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+~4nMn+(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3.36LH2參與反應時，左室溶液質量增加g。

答案(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3.36LH2共轉移0.3mol電子，則必有0.3molH+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0.1mol，故左室增加的為0.1molNO和0.3molH+，其質量總和為3.3g。1.[2024·浙江1月選考，19(1)]某研究小組采用電化學方法將CO2轉化為HCOOH，裝置如圖。電極B上的電極反應式是

。

答案CO2+2e-+2H+=HCOOH解析電極B是陰極，則電極反應式是CO2+2e-+2H+=HCOOH。2.[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NO3?②研究發現：N2轉化可能的途徑為N2NONO3?。電極a表面還發生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途徑ⅱ，原因是

答案①N2+6H2O-10e-=2NO3?②反應ⅲ生成O2，O2將NO氧化成NO2，NO2更易轉化成N解析①電極a上N2→NO3?，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-=2NO3.[2023·北京，16(3)]近年研究發現，電催化CO2和含氮物質(NO3?等)在常溫常壓下合成尿素，有助于實現碳中和及解決含氮廢水污染問題。向一定濃度的KNO3溶液通CO2至飽和，在電極上反應生成CO(NH2①電極b是電解池的極。

②電解過程中生成尿素的電極反應式是

。

答案①陽②2NO3?+16e-+CO2+18H+=CO(NH2)2+7H解析①電極b上發生H2O失電子生成O2的氧化反應，是電解池的陽極。②a極硝酸根離子得電子轉化為尿素，再結合酸性環境可分析出電極反應式。4.[2023·湖南，17(2)]工業上以粗鎵為原料，制備超純Ga(CH3)3的工藝流程如下：已知：金屬Ga的化學性質和Al相似，Ga的熔點為29.8℃。“電解精煉”裝置如圖所示，電解池溫度控制在40~45℃的原因是

，陰極的電極反應式為。

答案確保生成的Ga為液體，便于從出料口流出[Ga(OH)4]-+3e-=Ga+4OH-解析鎵的熔點為29.8℃，電解精煉溫度需高于鎵的熔點，因此電解池溫度控制在40~45℃。Ga和Al性質相似，電解精煉過程中粗鎵在陽極失電子產生的Ga3+在NaOH溶液中形成[Ga(OH)4]-，[Ga(OH)4]-在陰極得電子被還原為Ga，故陰極反應為[Ga(OH)4]-+3e-=Ga+4OH-。5.[2021·山東，17(4)]利用膜電解技術(裝置如圖所示)，以Na2CrO4為主要原料制備Na2Cr2O7的總反應的化學方程式為4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑。則Na2Cr2O7在(填“陰”或“陽”)極室制得，電解時通過膜的離子主要為。

答案陽Na+題型突破練(A)[分值：50分]1.(3分)H2還原CO電化學法制備甲醇(CO+2H2=CH3OH)的工作原理如圖所示。放電時，電子由電極________________(填“a”或“b”)沿導線流向另一電極。該電池工作時，通入CO一端硫酸溶液的質量變化16g，理論上通過電路轉移的電子為mol。

答案b2解析根據總反應CO+2H2=CH3OH可知，氫氣在電極b發生氧化反應，b為負極發生反應：H2-2e-=2H+，電子流出；a為正極發生反應：CO+4e-+4H+=CH3OH，消耗的氫離子由負極區補充，因此通入CO一端硫酸溶液的質量變化16g是生成的甲醇的質量，即0.5mol，轉移2mol電子。2.(2分)光催化CO2制甲醇技術也是研究熱點。銅基納米光催化材料還原CO2的機理如圖所示，光照時，低能價帶失去電子并產生空穴(h+，具有強氧化性)。在低能價帶上，H2O直接轉化為O2的電極反應式為。

答案2H2O+4h+=O2+4H+3.(3分)SO2和NOx是主要大氣污染物，利用如圖裝置可同時吸收SO2和NO。此裝置中a是電源的極，陽極電極反應式為。

答案負SO2+2H2O-2e-=SO42?解析HSO3?→S2O42?，硫元素化合價降低，陰極發生還原反應，故a為電源負極，b為電源正極，SO2在陽極發生氧化反應，電極反應式為SO2+2H2O-2e-=S4.(3分)“碳呼吸電池”是一種新型化學電源，其工作原理如圖。正極的電極反應式為；當得到1molAl2(C2O4)3時，電路中轉移的電子的物質的量為mol。

