2025年高考化学二轮复习 主观题突破 电极反应式的书写及电化学计算

I主观题突破I电极反应式的书写及电化学计算

旦盘点核心知运

1.分析电化学装置的物质变化书写电极反应式

⑴确定装置类型

原电池：外接用电器、电压表、负载等；

电解池：外接电源或题干给出信息；

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

分析装置：确定电极反应物和电极产物

一

列负极（阳极）：还原性微粒f氧化产物，发生

物氧化反应

质

)正极（阴极）：氧化性微粒一还原产物，发生

还原反应

B标变价算〃值：〃=（高价-低价）X变价原子

个数

负极（阳极）：还原性微粒-”e-f氧化产物

lgTr正极（阴极）：氧化性微粒+”e-f还原产物

S根据电池工作的环境用H*,OH\O2-、COr

等阴、阳离子配平电荷

—

用H/O等小分子配平反应式

?:注：非水溶液不能用HzO配平

2.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（〃e）

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-〃日^=氧化产物

正（阴）极反应：氧化剂+加一^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。

3.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~^Mo

⑵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。

例盐酸羟胺(NH3OHCI)是一种常见的还原剂和显像剂，其化学性质类似NHCl。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。

NOl®H，

一

氢

离

子

盐酸交盐酸

换

含Fe的膜

pt电极L

」催化电极一

回答下列问题：

(1)正极反应式为o

(2)负极反应式为o

(3)理论上，当有标准状况下3.36LH2参与反应时，左室溶液质量增加go

+++

答案(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=2Ho(3)结合电极反应：H2-2e=2H,消耗标况3.36LH?共转移0.3mol电子，则必有0.3molH

由右室流向左室，同时由NO变成盐酸羟胺(NH3OHCI),结合NO+3e+4H+=NH3OH+可知，参加反应的

+

NO为0.1mol,故左室增加的为0.1molNO和0.3molH,其质量总和为3.3go

同精练高考真题

1.[2024.浙江1月选考，19(1)]某研究小组采用电化学方法将CCh转化为HCOOH,装置如图。电极B

上的电极反应式是

+

答案CO2+2e+2H=HCOOH

+

解析电极B是阴极，则电极反应式是CO2+2e+2H=HCOOHo

2.[2024•北京，16(3)]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。

质

子

交

换

膜

①电极a表面生成NO,的电极反应式：

②研究发现：N2转化可能的途径为N2,NO-NO]。电极a表面还发生iii.HzO-O?。出的存在，有

利于途径ii,原因是□

答案①N2+6H2O-10e==2N0]+12H+

②反应出生成O2，。2将NO氧化成NO2,NO2更易转化成NO]

解析①电极a上Na-NO],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-IOe-=2NOJ+12H+。

3.[2023•北京，16(3)]近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NO,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

+

答案①阳@2NO3+16e+CO2+18H=CO(NH2)2+7H2O

解析①电极b上发生HzO失电子生成02的氧化反应，是电解池的阳极。②a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。

4.［2023•湖南，17(2)］工业上以粗铉为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下:

残渣超纯Ga(CH,)3

(纯度>99.9999%)

已知：金属Ga的化学性质和A1相似，Ga的熔点为29.8℃。

“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在40~45°。的原因是,阴极的电极反应

式为=

答案确保生成的Ga为液体，便于从出料口流出［Ga(OH)4］-+3e-=Ga+4OH

解析钱的熔点为29.8℃,电解精炼温度需高于倍的熔点，因此电解池温度控制在40-45℃oGa和Al性

质相似，电解精炼过程中粗铸在阳极失电子产生的Ga3+在NaOH溶液中形成［Ga(OH)4『，［Ga(OH)4「在阴极

得电子被还原为Ga,故阴极反应为［Ga(OH)4T+3e=Ga+4OH。

5.［2021.山东，17(4)］利用膜电解技术(装置如图所示)，以NazCrCU为主要原料制备NazCnCh的总反应的

电解

化学方程式为4Na2CrO4+4H2。—2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2T+O2T»则NazC"。?在(填“阴”或

