突破11 原理大题中电极反应方程式专练-备战2021年高考化学《化学反应原理》逐空突破系列

原理大题中电极反应方程式专练 1、[2019·全国卷 II·节选] 环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2]结构简式为 )，后者广泛应用于航天、化 工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的 DMF 溶液(DMF 为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为____________，总反应为______________________________， 电解制备需要在无水条件下进行，原因为_____________________________________________________ 2、[2019·全国卷 III·节选] 在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一 种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：负极区发生的反应有_________________、 ______________________(写反应方程式)。电路中转移 1 mol 电子，需消耗氧气________L (标准状况) 3、[2019·北京卷·节选] 可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接 K1 或 K2， 可交替得到 H2 和 O2 ①制 H2 时，连接_______________，产生 H2 的电极反应式是_______________ ②改变开关连接方式，可得 O2 ③结合①和②中电极 3 的电极反应式，说明电极 3 的作用：________________________ 4、[2019·江苏卷·节选] 电解法转化 CO2 可实现 CO2 资源化利用。电解 CO2 制 HCOOH 的原理示意图。 ①写出阴极 CO2 还原为 HCOO－的电极反应式：__________________________ ②电解一段时间后，阳极区的 KHCO3 溶液浓度降低，其原因是______________________ 5、[2019·天津卷·节选] 氢化过程中所需的高纯度 H2 可用惰性电极电解 KOH 溶液制备，写出产生 H2 的电极名称 ______(填“阳极”或“阴极”)，该电极反应方程式为________________________ 6、[2018·天津卷·节选] CO2 是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。O2 辅助的 Al～CO2 电池工作原理 如图 4 所示。该电池电容量大，能有效利用 CO2，电池反应产物 Al2(C2O4)3 是重要的化工原料。 电池的负极反应式__________________ 电池的正极反应式：6O2+6e−===6O2− 6CO2+6O2−===3C2O42− 反应过程中 O2 的作用是_______________________ 该电池的总反应式_______________________ 7、锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑 和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为 6C+xLi++xe- = LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材 料中的某些金属资源(部分条件未给出)。 (1)充放电过程中，发生 LiCoO2 与 Li1-xCoO2 之间的转化，写出放电时电池反应方程式 (2)上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 。 在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有 (填化学式) 8、为了证明 AsO3－ 3 ＋I2＋2OH－ AsO3－ 4 ＋2I－＋H2O 存在化学平衡，设计如图 3 所示实验。 关闭 K 时，发现右侧烧杯中溶液颜色逐渐变浅，写出此时负极的电极反应式：_________________________ 为了证明上述反应存在平衡，操作方法是____________________________________________________ 9、一种丁烷燃料电池工作原理如图所示。 A 电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)，写出 B 电极的电极反应式：_______________________ 10、如图电解装置可将雾霾中的 NO、SO2 分别转化为 NH ＋ 4 和 SO2－ 4 。物质 A 的化学式为____________，阴极的 电极反应式是_______________________________________ 11、以连二硫酸根(S2O2－ 4 )为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的 NO，装置如图所示： ①ab 是________离子交换膜(填“阳”或“阴”)。阴极区的电极反应式为________________________________ ②若 NO 吸收转化后的产物为 NH＋ 4 ，通电过程中吸收 4.48 L NO(标况下)，则阳极可以产生________mol 气体 12、利用“ Na－CO2”电池将 CO2 变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“ Na－CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳 米管(MWCNT)为电极材料，总反应为 4Na＋3CO2 2Na2CO3＋C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理 如图所示： ①放电时，正极的电极反应式为________________________________。 ②选用高氯酸钠－四甘醇二甲醚做电解液的优点是________________(至少写两点)。 13、N2O5 是绿色硝化试剂，溶于水可得硝酸。下图是以 N2O4 为原料电解制备 N2O5 的装置。