2026版化学步步高大二轮专题复习-专题四　第17练　电极反应式的书写与电化学计算

第17练电极反应式的书写与电化学计算[分值：100分][真题专练]1.(6分)[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。①电极a表面生成NO3-的电极反应式：②研究发现：N2转化可能的途径为N2NONO3-。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是。答案①N2+6H2O-10e-2NO3-②反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成N解析①电极a上N2NO3-，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-10e-2NO2.(7分)[2023·湖南，17(2)]工业上以粗镓为原料，制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下：已知：金属Ga的化学性质和Al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-解析镓的熔点为29.8℃，电解精炼温度需高于镓的熔点，因此电解池温度控制在40~45℃。Ga和Al性质相似，电解精炼过程中粗镓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)4]-+3e-Ga+4OH-。3.(4分)[2024·湖南，18(4)]以CH2==CHCN为原料，稀硫酸为电解液，Sn作阴极，用电解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4，其阴极反应式。

答案Sn+4CH2==CHCN+4e-+4H+Sn(CH2CH2CN)4解析Sn(CH2CH2CN)4是有机化合物，不溶于水，在水中不电离，以CH2CHCN为原料在Sn阴极得电子制得Sn(CH2CH2CN)4，故阴极的电极反应式为Sn+4CH2CHCN+4e-+4H+Sn(CH2CH2CN)4。[模拟演练]4.(12分)下面是Ca⁃LiFePO4可充电电池的工作示意图，锂离子导体膜只允许Li+通过，电池反应为xCa2++2LiFePO4xCa+2Li1-xFePO4+2xLi负极反应：；

正极反应：；

阳极反应：；

阴极反应：。

答案Ca-2e-Ca2+Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4Ca2++2e-Ca5.(7分)H2还原CO电化学法制备甲醇(CO+2H2CH3OH)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。

答案b2解析根据总反应CO+2H2CH3OH可知，氢气在电极b发生氧化反应：H2-2e-2H+，b为负极，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2mol电子。6.(7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：第一步：2Br--2e-Br2第二步：CO+Br2COBr2则第三步反应的化学方程式为；Br-在总反应中的作用是。

答案COBr2+2CH3OHCO(OCH3)2+2HBr作催化剂解析第三步为COBr2和甲醇的反应，生成碳酸二甲酯和溴化氢；溴离子参与反应，但最终没有被消耗，在总反应中的作用是作催化剂。7.(10分)合成氨也可以通过电化学过程实现，其装置如图所示。(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η为75%，则惰性电极2处N2与NH3的物质的量之比为(η=电极上目标产物的实际质量电极上目标产物的理论质量×100%)。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-+2N3-2NH3(3)1∶68.(7分)经测定污水里NaNO2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NO2-还原成N(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(1)6Fe2++2NO2-+8H+6Fe3++N2↑+4H2O(29.(10分)电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如图所示(图中“HA”表示乳酸分子，A-表示乳酸根离子)。(1)阳极的电极反应式为。

(2)简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：。

(3)电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6~8，此时进入浓缩室的OH-可忽略不计。400mL10g·L-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145g·L-1(溶液体积变化忽略不计)，阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为L。(乳酸的摩尔质量为90g·mol-1)

答案(1)2H2O-4e-O2↑+4H+(2)阳极H2O放电生成O2和H+，c(H+)增大，H+从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室；A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室，H++A-HA，乳酸浓度增大(3)6.72解析(1)在阳极H2O放电，电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+。(3)Δn(HA)=(145g·L-1-10g·L-1)×0.4L90g·mol-1=0.6mol，故进入浓缩室的n(A-)=0.6mol，转移电子n(e-)=0.6mol，阴极反应：2H++2e-H2↑，n(H2)=12n(e-)=0.3mol，V10.(9分)我国科学家研究Li⁃CO2电池，取得了重大科研成果。回答下列问题：(1)Li⁃CO2电池中，Li为单质锂片，则该电池中的CO2在(填“正”或“负”)极发生电化学反应。研究表明，该电池反应产物为碳酸锂和单质碳，且CO2电还原后与锂离子结合形成碳酸锂按以下4个步骤进行，写出步骤Ⅲ的离子方程式

Ⅰ.2CO2+2e-C2OⅡ.C2O42-CO2Ⅲ.

Ⅳ.CO32-+2Li+Li2(2)研究表明，在电解质水溶液中，CO2气体可被电化学还原。CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应式为。

答案(1)正2CO22-+CO22C(2)3CO2+18e-+13H2OCH3CH2CH2OH+18OH-解析(1)Li⁃CO2电池的总反应式为4Li+3CO22Li2CO3+C。电池中，锂为负极，CO2在正极发生电化学反应，由电池总反应式可得正极反应为3CO2+4e-+4Li+2Li2CO3+C；结合步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ，可得步骤Ⅲ的离子方程式为2CO22-+CO22CO32-+C。(2)介质呈碱性，应用OH-配平，CO2在碱性介质中电还原为正丙醇，电极反应式为3CO2+18e-+13H2OCH3CH2CH11.(21分)我国科学家发明了一种Zn⁃PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构如图，回答下列问题：(1)电池中，Zn为极，B区域的电解质为(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。

(2)电池反应的离子方程式为。

(3)阳离子交换膜为图中的(填“a”或“b”)膜。

(4)此电池中，消耗6.5gZn，理论上可产生的容量(电量)为毫安时(m·Ah)(1mol电子的电量为1F，1F=96500C·mol-1，结果保留整数)。

(5)已知E为电池电动势[电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E=E(+)-E(-)]，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，EZn⁃PbO2

EPb⁃PbO2；ΔGZn⁃PbO2答案(1)负K2SO4(2)PbO2+SO42-+Zn+4H++4OH-PbSO4+[Zn(OH)4]2-+2H2O(3)a(4(5)><解析(1)根据图示可知，Zn电极失去电子生成Zn2+，与溶液中的OH-结合形成[Zn(OH)4]2-，所以Zn电极为负极；在A区域的电解质为KOH，在B区域的电解质为K2SO4，C区域电解质为H2SO4。(2)负极的电极反应式为Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-，正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++SO42-PbSO4+2H2O，总反应的离子方程式为PbO2+SO42-+Zn+4H++4OH-PbSO4+[Zn(OH)4]2-+2H2O。(3)A区域是KOH溶液，OH-发生反应生成[Zn(OH)4]2-，为了维持溶液呈电中性，多余的K+通过离子交换膜a进入到B区域，因此a膜为阳离子交换膜。(4)6.5gZn的物质的量是n(Zn)=6.5g65g·mol-1=0.1mol，则