答案2CO2+2e-=C2O4解析原電池中正極發生還原反應，根據圖示，CO2得電子發生還原反應生成C2O42?，通入CO2的電極為正極，正極的電極反應式為2CO2+2e-=C2O42?；負極Al失電子生成Al3+，當得到1molAl2(C2O4)3時，電路中轉移的電子的物質的量為5.(3分)NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料電池，其原理如圖所示。該電池在放電過程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，Y可循環使用，回答下列問題：(1)正極反應式為。

(2)每消耗92gNO2轉移電子數為。

答案(1)O2+2N2O5+4e-=4NO3?解析(2)根據電極反應：4NO2+4NO3?-4e-=4N2O5可知，每消耗92gNO2(即2molNO2)，轉移電子數為2N6.(6分)用電解法處理有機廢水是目前工業上一種常用手段，電解過程中陽極催化劑表面水被電解產生氧化性強的羥基自由基(·OH)，羥基自由基再進一步把有機物氧化為無毒物質。如圖為電解含1，2?二氯乙烷的廢水的裝置圖，寫出電解池陰極的電極反應式：；羥基自由基與1，2?二氯乙烷反應的化學方程式為。答案2H2O+2e-=2OH-+H2↑10·OH+CH2ClCH2Cl→2CO2↑+2HCl+6H2O解析由圖可知，在堿性條件下，水得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子：2H2O+2e-=2OH-+H2↑；羥基自由基與1，2?二氯乙烷反應生成無毒的物質，根據原子守恒可知，反應生成二氧化碳、水和HCl，反應的化學方程式為10·OH+CH2ClCH2Cl→2CO2↑+2HCl+6H2O。7.(8分)早在20世紀已有科學家設計通過CH3OH/CO電化學氧化合成碳酸二甲酯(DMC)，陽極發生的反應分3步進行：第一步：2Br--2e-=Br2第二步：CO+Br2=COBr2則第三步反應的化學方程式為；Br-在總反應中的作用是。

答案COBr2+2CH3OH=CO(OCH3)2+2HBr作催化劑解析第三步為COBr2和甲醇的反應，生成碳酸二甲酯和溴化氫。溴離子參與反應，但最終沒有被消耗，在總反應中的作用是作催化劑。8.(4分)電芬頓工藝被認為是一種很有應用前景的高級氧化技術，可用于降解去除廢水中的持久性有機污染物[如(苯酚)]，其工作原理如圖所示(·OH表示自由基，有強氧化性)。(1)陰極發生的反應為。

(2)若處理1mol苯酚，則理論上電路中通過電子的物質的量為。

答案(1)Fe3++e-=Fe2+、O2+2H++2e-=H2O2(2)84mol解析由反應C6H6O+28·OH=6CO2+17H2O、H++Fe2++H2O2=H2O+·OH+Fe3+、O2+2H++2e-=H2O2和Fe3++e-=Fe2+可知，消耗1mol苯酚，電路中轉移(28+28×2)mol=84mol電子。9.(4分)基于催化劑s?SnLi的CO2電催化制備甲酸鹽同時釋放電能的裝置如圖所示，該電池充電時，陽極的電極反應式為，若電池工作tmin，Zn電極的質量變化為mg，則理論上消耗CO2的物質的量為。

答案4OH--4e-=2H2O+O2↑m65解析由題中圖像可知，電池充電時，陽極上氫氧根離子發生氧化反應，失去電子生成氧氣，電極反應式為4OH--4e-=2H2O+O2↑；電池工作時，負極反應：Zn-2e-=Zn2+，正極反應：CO2+2e-+H2O=HCOO-+OH-，由轉移電子守恒可知，n(CO2)=n(Zn)=m65mol10.(6分)合成氨也可以通過電化學過程實現，其裝置如圖所示。(1)導線中電子流動方向為。

(2)生成NH3的電極反應式為。

(3)若惰性電極2的電流效率η為75%，則惰性電極2處N2與NH3的物質的量之比為(η=電極上目標產物的實際質量電極上目標產物的理論質量答案(1)惰性電極2到電源正極、電源負極到惰性電極1(2)3H2-6e-+2N3-=2NH3(3)1∶611.(4分)經測定污水里NaNO2含量為4.6%，科研人員研究發現可用如圖所示的裝置處理污水中的NaNO2，原理是利用Fe2+把NO2?還原成N(1)陽極附近溶液中發生反應的離子方程式為

