高三二轮高效复习主题巩固卷化学（双选）电极反应式的书写

[课下巩固检测练(二十八)]电极反应式的书写(非选择题每题10分)1．(1)(2023·湖南高考节选)已知：金属Ga的化学性质和Al相似，Ga的熔点为29.8℃。粗Ga的“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________________________________________________________________________________________________________________。(2)(2023·北京高考节选)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NOeq\o\al(－,3)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____________________________________________________________________________________________________。(3)(2023·江苏高考节选)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。FE%＝eq\f(QX（生成还原产物X所需要的电量）,Q总（电解过程中通过的总电量）)×100%其中，QX＝nF，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。①当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为______(填化学式)。②当电解电压为U2V时，阴极由HCOeq\o\al(－,3)生成CH4的电极反应式为_________________________________________________________________________。③当电解电压为U3V时，电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为________________________________________________________。解析：(1)Ga的熔点为29.8℃，电解精炼温度需高于Ga的熔点，使Ga熔化为液体，便于纯Ga流出，因此电解池温度控制在40～45℃。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]－迁移到阴极，得电子被还原为Ga，故阴极反应为[Ga(OH)4]－＋3e－=Ga＋4OH－。(2)①电极b上发生H2O失电子生成O2的氧化反应，是电解池的阳极。②电极a上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为2NOeq\o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋=CO(NH2)2＋7H2O。(3)①当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳未得电子，氢离子得电子变成氢气。②当电解电压为U2V时，根据得失电子守恒、元素守恒和电荷守恒可知碱性条件下阴极由HCOeq\o\al(－,3)生成CH4的电极反应式为HCOeq\o\al(－,3)＋8e－＋6H2O=CH4↑＋9OH－。③当电解电压为U3V时，电解过程中还原产物C2H4的FE%为24%，还原产物HCOO－的FE%为8%，每生成1molC2H4转移12mole－，每生成1molHCOO－转移2mole－，故电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为eq\f(24%,12)∶eq\f(8%,2)＝1∶2。答案：(1)使Ga熔化为液体，便于纯Ga流出[Ga(OH)4]－＋3e－=Ga＋4OH－(2)①阳②2NOeq\o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋=CO(NH2)2＋7H2O(3)①H2②HCOeq\o\al(－,3)＋8e－＋6H2O=CH4↑＋9OH－③1∶22．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、烷烃和羧酸等)，其装置原理如图所示。(1)图中生成甲酸的电极反应式为_________________________________________________________________________________________________。(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____________________。解析：(1)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＋=HCOOH。(2)当有0.2molH＋通过质子交换膜时，转移0.2mol电子，生成0.1molHCOOH，质量为0.1mol×46g·mol1＝4.6g。答案：(1)CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH(2)4.6g3．(2025·重庆模拟预测节选)用光电化学法将CO2还原为有机物可实现碳资源的再生利用，其装置如图甲所示，其他条件一定时，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图乙所示：已知FE%＝eq\f(Qx\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(生成还原产物X所需要的电量)),Q总\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(电解过程中通过的总电量)))×100%，其中电量Qx＝nF，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。(1)当电解电压为U1V时，阴极生成HCOOH的电极反应式为_________________________________________________________。(2)当电解电压为U2V时，电解生成的HCHO和HCOOH的物质的量之比为7∶5，则生成HCHO的法拉第效率m%为________。解析：(2)当电解电压为U2V时，CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH转移2e－，CO2＋4e－＋4H＋=HCHO＋H2O转移4e－，当电解生成的HCHO和HCOOH的物质的量之比为7∶5时，可建立等式eq\f(m,15)＝eq\f(4×7,2×5)，m＝42。答案：(1)CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH(2)42%4．近年来，有研究人员用CO2通过电催化生成多种燃料，其工作原理如图所示。(1)请写出Cu电极上产生CH3OH的电极反应式：_____________________________________________________________________________。(2)如果Cu电极上只生成0.15molC2H4和0.30molCH3OH，则Pt电极上产生O2的物质的量为________。(3)已知HCOOH为一元弱酸，常温下将0.1mol·L1HCOOH溶液与0.1mol·L1NaOH溶液以体积比a∶b混和(忽略溶液体积的变化)时溶液恰好呈中性，则HCOOH的电离常数Ka＝____________(用含a、b的代数式表示)。解析：(1)铜电极与电源负极相连为阴极，CO2得电子被还原生成CH3OH，根据电荷守恒、元素守恒可知电极反应式为：CO2＋6H＋＋6e－=CH3OH＋H2O。(2)C2H4和CH3OH中碳均为－2价，CO2转化成C2H4和CH3OH，化合价均降低6价，所以生成0.15molC2H4和0.30molCH3OH时转移的电子为3.6mol，则生成的氧气为eq\f(3.6mol,4)＝0.9mol。(3)混合后溶液呈中性，所以c(H＋)＝c(OH－)＝107mol/L，根据电荷守恒可知c(HCOO－)＝c(Na＋)＝eq\f(0.1b,a＋b)mol/L，根据元素守恒有：c(HCOO－)＋c(HCOOH)＝eq\f(0.1a,a＋b)mol/L，所以c(HCOOH)＝eq\f(0.1a,a＋b)mol/L－eq\f(0.1b,a＋b)mol/L＝eq\