“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为。

惰性电极「惰性电极

f

l

g-

离子交换膜

答案阳Na+

题型突破练（A）［分值：50分］

1.（3分）也还原CO电化学法制备甲醇（CO+2H2==CH3OH）的工作原理如图所示。放电时，电子由电极

（填“a”或"b"）沿导线流向另一电极。该电池工作时，通入CO一端硫酸溶液的质量

变化16g,理论上通过电路转移的电子为moL

LJCfA三三三三三三彳三三三三三三三三匚三

-口2?口4--二二二二三二二二二-Z.-Z.-112^7.—

质子膜（只允许H+通过）

答案b2

解析根据总反应CO+2H2=CH3OH可知,氢气在电极b发生氧化反应，b为负极发生反应：H2-2e-

++

=2H,电子流出；a为正极发生反应：CO+4e-+4H=CH3OH,消耗的氢离子由负极区补充，因此通入

CO一端硫酸溶液的质量变化16g是生成的甲醇的质量，即0.5mol,转移2moi电子。

2.（2分）光催化CO2制甲醇技术也是研究热点。铜基纳米光催化材料还原CO?的机理如图所示，光照时，低

能价带失去电子并产生空穴（h+,具有强氧化性）。在低能价带上，H2。直接转化为02的电极反应式

为。

铜基催化剂

H2O

答案2H2O+4h+=C>2+4H+

3.(3分)SO2和NO1是主要大气污染物，利用如图装置可同时吸收SO2和NOo

直流电源

ar~_ib

吸►较浓HfO,

收

池

;±稀H2sO4+SO2

NO」I.HSO；1阳离子交换膜

此装置中a是电源的极，阳极电极反应式为o

+

答案负SO2+2H2O-2e=S0^+4H

解析HSO3-S2。k，硫元素化合价降低，阴极发生还原反应，故a为电源负极，b为电源正极，SO?在阳

+

极发生氧化反应，电极反应式为SO2+2H2O-2e-=S0i-+4Ho

4.(3分)“碳呼吸电池”是一种新型化学电源，其工作原理如图。正极的电极反应式为;当得

到1molA12(C2O4)3时，电路中转移的电子的物质的量为molo

答案2CO2+2e-=C202-6

解析原电池中正极发生还原反应，根据图示，CO?得电子发生还原反应生成C20l~,通入CO2的电极为

正极，正极的电极反应式为2CO2+2e=C20i-;负极Al失电子生成AP+,当得到1molAbCCzCUb时，电

路中转移的电子的物质的量为6m01。

5.(3分)NO2、。2和熔融KNCh可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在放电过程中石墨I电极上生成

氧化物Y,Y可循环使用，回答下列问题:

石墨II

(1)正极反应式为=

(2)每消耗92gNO2转移电子数为

答案(l)O2+2N2O5+4e==4N03(2)2NA

解析(2)根据电极反应：4NO2+4N0”4e==4N2O5可知，每消耗92gNO2(HP2molNO2),转移电子数为

6.(6分)用电解法处理有机废水是目前工业上一种常用手段，电解过程中阳极催化剂表面水被电解产生氧化

性强的羟基自由基(-OH),羟基自由基再进一步把有机物氧化为无毒物质。如图为电解含1,2-二氯乙烷的

废水的装置图，写出电解池阴极的电极反应式：;羟基自由基与1,2-二氯

乙烷反应的化学方程式为o

2限

含1,2-—■氯交换摸H2O

乙烷的废水(含少量KOH)

答案2H2O+2e=2OH+H2TlOOH+CH2cleH2cl—>2CO2T+2HC1+6H2。

解析由图可知，在碱性条件下，水得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子：2H2O+2e=2OH-

