高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 題型解讀 解讀 電極反應(yīng)式的書寫 新人教版

解讀4 電極反應(yīng)式的書寫考向分析電化學(xué)知識是高中化學(xué)選修化學(xué)反應(yīng)原理中的重要考點之一，也是每年的高考中必不可少的一部分，原電池、電解池是出題的重點，而且是最容易可以和其他的部分綜合起來考察，所以考題的難度一般都比較大，以新型化學(xué)電源為命題背景考查原電池的結(jié)構(gòu)和工作原理的題型是高考的熱點。通常考查的知識點是原電池電極的判斷、電極和電池反應(yīng)式的書寫、電子的轉(zhuǎn)移或電流方向的判斷、電解質(zhì)溶液中離子的移動方向及有關(guān)計算，難度一般偏大。電極方程式的書寫類似于一個完整的氧化還原型離子方程式的配平，先由信息分離出反應(yīng)物和生成物，然后配平參與變價的離子或物質(zhì)，再根據(jù)介質(zhì)(H或OH)調(diào)節(jié)電荷守恒，最后用H2O調(diào)節(jié)原子守恒電極的確定正負極確定根據(jù)兩根電極對電解質(zhì)溶液的相對活性來決定，較活潑金屬作負極，另一極用正極電極質(zhì)量的增減或是否有氣體放出來決定，電極質(zhì)量增加或放出氣體的作正極，電極質(zhì)量減小的作負極附近指示劑的顯色來決定燃料電池一般都是惰電極，根據(jù)燃料氣和助燃氣的通入來決定，通入燃料氣的作負極，通入空氣或O2的作正極題目給定的是圖示裝置，可根據(jù)電子流動方向或其他提示來分析正、負極，電子流出的一極作負極，流入的一極作正極發(fā)生的反應(yīng)來決定，發(fā)生氧化反應(yīng)的作負極，發(fā)生還原反應(yīng)的作正極陰陽極確定根據(jù)所連接的外加電源判斷，與直流電源正極相連的為陽極，與直流電源負極相連的為陰極根據(jù)電子流動方向判斷，電子流動方向為電源負極流向陰極，陽極流向電源正極根據(jù)電解池里電解質(zhì)溶液中離子的移動方向判斷，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動根據(jù)電解池兩極產(chǎn)物判斷，一般情況下：陰極上的現(xiàn)象是析出金屬(質(zhì)量增加)或有無色氣體(H2)放出；陽極上的現(xiàn)象是有非金屬單質(zhì)生成，呈氣態(tài)的有Cl2、O2或電極質(zhì)量減小(活性電極作陽極)書寫原則加減原則根據(jù)得失電子守恒，總反應(yīng)式為兩個電極反應(yīng)式之和。若已知一個電極反應(yīng)式，可用總反應(yīng)式減去已知的反應(yīng)式，得另一電極反應(yīng)式共存原則因為物質(zhì)得失電子后在不同介質(zhì)中的存在形式不同，所以電極反應(yīng)式的書寫必須考慮介質(zhì)環(huán)境。堿性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H+參加反應(yīng)得氧失氧原則得氧時，在反應(yīng)物中加H2O（電解質(zhì)為酸性時）或OH-（電解質(zhì)溶液為堿性或中性時）；失氧時，加H+或H2O吸氧成堿原則在中性電解質(zhì)溶液中，通過金屬吸氧所建立起來的原電池反應(yīng)，其反應(yīng)的最后產(chǎn)物是堿原電池書寫負極Zn2e=Zn2正極Cu22e=Cu堿性鋅錳電池負極Zn+2OH2e= Zn(OH)2正極2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH +2OH鋅銀電池負極Zn+2OH2e=Zn(OH)2正極Ag2O + H2O+ 2e = 2Ag + 2OH鉛蓄電池負極PbSO422e-PbSO4正極PbO24H+SO422e-PbSO42H2O陰極PbSO42e-PbSO42陽極PbSO42H2O2e-PbO24H+SO42鐵鎳電池負極Fe2e2OH=Fe(OH)2正極NiO22H2O2e=Ni(OH)22OH陰極Fe(OH)22e=Fe2OH陽極Ni(OH)22e2OH=NiO22H2O高鐵電池負極3Zn6e6OH=3Zn(OH)2正極2FeO6e8H2O=2Fe(OH)310OH陰極3Zn(OH)26e=3Zn6OH陽極2Fe(OH)36e10OH=2FeO8H2O氫氧堿性燃料電池負極2H24e4OH=4H2O正極O22H2O4e=4OH氫氧酸性燃料電池負極2H24e=4H正極O24H4e=2H2O甲烷堿性燃料電池負極CH48e10OH=CO7H2O正極2O28e4H2O=8OH甲烷酸性燃料電池負極CH48e2H2O=CO28H正極2O28e8H=4H2O甲烷熔融鹽燃料電池負極CH48e4CO=5CO22H2O正極2O28e4CO2=4CO【考點過關(guān)】鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機溶劑中，Li通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。電池正極反應(yīng)式為。液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小，無需氣體存儲裝置等優(yōu)點。一種以肼(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示。該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH作為電解質(zhì)。負極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：。化學(xué)家正在研究尿素動力燃料電池，尿液也能發(fā)電。用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水，又能發(fā)電，尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示，甲電極反應(yīng)式為：。乙烯催化氧化成乙醛可設(shè)計成如下圖所示的燃料電池，能在制備乙醛的同時獲得電能，其總反應(yīng)：2CH2=CH2O22CH3CHO。正極反應(yīng)式為：?！吧裰?號”宇宙飛船的能量部分來自太陽能電池，另外內(nèi)部還配有高效的MCPC型燃料電池，該電池可同時供應(yīng)電和水蒸氣，所用燃料為氫氣，電解質(zhì)為熔融的碳酸鉀，已知該電池的總反應(yīng)為2H2O2=2H2O，正極反應(yīng)式為_。大功率的鎳氫電池使用在油電混合動力車輛中。