。(2)在實驗室恰好完全處理3.0kg該NaNO2污水，則理論上陰極區與陽極區溶液質量變化的差為g。

答案(1)6Fe2++2NO2?+8H+=6Fe3++N2↑+4H12.(4分)(1)科研人員研究出一種方法，可實現水泥生產時CO2的零排放，其基本原理如圖1所示；電解反應在溫度小于900℃時進行，碳酸鈣先分解為CaO和CO2，電解質為熔融碳酸鈉，陽極的電極反應式為2CO32?-4e-=2CO2+O2，則陰極的電極反應式為(2)微生物燃料電池是在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖2所示，其中HS-在硫氧化菌作用下轉化為SO42?的電極反應式是答案(1)3CO2+4e-=C+2CO32?(2)HS-+4H2O-8e-=SO解析(1)要實現CO2的零排放，則陽極生成的CO2需要在陰極消耗掉，據此可寫出陰極反應式：3CO2+4e-=C+2CO32?。(2)由題圖2可知，HS-→SO42?，S元素的化合價升高，失電子，發生氧化反應，a極作負極，電極反應式為HS-+4H2O-8e-=S13.(6分)傳統方法制備H2O2會產生大量副產物，研究者通過更環保的電解法，使用空氣和水制備H2O2，并用其處理有機廢水，過程如圖甲。電解制備H2O2裝置如圖乙所示。(1)a極的電極反應式為。

(2)通過管道將b極產生的氣體送至a極，目的是。

(3)pH過高時H2O2會分解。但電解一段時間后，a極附近溶液的pH基本不變，原因是

。

答案(1)O2+2H++2e-=H2O2(2)將b極產生的氧氣循環利用，用于制備H2O2(3)反應轉移2mol電子時，陽極反應產生2molH+并通過質子交換膜移動至陰極室，發生反應，即a極區消耗H+的物質的量與通過質子交換膜遷移過來的H+的物質的量相等題型突破練(B)[分值：50分]1.(4分)應用電化學原理，硝酸鹽亞硝酸鹽氨，實現了高效合成氨，裝置如圖。(1)生成NO2?(2)當電路中有2mol電子通過時，一定量的NO3?被還原生成0.6molNO2?和答案(1)NO3?+2e-+H2O=NO解析(1)從裝置圖分析其電解質溶液呈堿性，則生成NO2?的電極反應式是NO3?+2e-+H2O=NO2?+2OH-。(2)根據電極反應式NO3?+2e-+H2O=NO2?+2OH-，NO3?被還原生成0.6molNO2?轉移電子為1.2mol，則NO3?被還原生成NH3轉移電子為2mol-1.2mol=0.8mol，由電極反應式N2.(6分)將PbO溶于NaOH溶液可制備NaHPbO2，反應為PbO+OH-=HPbO2(1)獲得高純鉛的電極是(填“正極”或“負極”)。

(2)電池的總反應的離子方程式是

。

(3)從物質和能量利用的角度說明該工藝的優點：。

答案(1)正極(2)HPbO2?+H2=Pb+OH-+H解析(2)由圖可知，HPbO2?在正極得到電子生成Pb，電極反應式為HPbO2?+2e-+H2O=Pb+3OH-，H2在負極失去電子生成H2O，電極反應式為H2-2e-+2OH-=2H2O，則電池總反應的離子方程式為HPbO2?+H23.(4分)在銅基配合物的催化作用下，利用電化學原理可將CO2轉化為碳基燃料(包括CO、烷烴和羧酸等)，其裝置原理如圖所示。(1)圖中生成甲酸的電極反應式為

。

(2)當有0.2molH+通過質子交換膜時，理論上最多生成HCOOH的質量為。

答案(1)CO2+2e-+2H+=HCOOH(2)4.6g解析(1)由圖可知，Pt電極氧元素價態升高失電子，故Pt電極為陽極，電極反應式為2H2O-4e-=O2+4H+，石墨烯電極為陰極，電極反應式為CO2+2e-+2H+=HCOOH。(2)當有0.2molH+通過質子交換膜時，轉移0.2mol電子，生成0.1molHCOOH，質量為0.1mol×46g·mol-1=4.6g。4.(4分)少量的SO2經Na2CO3溶液洗脫處理后，所得洗脫液主要成分為Na2CO3、NaHCO3和Na2SO3，利用生物電池技術，可將洗脫液中的Na2SO3轉化為單質硫(以S表示)回收。(1)該裝置中，正極的電極反應式為

。

(2)一段時間后，若洗脫液中SO32?的物質的量減少了1mol，則理論上HC答案(1)SO32?+4e-+6HCO3?=S↓+3H解析分析可知，該裝置中，正極的電極反應式為SO32?+4e-+6HCO3?=S↓+3H2O+6CO32?，當消耗1mol亞硫酸根離子，轉移4mol電子，同時消耗6mol碳酸氫根離子，生成6mol碳酸根離子，根據電荷守恒，則有4molH+通過質子交換膜移向正極，4mol氫離子可以結合4mol的碳酸根離子生成5.(3分)純凈的硫化鋅是半導體鋰離子電池負極材料。在充電過程中發生合金化反應生成LiZn(合金相)，同時負極材料晶胞的組成變化如圖所示。充電過程中ZnS到LixZnyS的電極反應式為

