+e-===Cl，Cl與溶液中的Cl發生反應生成ClO2，即Cl+Cl+2H+===
2ClO2↑+H2O。
+Cl+2H+===2ClO2↑+H2O
5
6
7
8
9
10
4
10.工業上用電解法治理亞硝酸鹽對水體的污染，模擬工藝如圖所示，寫出電解時鐵電極發生的電極反應：　 　　　。
隨后，鐵電極附近有無色氣體產生，寫出有關反應的離子方程式：
　　　 　 　　　。
Fe-2e-===Fe2+
2N+8H++6Fe2+===N2↑+6Fe3++4H2O
5
6
7
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9
10
4
根據電解原理，陽離子向陰極移動，由裝置圖可知，A為電源的正極，B為電源的負極，鐵作陽極，電極反應式為Fe-2e-===Fe2+；N在酸性條件下
具有強氧化性，能將Fe2+氧化，本身被還原成N2，其反應的離子方程式為2N+8H++6Fe2+===N2↑+6Fe3++4H2O。
5
6
7
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9
10
4電極反應式的書寫及電化學計算
1.分析電化學裝置的物質變化書寫電極反應式
(1)確定裝置類型
原電池：外接用電器、電壓表、負載等；
電解池：外接電源或題干給出信息；
二次電池：放電為原電池、充電為電解池。
(2)“四步法”書寫電極反應式
2.已知總反應式，書寫電極反應式
(1)書寫三步驟
步驟一：根據電池總反應式，標出電子轉移的方向和數目(ne-)。
步驟二：找出正(陰)、負(陽)極，失電子的電極為負(陽)極；確定溶液的酸堿性。
步驟三：寫電極反應式。
負(陽)極反應：還原劑-ne-氧化產物
正(陰)極反應：氧化劑+ne-還原產物
(2)書寫技巧
若某電極反應式較難寫出時，可先寫出較易的電極反應式，然后根據得失電子守恒，用總反應式減去較易的電極反應式，即可得出較難寫出的電極反應式。
3.守恒法在電化學計算中的應用
(1)電子守恒和電荷守恒列關系式
①電子守恒：兩極得失電子數相等。
②電荷守恒：1個電子對應1個正電荷(或負電荷)。
③常用關系式：O2~4e-~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH-~4H+~Mn+。
(2)幾個注意問題
①氣體體積相關計算時，必須注明標準狀況。
②計算含交換膜電化學裝置中某一區域質量變化，注意離子的遷移。
例1　鹽酸羥胺(NH3OHCl)是一種常見的還原劑和顯像劑，其化學性質類似NH4Cl。工業上采用如圖所示裝置進行制備。不考慮溶液體積的變化。
回答下列問題：
(1)正極反應式為　　　　。
(2)負極反應式為　　　　。
(3)理論上，當有標準狀況下3.36 L H2參與反應時，左室溶液質量增加　　　　 g。
例2　中科院研究出首例在室溫條件超快傳輸的氫負離子導體LaHx，某小組據此設計了如圖裝置，以電化學方法進行反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1。
(1)電極a為電源的　　　　　(填“正極”或“負極”)。
(2)生成CH3OH的電極反應式為　　　 　　　　。
(3)若反應：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1(副反應)也同時發生，出口 Ⅱ 為CO、CH3OH、CO2的混合氣，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，則惰性電極2的電流效率η為　　　　(η=×100%)。
1.[2022·江蘇，17(1)]氫氣是一種清潔能源，綠色環保制氫技術研究具有重要意義。
“CuCl H2O熱電循環制氫”經過溶解、電解、熱水解和熱分解4個步驟，其過程如圖所示。
①電解在質子交換膜電解池中進行。陽極區為酸性溶液，陰極區為鹽酸，電解過程中轉化為。電解時陽極發生的主要電極反應為　　　
(用電極反應式表示)。