写出阳极区生成 N2O5 的电极反应式(注意阳极区为无水环境，HNO3 亦无法电离)：______________________ 14、用肼燃料电池为电源，通过离子交换膜电解法控制电解液中 OH－的浓度来制备纳米 Cu2O，装置如图所示： 上述装置中 B 电极应连电极________(填“C”或“D”)。该电解池中的离子交换膜为________(填“阴”或“阳”)离子 交换膜 15、通过图所示装置，可将汽车尾气中的 NO、NO2 转化为重要的化工原料 HNO3，其中 A、B 为多孔惰性电极。 该装置的负极是________ (填“A”或“B”)，B 电极的电极反应式为_______________________________ 16、利用如图装置电解制备 LiOH，两电极区电解液分别为 LiOH 和 LiCl 溶液。B 极区电解液为________溶液(填 化学式)，阳极电极反应式为_____________________________，电解过程中 Li+向_____电极迁移(填“A”或“B”) 17、锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质 LiClO4，溶于 混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入 MnO2 晶格中，生成 LiMnO2。 回答下列问题： ①外电路的电流方向是由________极流向________极(填字母) ②电池正极反应式为___________________________________ ③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是___________________ 18、电解 NO 制备 NH4NO3，其工作原理如右图所示，为使电解产物全部转化为 NH4NO3，需补充物质 A，A 是 ________，说明理由：_______________________________ 19、利用电解法可浸取辉钼矿得到 Na2MoO4 和 Na2SO4 溶液(装置如图所示)。 ①阴极的电极反应式为___________ ②一段时间后，电解液的 pH_____ (填“增大”“减小”或“不变”)，MoO 2－ 4 在电极_______(填“A”或“B”)附近生成 ③实际生产中，惰性电极 A 一般不选用石墨，而采用 DSA 惰性阳极(基层为 TiO2，涂层为 RuO2＋IrO2)，理由 是_________________ 20、工业上常采用除杂效率高的吸收—电解联合法，除去天然气中杂质气体 H2S，并将其转化为可回收利用的单 质硫，其装置如下图所示。通电前，先通入一段时间含 H2S 的甲烷气，使部分 NaOH 吸收 H2S 转化为 Na2S， 再接通电源，继续通入含 H2S 杂质的甲烷气，并控制好通气速率。则装置中右端碳棒为________极，左端碳棒 上的电极反应为________，右池中的 c(NaOH)∶c(Na2S)________(填“增大”、“基本不变”或“减小”)。 21、锌锰电池(俗称干电池)在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造图如图(a)所示。 ①普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH。该电池中，负极材料 主要是__________，电解质的主要成分是__________，正极发生的主要反应是___________________________ ②与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是_____________________________________________ __________________________________________ 22、化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化 学降解 NO3 －的原理如图所示。 ①电源正极为 (填 A 或 B)，阴极反应式为 ②若电解过程中转移了 2mol 电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm 左－Δm 右)为 g 23、焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。制备 Na2S2O5 也可采用三室膜电解技术， 装置如图所示，其中 SO2 碱吸收液中含有 NaHSO3 和 Na2SO3。阳极的电极反应式为_____________。电解后， __________室的 NaHSO3 浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到 Na2S2O5。 24、铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为 Al2O3，含 SiO2 和 Fe2O3 等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程 如下： 注：SiO2 在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀 “电解Ⅱ”是电解 Na2CO3 溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为_____________________，阴极产生的物质 A 的化学式为____________ 25、用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3-)已成为环境修复研究的热点之一。Fe 还原水体中 NO3-的反应原理如 图所示。 ①作负极的物质是________ ②正极的电极反应式是_________________________ 26、金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。