(x和y用具體數字表示)。

答案4ZnS+6Li++6e-=3Zn+4Li1.5Zn0.25S解析由均攤法可知，LixZnyS中Li+和Zn2+共有7個，S2-有8×18+6×12=4個，由化合價代數和為零可知，LixZnyS的化學式為Li1.5Zn0.25S。根據題干信息在“充電過程中，發生合金化反應生成LiZn(合金相)”，故ZnS負極充電時得電子有Zn生成，故充電時的電極反應為4ZnS+6Li++6e-=3Zn+4Li1.5Zn0.256.(4分)晶體Ⅱ可作電池正極材料，通過Zn2+在晶體Ⅱ中嵌入和脫嵌，實現電極材料充放電的原理如圖所示。“ⅱ”代表電池(填“充電”或“放電”)過程，“ⅲ”的電極反應式為。

答案放電ZnxMn0.610.39O-2xe-=Mn0.610.39O+xZn2+7.(4分)科學家通過使用雙極膜電滲析法來捕獲和轉化海水中的CO2，其原理如圖所示。(1)寫出與電源正極相連的一極上的電極反應式：。

(2)下列說法正確的是(填字母)。

A.循環液1和循環液2中的陰離子種類相同B.隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C.水的電離程度：處理后海水1>處理后海水2D.該方法可以同時將海水進行淡化答案(1)Fe(CN)64?-e-=解析(1)由圖分析可知，電極X中Fe化合價降低，得到電子，作陰極，與電源負極相連；電極Y中Fe化合價升高，失去電子，作陽極，與電源正極相連；與電源正極相連的一極上的電極反應式為Fe(CN)64?-e-=Fe(CN)63?。(2)由①可知電極X為陰極，電極反應式為Fe(CN)63?+e-=Fe(CN)64?，電極Y為陽極，電極反應式為Fe(CN)64?-e-=Fe(CN)63?，則循環液1和2中均含有Fe(CN)63?和Fe(CN)64?，A項正確；由電極X反應可知，循環液1中負電荷數增加，為平衡溶液中電荷，則海水中的鈉離子應通過隔膜1移向電極X；由電極Y反應可知，循環液2中負電荷數減少，為平衡溶液中電荷，則循環液中鉀離子應通過隔膜2進入左室，這樣才能保持循環液中的離子不出現交換，隔膜1、2都為陽離子交換膜，8.(4分)新能源的利用對實現“碳中和”也有重要意義。搭載鈉離子電池的新能源汽車，動力充足、冬天也無需頻繁充電。第二代鈉離子電池是以硬碳(Cy)為基底材料的嵌鈉硬碳(NaxCy)和錳基高錳普魯士白Na2Mn[Mn(CN)6]為電極的一種新型二次電池，在充放電過程中，Na+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。其工作原理如圖所示。若用該鈉離子電池給鉛酸蓄電池充電，普魯士白電極連接(填“Pb”或“PbO2”)極，鈉離子電池負極的電極反應式為。

答案PbO2NaxCy-xe-=Cy+xNa+解析給鉛酸蓄電池充電時，普魯士白為正極，連接鉛酸蓄電池的PbO2電極，負極為嵌鈉硬碳，電極反應式為NaxCy-xe-=Cy+xNa+。9.(3分)通過氫電極增壓法可使氧化鋅進一步制得單質鋅(如圖)，儲罐內ZnO溶解后形成[Zn(OH)4]2-，電解池中發生總反應的離子方程式為。

答案H2+[Zn(OH)4]2-Zn+2H2O+2OH-解析由圖示可知，左側電極為電解池的陽極，堿性條件下氫氣在陽極失去電子發生氧化反應生成水，右側電極為陰極，[Zn(OH)4]2-在陰極得到電子發生還原反應生成鋅和氫氧根離子，則電解池的總反應為H2+[Zn(OH)4]2-Zn+2H2O+2OH-。10.(3分)基于電化學原理，我國科學家利用固體氧化物電解池實現高選擇性C3H8電化學脫氫制CH2CHCH3的工藝，裝置如圖，則C3H8生成CH2CHCH3的電極反應式為。

答案C3H8+O2--2e-=CH2CHCH3+H2O11.(4分)微生物燃料電池的一種重要應用是廢水處理中實現碳氮聯合轉化為CO2和N2，如圖所示，其中1，2為厭氧微生物電極，3為陽離子交換膜，4為好氧微生物反應器。(1)正極的電極反應式是。

(2)協同轉化總反