②電解后，經熱水解和熱分解的物質可循環使用。在熱水解和熱分解過程中，發生化合價變化的元素有　　　　　(填元素符號)。
2.[2020·江蘇，20(2)]HCOOH燃料電池。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示，兩電極區間用允許K+、H+通過的半透膜隔開。
①電池負極電極反應式為　　　 　　　??；
放電過程中需補充的物質A為　　　　　　(填化學式)。
②如圖所示的HCOOH燃料電池放電的本質是通過HCOOH與O2的反應，將化學能轉化為電能，其反應的離子方程式為　　　 　　　　。
3.[2024·北京，16(3)]研究表明可以用電解法以N2為氮源直接制備HNO3，其原理示意圖如下。
①電極a表面生成的電極反應式：　　　 　　　　。
②研究發現：N2轉化可能的途徑為N2NO。電極a表面還發生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途徑ⅱ，原因是　　　 　　　　。
4.(2023·泰州靖江調研)電解NaBO2溶液可制得NaBH4，電解裝置示意圖如圖所示。
該電解池陰極的電極反應式為　　　 　　　　。
5.(2023·姜堰中學、如東中學、沭陽中學聯考)通過電化學循環法可將H2S轉化為H2SO4和H2(如圖所示)。其中氧化過程發生如下兩步反應：H2S+H2SO4SO2↑+S↓+2H2O、S+O2SO2。
(1)電極a上發生的電極反應為　　　 　　　　。
(2)理論上1 mol H2S參加反應可產生H2的物質的量為　　　　。
6.(2023·南京、鹽城模擬)(1)我國科學家以Si/Bi材料作光電陰極、CO2飽和的0.5 mol·L-1的KHCO3溶液作電解液(pH=7.4)，將CO2轉化為HCOOH，原理如圖所示。
根據圖示，寫出光電陰極電極反應式：　　　 　　　　。
(2)堿性環境下直接電解NaGa(OH)4溶液得到金屬鎵，陰極的電極反應式為　　　 　　　　。
7.某實驗小組想用鉛酸蓄電池作電源，并利用圖1裝置電解飽和食鹽水制NaOH溶液。
圖1中NaOH溶液的作用是　　　 　　　　，反應的離子方程式為 　　　　。
利用實驗過程中產生的a、b兩種氣體和NaOH溶液可設計成圖2所示燃料電池，M電極的電極反應式為　　　　。
該燃料電池工作一段時間后溶液的pH　　　(填“減小”“增大”或“不變”)。
8.(2024·蘇州高三開學考試)工業上采用如圖所示裝置電解制備甲醇，反應前后KHCO3濃度基本保持不變，生成CH3OH的電極反應式為　　　　。
9.(2024·鹽城高三階段練習)二氧化氯(ClO2)是一種重要的氧化劑，可用于某些污染物的處理。ClO2可由圖1所示裝置制備(電極不反應)。
(1)電解時陽極附近溶液的pH　　　　(填“減小”“增大”或“不變”)。
(2)陰極上產生ClO2的機理如圖2所示(A、B均為含氯微粒，其他微粒未標出)。寫出B與A反應生成ClO2的離子方程式：　　　 　　　　。
10.工業上用電解法治理亞硝酸鹽對水體的污染，模擬工藝如圖所示，寫出電解時鐵電極發生的電極反應：　　　　。
隨后，鐵電極附近有無色氣體產生，寫出有關反應的離子方程式：　　　 　　　　。
答案精析
核心精講
例1　(1)NO+3e-+4H+NH3OH+　(2)H2-2e-2H+　(3)3.3
解析　含鐵的催化電極為正極，電極反應式為NO+3e-+4H+NH3OH+；Pt電極為負極，電極反應式為H2-2e-2H+。(3)結合電極反應：H2-2e-2H+，消耗標況3.36 L H2共轉移0.3 mol電子，則必有0.3 mol H+由右室流向左室，同時由NO變成鹽酸羥胺(NH3OHCl)，結合NO+3e-+4H+NH3OH+可知，參加反應的NO為0.1 mol，故左室增加的為0.1 mol NO和0.3 mol H+，其質量總和為3.3 g。
例2　(1)負極　(2)CO2-6e-+6H-CH3OH+H2O　(3)90%