鎳氫電池(NiMH電池)正極板材料為NiOOH，負極板材料為吸氫合金，充電時陽極反應(yīng)為，放電時負極的電極反應(yīng)式為。鐵鎳蓄電池充放電時的總反應(yīng)：FeNi2O33H2OFe(OH)22Ni(OH)2，電池放電時，負極反應(yīng)式為，電池充電時，陽極反應(yīng)式為_。有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如下圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是。利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如下圖所示。該電池中O2可以在固體介質(zhì)NASICON(固溶體)內(nèi)自由移動，工作時負極發(fā)生的電極反應(yīng)式為。微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示，HS在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO的反應(yīng)式是。CO(NH2)2H2O6e=CO2N26H；通入氧氣的一極是正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)生的反應(yīng)是O24H4e=2H2O；正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O22CO24e=2CO；根據(jù)電池工作原理圖，該電池的環(huán)境是堿性環(huán)境，電池正極的電極反應(yīng)式：NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH，充電是電解池，發(fā)生的電極反應(yīng)式與原電池的電極反應(yīng)式是相反的，即陽極電極反應(yīng)式：Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O，負極電極反應(yīng)式：MHnnOHne=MnH2O；根據(jù)方程式可知正極為Ni2O3、負極為Fe，電池放電時，負極鐵失去電子轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鐵，電極反應(yīng)為Fe2OH2e=Fe(OH)2，電池充電時，陽極失去電子，根據(jù)方程式可知該是氫氧化鎳失去電子轉(zhuǎn)化為Ni2O3，即電極反應(yīng)式為2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O；該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液，電池中氫氣失去電子，在負極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N28H6e=2NH；該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負極，負極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為COO22e=CO2；酸性環(huán)境中反應(yīng)物為HS產(chǎn)物為SO，利用質(zhì)量守恒和電荷守恒進行配平，電極反應(yīng)式：HS4H2O8e=SO9H?！敬鸢浮縈nO2eLi=LiMnO2N2H44OH4e=N24H2OCO(NH2)2H2O6e=CO2N26HO24H4e=2H2OH2CO2e=CO2H2ONi(OH)2OHe=NiOOHH2O，MHnnOHne=MnH2OFe2OH2e=Fe(OH)2，2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2ON28H6e=2NHCOO22e=CO2HS4H2O8e=SO9H【考點演練】（1）鈷酸鋰電池的正極采用鈷酸鋰(LiCoO2)，負極采用金屬鋰和碳的復(fù)合材料，該電池充放電時的總反應(yīng)式：LiCoO26CLi1xCoO2LixC6，寫出放電時負極的電極反應(yīng)。(2)PbSO4熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源?；窘Y(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。負極反應(yīng)式為_。(3)氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿Α０毖跞剂想姵毓ぷ髟砣缦聢D所示。a電極的電極反應(yīng)式是_。(4)磷酸燃料電池是目前較為成熟的燃料電池之一，其基本組成及反應(yīng)原理如圖所示，該電池正極的電極反應(yīng)為_。(5)H3PO2也可用電滲析法制備?！八氖译姖B析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過),陽極的電極反應(yīng)式_。（6）研究證實，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，則生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在_極，該電極反應(yīng)式是_。（7）用一種陰、陽離子雙隔膜三室電解槽，可使廢水中NH在某一室富集，模擬裝置如圖所示，陰極的電極反應(yīng)式_。（8）)以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如下圖所示，在使用過程中石墨電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，則該電極的電極反應(yīng)式為。(9)近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池是采用鉑作電極,電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過。其工作原理的示意圖如下,Pt(a)電極是電池的極,電極反應(yīng)式為,Pt(b)電極發(fā)生(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),電極反應(yīng)式為,電池的總反應(yīng)式為。(10)下圖是利用微生物燃料電池處理工業(yè)含酚廢水的原理示意圖,電極a附近發(fā)生的反應(yīng)是。