+H2T；羟基自由基与1,2-二氯乙烷反应生成无毒的物质，根据原子守恒可知，反应生成二氧化碳、水和

HC1,反应的化学方程式为10QH+CH2cleH2cl-2cO2T+2HCI+6H2。。

7.(8分)早在20世纪已有科学家设计通过CH3OH/CO电化学氧化合成碳酸二甲酯(DMC),阳极发生的反应

分3步进行：

CO(OCH3)2

HBr/LiBr

CH3OH/CO

第一步：2Br-2e-=Br2

第二步：CO+Br2=COBr2

则第三步反应的化学方程式为;Bf在总反应中的作用是o

答案COBr2+2CH3OH=CO(OCH3)2+2HBr作催化剂

解析第三步为COBn和甲醇的反应，生成碳酸二甲酯和滇化氢。滨离子参与反应，但最终没有被消耗，

在总反应中的作用是作催化剂。

8.(4分)电芬顿工艺被认为是一种很有应用前景的高级氧化技术，可用于降解去除废水中的持久性有机污染

HMC-3

(1)阴极发生的反应为O

(2)若处理1mol苯酚，则理论上电路中通过电子的物质的量为0

+

答案(l)Fe3++e—Fe?+、O2+2H+2e==H2O2(2)84mol

+2+3

解析由反应C6H6O+28OH=6CO2+17H2。、H+Fe+H2O2==H2O+OH+Fe\O2+2H++2e=H2O2和

Fe3++e=Fe2+可知，消耗1mol苯酚，电路中转移(28+28x2)mol=84mol电子。

9.(4分)基于催化剂s-SnLi的CO2电催化制备甲酸盐同时释放电能的装置如图所示，该电池充电时，阳极

的电极反应式为,若电池工作fmin,Zn电极的质量变化为机g,则理论上消耗CO?的物

质的量为o

ZnOH-

Zn(OH)r

电HCO(

极

KOH+(CH3COO)2Zn

箍

答案4OH-4e=2HO+OT—mol

2265

解析由题中图像可知，电池充电时，阳极上氢氧根离子发生氧化反应，失去电子生成氧气，电极反应式

2+

为4OH-4e=2H2O+O2t；电池工作时，负极反应：Zn-2e=Zn,正极反应：CO2+2e+H2O=HCOO

+OH,由转移电子守恒可知，〃(CC)2)=w(Zn尸2mo1。

10.(6分)合成氨也可以通过电化学过程实现，其装置如图所示。

惰性电极2

NHa,N

(1)导线中电子流动方向为.

(2)生成NH3的电极反应式为

(3)若惰性电极2的电流效率〃为75%,则惰性电极2处N2与NH3的物质的量之比为.

/—电极上目标产物的实际质量、,

⑺一电极上目标产物的理论质量0)°

3

答案(1)惰性电极2到电源正极、电源负极到惰性电极1(2)3H2-6e+2N-=2NH3(3)1：6

11.(4分)经测定污水里NaNCh含量为4.6%,科研人员研究发现可用如图所示的装置处理污水中的NaNO2,

］

原理是利用Fe2+把NO还原成N2O

Fe电极厂牌97Fe电极

NaNOz污水前硫酸铁、

稀H2s、稀H2sol

Fe“交换膜

(1)阳极附近溶液中发生反应的离子方程式为

(2)在实验室恰好完全处理3.0kg该NaNO2污水，则理论上阴极区与阳极区溶液质量变化的差为

g。

答案(l)6Fe2++2NO5+8H+=6Fe3++N2T+4H2。(2)128

12.(4分)(1)科研人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO2的零排放，其基本原理如图1所示；电解反

应在温度小于900℃时进行，碳酸钙先分解为CaO和C02，电解质为熔融碳酸钠，阳极的电极反应式为

2C0i--4e-=2CO2+O2,则阴极的电极反应式为。

，«

二0

太02§

石

阳§

二

墨§

光8

8

图1

b

(2)微生物燃料电池是在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图2

所示，其中HS在硫氧化菌作用下转化为S。厂的电极反应式是。

+

答案(l)3CO2+4e-C+2co歹(2)HS-+4H2O-8e=S0^+9H

解析(1)要实现CO2的零排放，则阳极生成的CO2需要在阴极消耗掉，据此可写出阴极反应式：3co2+40

=C+2C0歹。(2)由题图2可知，HS--S0r,S元素的化合价升高，失电子，发生氧化反应，a极作负极,

+

电极反应式为HS+4H2O-8e-=S0j-+9Ho

13.(6分)传统方法制备H2O2会产生大量副产物，研究者通过更环保的电解法，使用空气和水制备H2O2,

并用其处理有机废水，过程如图甲。

承落呼际落初催X废‘3/处理后废水)

甲

管道］PJT

HO^

空气-之a极22x

网x

x

—Ix

Ix

L5।M子1交换膜

电解液Na?SCM容液

乙

电解制备H2O2装置如图乙所示。

(l)a极的电极反应式为0

(2)通过管道将b极产生的气体送至a极，目的是o

(3)pH过高时H2O2会分解。但电解一段时间后，a极附近溶液的pH基本不变，原因是o

答案(l)O2+2H++2e-=H2O2(2)将b极产生的氧气循环利用，用于制备H2O2(3)反应转移2moi电子时,

阳极反应产生2molH+并通过质子交换膜移动至阴极室，发生反应，即a极区消耗可的物质的量与通过质

子交换膜迁移过来的H+的物质的量相等

题型突破练(B)［分值：50分］

还原还原

1.(4分)应用电化学原理，硝酸盐一亚硝酸盐一氨，实现了高效合成氨，装置如图。

»O

NO;