解析　(1)由信息可知，電解池裝置中的離子導體可以傳輸氫負離子，氫氣在惰性電極1上放電生成氫負離子，氫負離子在惰性電極2上失電子變為氫原子，然后氫原子將二氧化碳還原為甲醇和水，則電極a為電源的負極。(2)在惰性電極2上氫負離子失電子變為氫原子，然后氫原子將二氧化碳還原為甲醇和水，根據得失電子守恒和電荷守恒配平電極反應式：CO2-6e-+6H-CH3OH+H2O。(3)若副反應也同時發生，出口Ⅱ為CO、CH3OH、CO2的混合氣，且n(CO)∶n(CH3OH)=1∶3，假設生成1 mol CO和3 mol CH3OH，轉移電子1 mol×2+3 mol×6=20 mol，則惰性電極2的電流效率η為×100%=90%。
真題演練
1.①+2Cl--e-
②Cu、O
解析　①電解在質子交換膜電解池中進行，H+可自由通過，陽極區為酸性溶液，電解過程中轉化為，電解時陽極發生的主要電極反應為+2Cl--e-。②電解后，經熱水解得到的HCl和熱分解得到的CuCl等物質可循環使用，從圖中可知，熱分解產物還有O2，又電解后進入熱水解的物質有，故發生化合價變化的元素有Cu、O。
2.①HCOO-+2OH--2e-HC+H2O　H2SO4
②2HCOOH+2OH-+O22HC+2H2O(或2HCOO-+O22HC)
解析　①由圖示可知，燃料電池負極區是HCOO-HC，因在堿性條件下，故電極反應式為HCOO-+2OH--2e-HC+H2O。電池正極區發生反應：Fe3++e-Fe2+，Fe2+又被通入的O2氧化為Fe3+：4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O，同時還生成K2SO4，則需要補充的物質A為H2SO4。②根據電池反應的實質為HCOOH與O2反應生成HC，可寫出電池反應的離子方程式為2HCOOH+2OH-+O22HC+2H2O或2HCOO-+O22HC。
3.①N2+6H2O-10e-2N+12H+
②反應ⅲ生成O2，O2將NO氧化成NO2，NO2更易轉化成
解析　①電極a上N2，氮元素化合價升高，發生氧化反應，電極a為陽極，電極反應式為N2+6H2O-10e-2N+12H+。
模擬預測
4.B+8e-+6H2OB+8OH-
5.(1)SO2-2e-+2H2O4H++S
(2)2 mol
解析　(1)由圖可知，該裝置為原電池，電極a為電池的負極，通入的二氧化硫氣體在負極失去電子發生氧化反應生成硫酸，電極反應式為SO2-2e-+2H2O4H++S。(2)由反應H2S+H2SO4SO2↑+S↓+2H2O、S+O2SO2可知，1 mol H2S參加反應時，負極上有2 mol二氧化硫參與放電，由得失電子守恒可得：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，防止污染空氣　2OH-+Cl2Cl-+ClO-+H2O　H2-2e-+2OH-2H2O　減小
8.7CO2+6e-+5H2OCH3OH+6HC
9.(1)減小
(2)Cl+Cl+2H+2ClO2↑+H2O
解析　(1)電解時陽極反應式為2H2O-4e-4H++O2↑，陽極附近溶液氫離子濃度增大，pH減小。(2)根據圖示，Cl在陰極上得電子生成ClO2：Cl+e-+2H+ClO2↑+H2O，生成的ClO2在陰極迅速得到電子生成Cl：ClO2+e-Cl，Cl與溶液中的Cl發生反應生成ClO2，即Cl+Cl+2H+2ClO2↑+H2O。
10.Fe-2e-Fe2+　 2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O
解析　根據電解原理，陽離子向陰極移動，由裝置圖可知，A為電源的正極，B為電源的負極，鐵作陽極，電極反應式為Fe-2e-Fe2+；N在酸性條件下具有強氧化性，能將Fe2+氧化，本身被還原成N2，其反應的離子方程式為2N+8H++6Fe2+N2↑+6Fe3++4H2O。

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