(11)下圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖 (a、b均為多孔性Pt電極)。b電極是(填“正”或“負”)極, a電極上的電極反應(yīng)式為。(12) 開發(fā)新能源是解決大氣污染的有效途徑之一。直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注。DMFC工作原理如下圖所示,通入a氣體的電極是原電池的極(填“正”或“負”),其電極反應(yīng)式為。(13) 以Al和NiO(OH)為電極,NaOH溶液為電解液組成一種新型電池,放電時NiO(OH)轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2,該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式是。 (14) 與MnO2-Zn電池類似,K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池,K2FeO4在電池中作為正極材料,其電極反應(yīng)式為,該電池總反應(yīng)的離子方程式為。 (15)Mg-H2O2電池可用于驅(qū)動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如下，H2O2在石墨電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為。答案與解析應(yīng)式是2NH36e6OH=N26H2O。（4）燃料電池中，正極上O2得電子，和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O24H4e=2H2O。(5)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由于OH的放電性大于SO，則在反應(yīng)中OH失去電子，電極反應(yīng)式為2H2O4e=4HO2。(6)根據(jù)題意，二氧化碳在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，CO2中C呈4價，CH3OH中C呈2價，結(jié)合反應(yīng)前后碳元素化合價變化，可知碳元素的化合價降低，得到電子，故該電極為陰極，電極反應(yīng)式為CO26H6e=CH3OHH2O。（7）陰極上H發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2e=H2。(8) 因為石墨電極上通入的O2得電子，故在石墨電極上NO2失電子，與遷移過來的N結(jié)合生成+5價N O32的氧化物N2O5，電極反應(yīng)式為NO2+NO32-e-=N2O5。(9)從示意圖中可以看出電極Pt(a)上CH3OH轉(zhuǎn)化為CO2,發(fā)生氧化反應(yīng),為負極,酸性介質(zhì)中電極反應(yīng)式為CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+;Pt(b)電極上O2得電子發(fā)生還原反應(yīng),為正極,電極反應(yīng)式為O2+4H+4e-=2H2O。（10）燃料電池是原電池,可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A正確;燃料電池中通入氧氣的一極發(fā)生還原反應(yīng),是正極,加燃料的一極發(fā)生氧化反應(yīng),是負極,電極b發(fā)生的反應(yīng)為4H+O2+4e-2H2O,氫離子被消耗,pH增大,C錯誤;電極a是苯酚被氧化生成CO2和H+,電極反應(yīng)式為C6H6O-28e-+11H2O6CO2+28H+。(11)二甲醚是燃料,所以a極是負極,b極是正極。a電極上發(fā)生氧化反應(yīng),由圖可知是酸性電池,由二甲醚燃燒化學(xué)方程式可知反應(yīng)轉(zhuǎn)移12個電子,產(chǎn)物為二氧化碳,由電荷守恒得出電極反應(yīng)式。(12)根據(jù)甲醇燃料電池的工作原理圖可知,電子由通入a氣體的電極流出,所以通入a氣體的電極是負極,甲醇在負極失電子生成CO2 ,則電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。(13)利用題中信息可知放電時NiO(OH)作正極,發(fā)生還原反應(yīng),則Al作負極,因電解質(zhì)溶液為NaOH,則放電時Al極發(fā)生氧化反應(yīng)生成NaAlO2,由此容易寫出電池總反應(yīng)式。(14)正極發(fā)生還原反應(yīng),K2FeO4被還原為Fe3+,由于是堿性環(huán)境,故生成Fe(OH)3,電極反應(yīng)式為Fe+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-;負極發(fā)生氧化反應(yīng),由于是堿性環(huán)境,Zn被氧化生成 Zn(OH)2,電極反應(yīng)式為Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。兩電極反應(yīng)式相加得2Fe+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-。(15) 石墨電極為正極，H2O2發(fā)生還原反應(yīng)生成OH-，電極反應(yīng)式為H2O2+2e-=2OH-?！敬鸢浮?(9) 負CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+還原O2+4H+4e-=2H2O 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O(10)C6H6O-28e-+11H2O6CO2+28H+(11) 正CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+(12) 負CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+(13) Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2(14) Fe+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH- 2Fe+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-(15) H2O2+2e-=2OH- 11 -