我

»%o

⑴生成NO］的电极反应式是-

(2)当电路中有2moi电子通过时，一定量的N0,被还原生成0.6molN0］和.molNH30

答案(l)N03+2e+H20=N02+20H-(2)0.1

解析⑴从装置图分析其电解质溶液呈碱性，则生成NO］的电极反应式是N0,+2e-+H2O==N05+2OH。(2)

根据电极反应式N0］+2e+H2O=N05+2OH-,NO］被还原生成0.6molN0£转移电子为1.2mol,则NO］被

还原生成NH3转移电子为2mol-1.2mol=0.8mol,由电极反应式N01+8e+6H2O=NH3T+9OH可计算生成

的NH3物质的量为0.1molo

2.(6分)将PbO溶于NaOH溶液可制备NaHPbO2,反应为PbO+OJT—HPbO］。制备高纯铅的原电池原理

示意图如图所示。

(1)获得高纯铅的电极是(填“正极”或“负极”)。

(2)电池的总反应的离子方程式是o

(3)从物质和能量利用的角度说明该工艺的优点：.

答案⑴正极(2)HPb05+H2=Pb+OH+H2O(3)NaOH可循环使用，制备高纯铅的过程中获得电能

解析(2)由图可知，HPbO］在正极得到电子生成Pb,电极反应式为HPb02+2e+H2O=Pb+3OH-,H2在负

极失去电子生成HzO,电极反应式为H2-2e+2OH=2H2O,则电池总反应的离子方程式为

HPbO^+H2=Pb+OH+H2OO

3.(4分)在铜基配合物的催化作用下，利用电化学原理可将CO2转化为碳基燃料(包括CO、烷煌和竣酸等),

其装置原理如图所示。

质子交换膜

HCOOHJ

铜基催化剂

酸性电解质溶液

(1)图中生成甲酸的电极反应式为O

(2)当有0.2molH+通过质子交换膜时，理论上最多生成HCOOH的质量为。

+

答案(1)CO2+2e+2H=HCOOH(2)4.6g

解析⑴由图可知，Pt电极氧元素价态升高失电子，故Pt电极为阳极，电极反应式为2H2O-4e—O2+4H+,

+

石墨烯电极为阴极，电极反应式为CO2+2e+2H=HCOOHo(2)当有0.2molJT通过质子交换膜时，转移

1=

0.2mol电子，生成0.1molHCOOH,质量为0.1molx46g-mol4.6go

4.(4分)少量的SO2经Na2cO3溶液洗脱处理后，所得洗脱液主要成分为Na2co3、NaHCCh和Na2sO3,利用

生物电池技术，可将洗脱液中的Na2sCh转化为单质硫(以S表示)回收。

电解质质子交洗脱液

溶液换膜

(pH=4)