下图为电解精炼银的示意图， （填“a”或“b”）极为含有杂质的 粗银，若 b 极 有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为 ，为处理银器表面的 黑斑(Ag2S)，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S 转化为 Ag，食盐水的作用为 【原理大题中电极反应方程式专练】答案 1、Fe 电极;Fe+2 = +H2↑（Fe+2C5H6=Fe(C5H5)2+H2↑） 水会阻碍中间物 Na 的生成；水会电解生成 OH−，进一步与 Fe2+反应生成 Fe(OH)2 2、Fe3++e−=Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O ；5.6 3、①K1 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ③制 H2 时，电极 3 发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制 O2 时，上述电极反应逆向进行，使 电极 3 得以循环使用 4、①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或 CO2＋HCO－ 3 ＋2e－===HCOO－＋CO2－ 3 ②阳极产生 O2，pH 减小，HCO － 3 浓度降低；K＋部分迁移至阴极区 解析：①CO2 中的 C 为＋4 价，HCOO－中的 C 为＋2 价，1 mol CO2 转化为 HCOO－时，得 2 mol e－。②阳极上水 放电，生成 O2 和 H＋，H＋会与 HCO － 3 反应使 HCO － 3 减少，由电荷平衡可知，K＋会移向阴极区，所以 KHCO3 溶 液浓度降低。 5、阴极 2 22H O 2e H 2OH    或 22H 2e H   6、Al–3e–=Al3+（或 2Al–6e–=2Al3+）催化剂 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3 解析：明显电池的负极为 Al，所以反应一定是 Al 失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以 Al 失电子应转化 为 Al3+，方程式为：Al–3e–=Al3+（或 2Al–6e–=2Al3+）。根据电池的正极反应，氧气再第一步被消耗，又在第二 步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到，总反应为：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 7、（1） Li1-xCoO2+ LixC6= LiCoO2+ 6C （2）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4 解析：（1）充放电过程中，LiCoO2 和 Li1-xCoO2 发生氧化还原反应生成 LiCoO2 和 C，反应方程式为 Li1-xCoO2+ LixC6 ＝LiCoO2+ 6C。 （2）放电时，负极上生成锂离子，锂离子向正极移动并进入正极材料中，所以“放电处理”有利于锂在正极的回 收，根据流程图知，可回收到的金属化合物有 Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4。 8、AsO3－ 3 ＋2OH－－2e－===AsO3－ 4 ＋H2O 向右侧烧杯中加入 KI(或向左侧烧杯中滴加适量的稀硫酸等其他合理答 案) 解析：溶液颜色变浅，说明碘单质的浓度减小，反应向右进行；左侧石墨极为负极，负极的反应式为 AsO3－ 3 ＋2OH －－2e－===AsO3－ 4 ＋H2O；右侧石墨为正极，正极的反应式为 I2＋2e－===2I－。为了证明 AsO3－ 3 ＋I2＋2OH－ AsO3－ 4 ＋2I－＋H2O 存在化学平衡，必须改变条件使反应向左进行，可在左侧烧杯中加入无还原性酸，如稀硫酸；或在 右侧烧杯中加入 KI，增大 KI 浓度。若右侧烧杯中溶液颜色加深，则反应向左进行，证明上述反应存在平衡移动。 9、还原 C4H10＋13O2－－26e－===4CO2＋5H2O 解析：A 电极上氧气得电子，发生还原反应；B 电极上正丁烷被氧化，电极反应式为：C4H10＋13O2－－26e－===4CO2 ＋5H2O。 10、H2SO4 NO＋6H＋＋5e－===NH＋ 4 ＋H2O 解析：NO 得电子生成铵根，离子方程式为 NO＋5e－＋6H＋===NH＋ 4 ＋H2O，为阴极反应，阳极上 SO2 失电子形成 硫酸。 11、①阳 2SO2－ 3 ＋4H＋＋2e－===S2O2－ 4 ＋2H2O ②0.25 解析：①由图可知，阴极区通入液体主要含 SO2－ 3 ，流出主要含 S2O2－ 4 ，所以阴极区电极反应式为 2SO2－ 3 ＋4H＋＋ 2e－===S2O2－ 4 ＋2H2O，由于阴极需要消耗氢离子，则 ab 是阳离子交换膜；②4.48 L NO(标况下)的物质的量是 0.2 mol，由于 NO 吸收转化后的产物为 NH＋ 4 ，则电路中转移 1 mol 电子；阳极氢氧根放电产生氧气，产生氧气的物 质的量是 1 mol÷4＝0.25 mol。 12、①3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C ②导电性好、与金属钠不反应、难挥发等特点 解析：根据总反应方程式，正极是 CO2 得电子变成 C，电极反应式为 3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C；不选择 水做溶剂，而选择有机物做溶剂，可以知道 Na 不和有机物发生反应，此外可以根据，电解质溶液的作用来答 题，应该要有导电性好，难挥发等等； 13、N2O4－2e－＋2HNO3===2N2O5＋2H＋ 解析：以 N2O4 为原料电解制备 N2O5，N2O4 失电子被氧化，阳极区生成 N2O5 的电极反应式为：N2O4－2e－＋ 2HNO3===2N2O5＋2H＋。 14、D 阴 解析：燃料电池正极通氧气，负极通燃料，故 C 为负极，D 为正极，铜电极被氧化，发生的电极方程式为 2Cu ＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，故铜为阳极，与原电池的正极相连，即 B 与 D，A 与 C 相连；答案选 D； 根据总反应，则阳极反应为 2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，所以离子交换膜应采用阴离子交换膜。 15、A O2＋4e－＋4H＋===2H2O 16、LiOH；2Cl‾—2e‾=Cl2↑；B 解析：根据示意图，B 极区生产 H2，同时生成 LiOH，则 B 极区电解液不能是 LiCl 溶液，如果是 LiCl 溶液则无 法得到纯净的 LiOH，则 B 极区电解液为 LiOH 溶液；电极 A 为阳极，阳极区电解液为 LiCl 溶液，根据放电顺 序，阳极上 Cl‾失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl‾—2e‾=Cl2↑；根据电流方向，电解过程中 Li+向 B 电极迁移。 17、b a MnO2+e－+Li+=LiMnO2 否 电极 Li 是活泼金属，能与水反应 解析：(1)外电路的电流方向是由正极 b 流向负极 a。（2）在电池正极 b 上发生的电极反应式为 MnO2+e-+Li+=LiMnO2; (3)由于负极材料 Li 是活泼的金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。 18、氨气；根据反应 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3，电解产生的 HNO3 多 解析：解 NO 制备硝酸铵，阳极反应为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，从两 极 反 应 可 看 出 若 要 使 电 子 得 失 守 恒 ， 阳 极 产 生 的 NO3- 的 量 大 于 阴 极 产 生 的 NH4+ 的 量 ， 总 反 应 为 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3，故应补充适量的氨气。 19、①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ②增大 A ③阳极主要生成 Cl2，还会生成 O2，生成的 O2 会消耗石墨 解析：①该池为电解池，在阴极上溶液中 H2O 电离产生的 H＋获得电子，发生还原反应，电极反应式为：2H2O ＋2e－===H2↑＋2OH－；②由于溶液中 H＋不断放电，使溶液中 c(OH－)>c(H＋)，所以电解一段时间后，溶液的碱性 增强，pH 不断增大；溶液中 的 Cl－在阳极失去电子变为 Cl2，Cl2 具有氧化性，其与水反应产生的 HClO 氧化性 也非常强，Cl2、HClO 将 MoS2 氧化为 MoO2－ 4 ，因此 MoO 2－ 4 在阳极 A 附近生成；③在食盐水溶液中含有的阴离 子有 Cl－、OH－，Cl－失去电子产生 Cl2，OH－也可能失去电子变为 O2，生成的 O2 会与 C 在高温下反应产生 CO2 气体而不断消耗石墨，所以阳极一般不选用石墨，而采用 DSA 惰性阳极； 20、阳 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑或 2H＋＋2e－===H2↑ 基本不变 解析：结合题图可知右侧通入含有 H2S 杂质的甲烷气，得到除杂后的甲烷气，结合题意，则右端碳棒为电解池 的阳极，左端碳棒为阴极。阴极上水电离出的 H＋得电子被还原为 H2，电极反应式为 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ 或 2H＋＋2e－===H2↑。右池中相当于 H2S 发生氧化反应而被除去，则溶液中 c(NaOH)∶c(Na2S)基本保持不变。 21、①Zn NH4Cl MnO2+NH4++e-= MnOOH+ NH3 ②碱性电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池的使用寿命较长，因为 金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高。 解析：（1）根据化学方程式 Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH，锌是负极材料，氯化铵是电解质的主 要成分，二氧化锰和铵根离子在正极发生反应, MnO2+NH4++e-= MnOOH+ NH3。与普通锌锰电池相比，碱性锌锰 电池的优点及其理由是碱性电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池的使用寿 命较长，因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高。 22、①A ，2NO3‾+6H2O+10e‾=N2↑+12OH‾ ②14.4 解析：①NO2-在阴极得电子生成 N2，所以 B 极为电源的负极，则 A 极为电源的正极，根据原子守恒和电荷守恒， 反应物还有 H2O，生成物还有 OH‾。配平地离子方程式。 ②除了电极反应会造成电解液的质量变化，质子通过质子交换膜导电也会产生电解液的质量变化，转移 2mol 电 子，会有 2molH+从左侧移动到右侧，使左侧电解液质量减少 2g，右侧电解液质量增加 2g 左侧电极反应为 H2O 电离的 OH‾放电：4OH‾-4e‾=2H2O+O2↑ 4mol 32g 2mol 16g 所以转移 2mol 电子，左侧电解液共减少：16g+2g=18g 右侧电极反应为：2NO3‾ + 6H2O + 10e‾ = N2↑+12OH‾ 10mol 28g 2mol 5.6g H+移向右侧，所以转移 2mol 电子，右侧电解液共减少：5.6g-2g=3.6g 因此两侧电解液的质量变化为：18g-3.6g=14.4g。 23、2H2O－4e－＝4H＋+O2↑ a 解析：阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为 2H2O－4e－＝4H＋+O2↑。 阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入 a 室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根浓 度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后 a 室中亚硫酸氢钠的浓度增大。 24、4 +2H2O−4e−=4 +O2↑ H2 解析：由图可知，阳极反应为 4CO32－+2H2O-4e－═4HCO3 －+O2↑，阴极上氢离子得到电子生成氢气，则阴极产生 的物质 A 的化学式为 H2。 25、①铁 ②NO3 －+8e－+10H+=NH4++3H2O 解析：①Fe 是活泼的金属，根据还原水体中的 NO3-的反应原理图可知，Fe 被氧化作负极； ②正极发生得到电子的还原反应，因此正极是硝酸根离子被还原为 NH4+，该溶液为酸性电解质溶液，结合元素 和电荷守恒可知电极反应式为：NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O。 26、a；2H＋+NO3 －+e－→NO2+H2O； 做电解质溶液（或导电） 解析：解精炼时，粗银做阳极，所以粗银是 a 极；b 电极是阴极，发生还原反应，生成了红棕色气体是 NO2，电 极反应：NO3 ﹣+e﹣+2H+=NO2↑+H2O，故答案为：a；NO3 ﹣+e﹣+2H+=NO2↑+H2O；该装置构成原电池，氯化钠溶液 作电解质溶液，促进溶液的导电能力，故答案为：作电解质溶液，形成原电池。