(1)该装置中，正极的电极反应式为O

(2)一段时间后，若洗脱液中SO1的物质的量减少了Imol,则理论上HCO］减少了moL

答案(l)S01-+4e+6HC03=S；+3H2O+6C0^-(2)2

解析分析可知，该装置中，正极的电极反应式为SO『+4e+6HCO3=Sl+3H2O+6C01，当消耗1mol亚

硫酸根离子，转移4moi电子，同时消耗6moi碳酸氢根离子，生成6moi碳酸根离子，根据电荷守恒，则

有4moiH+通过质子交换膜移向正极，4mol氢离子可以结合4moi的碳酸根离子生成4moi的碳酸氢根离

子，则理论上碳酸氢根离子减少了2m01。

5.（3分）纯净的硫化锌是半导体锂离子电池负极材料。在充电过程中发生合金化反应生成LiZn（合金相），同

时负极材料晶胞的组成变化如图所示。

ZnSLi.Zn’SLi2s

os2-oZn2+aZn?+或Li*

充电过程中ZnS到LivZnvS的电极反应式为

（x和y用具体数字表示）。

答案4ZnS+6Li++6e--3Zn+4Lii.5Zno.25s

解析由均摊法可知，LiZiyS中Li+和Zi?+共有7个，S2有8x1+6xi=4个，由化合价代数和为零可知，

LiZiyS的化学式为Li1.5Zno.25S。根据题干信息在“充电过程中，发生合金化反应生成LiZn（合金相）”，故

+

ZnS负极充电时得电子有Zn生成，故充电时的电极反应为4ZnS+6Li+6e-=3Zn+4Lii.5Zn0.25So

6.（4分）晶体H可作电池正极材料，通过Zr+在晶体II中嵌入和脱嵌，实现电极材料充放电的原理如图所示。

“ii”代表电池_______(填“充电”或“放电”)过程，“iii”的电极反应式为________

m1f；r

115--LJ)1-L

晶体HMn0.611~~Io.39()ZntMn()6I|I0.39O

oO•MnoZn□空位

2+

答案放电Zn^Mn0.6ino.390-2xe-=Mn0.6ino.390+xZn

7.（4分）科学家通过使用双极膜电渗析法来捕获和转化海水中的CO2,其原理如图所示。

处理后处理后

海水1海水2

Fe(CN)?,-

电

极Fe(CN),

循环液1海水酸化循环液2

海水

(1)写出与电源正极相连的一极上的电极反应式：。

(2)下列说法正确的是(填字母)。

A.循环液1和循环液2中的阴离子种类相同

B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜

C.水的电离程度：处理后海水1＞处理后海水2

D.该方法可以同时将海水进行淡化

答案(l)Fe(CN)「-e-Fe(CN)r(2)A

解析(1)由图分析可知，电极X中Fe化合价降低，得到电子，作阴极，与电源负极相连；电极Y中Fe

化合价升高，失去电子，作阳极，与电源正极相连；与电源正极相连的一极上的电极反应式为Fe(CN)「-e-

=Fe(CN)1-o(2)由①可知电极X为阴极，电极反应式为Fe(CN)/+e=Fe(CN)T,电极Y为阳极，电极

反应式为Fe(CN)『-e==Fe(CN笫-，则循环液1和2中均含有Fe(CN)蓝和Fe(CN)「，A项正确;由电极X

反应可知，循环液1中负电荷数增加，为平衡溶液中电荷，则海水中的钠离子应通过隔膜1移向电极X；

由电极Y反应可知，循环液2中负电荷数减少，为平衡溶液中电荷，则循环液中钾离子应通过隔膜2进入

左室，这样才能保持循环液中的离子不出现交换，隔膜1、2都为阳离子交换膜，B项错误；海水经处理，

HCO,转换为C02,CO2的水溶液呈弱酸性，会抑制水的电离，而酸化海水经处理，CO2转化为HCO],

HCO]易水解，故水的电离程度：处理后海水1〈处理后海水2,C项错误。

8.(4分)新能源的利用对实现“碳中和”也有重要意义。搭载钠离子电池的新能源汽车，动力充足、冬天也

无需频繁充电。第二代钠离子电池是以硬碳(Cy)为基底材料的嵌钠硬碳(NaKy)和德基高锦普鲁士白

Na2Mn[Mn(CN)6]为电极的一种新型二次电池，在充放电过程中，Na卡在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。其

工作原理如图所示。

普鲁士白嵌钠硬碳

若用该钠离子电池给铅酸蓄电池充电，普鲁士白电极连接(填“Pb”或“PbO2”)极，钠离子电池

负极的电极反应式为。

-+

答案PbOzNaACv-xe=Cy+xNa

解析给铅酸蓄电池充电时，普鲁士白为正极，连接铅酸蓄电池的PbO2电极，负极为嵌钠硬碳，电极反

+

应式为NaACv-xe-=Cy+j;Nao

9.(3分)通过氢电极增压法可使氧化锌进一步制得单质锌(如图)，储罐内ZnO溶解后形成[Zn(0H)4p一,电解

池中发生总反应的离子方程式为。

2

fZn(OH)4]-

接电源接电源

??

KOH溶液

惰性电极

2

答案H2+[Zn(OH)4]-Zn+2H2O+2OH

解析由图示可知，左侧电极为电解池的阳极，碱性条件下氢气在阳极失去电子发生氧化反应生成水，右

侧电极为阴极，[Zn(OH)F在阴极得到电子发生还原反应生成锌和氢氧根离子，则电解池的总反应为

2-!

H2+[Zn(OH)4]Zn+2H2O+2OHo

10.(3分)基于电化学原理，我国科学家利用固体氧化物电解池实现高选择性C3H8电化学脱氢制

CH2=CHCH3的工艺，装置如图，则C3H8生成CH2=CHCH3的电极反应式为o

-A12O3

2

答案C3H8+O-2e==CH2=CHCH3+H2O

11.(4分)微生物燃料电池的一种重要应用是废水处理中实现碳氮联合转化为C02和N2,如图所示，其中1,

2为厌氧微生物电极，3为阳离子交换膜，4为好氧微生物反应器。

(1)正极的电极反应式是o

(2)协同转化总反应中当有标准状况下44.8LN2生成时转移电子数是=

+

答案(l)2N03+12H+10e=N2t+6H2O(2)44NA

解析(1)由图可知，正极的硝酸