高考化学复习易错题归类解析与练习10电极反应式书写.docx

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高考化学复习易错题归类解析与练习10电极反应式书写

高考化学复习易错题归类解析与练习

专题10电极反应式书写

【易错分析】

1.从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。

而两个电极相加即得总的反应方程式。

所以对于一个陌生的原电池，只要知道总的反应方程式和其中的一个电极反应式，就可写出另一个电极反应式。

在同一个原电池中，负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数，所以在书写电极反应式时，要注意电荷守恒。

这样可避免在有关计算时产生错误或误差，也可避免由电极反应式写总反应方程式或由总方程式改写电极反应式时所带来的失误。

如果是在碱性溶液中，则不可能有H+出现，同样在酸性溶液中，也不能出现OH－。

由于CH4、CH3OH等燃料电池在碱性溶液中，碳元素是以CO32－离子形式存在的，故不是放出CO2。

2.分析电解池问题的一般程序为：

找电源（或现象）→判两极→写电极反应式→得总反应式。

①连电源正极的为阳极，阳极上发生氧化反应；连电源负极的为阴极，阴极上发生还原反应，两电极反应式之和即为电池总反应式。

②电极材料：

惰性电极指Pt、Au、石墨；活性电极指除Pt、Au、石墨外的金属材料。

【错题纠正】

例题1、

（1）与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为______________。

（2）尿素[CO（NH2）2]在高温条件下与NO反应转化成三种无毒气体，该反应的化学方程式为。

可将该反应设计成碱性燃料电池除去烟气中的氮氧化物，该燃料电池负极的电极反应式是，正极的电极反应式是。

【解析】

（1）K2FeO4-Zn组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，Fe

中+6价铁元素被还原为Fe（OH）3中+3价铁元素，其电极反应式为Fe

+3e-+4H2OFe（OH）3↓+5OH-。

（2）由反应物的组成元素，可判断生成的三种无毒气体是N2、CO2、H2O，化学方程式为2CO（NH2）2+6NO

5N2+2CO2+4H2O。

该反应设计成碱性燃料电池时，负极

失电子，负极反应为CO（NH2）2-6e-+8OH-=C

+N2↑+6H2O，正极NO得电子，正极反应为2NO+4e-+2H2O=N2+4OH-。

【答案】

（1）Fe

+3e-+4H2OFe（OH）3↓+5OH-

（2）2CO（NH2）2+6NO

5N2+2CO2+4H2O；CO（NH2）2-6e-+8OH-=C

+N2↑+6H2O，2NO+4e-+2H2O=N2+4OH-

例题2、

（1）氨气是合成众多含氮物质的原料，利用H2-N2-生物燃料电池，科学家以固氮酶为正极催化剂、氢化酶为负极催化剂，X交换膜为隔膜，在室温条件下合成NH3的同时还获得电能。

其工作原理图如下，则X膜为交换膜，正极的电极反应式为。

（2）O2辅助的Al—CO2电池工作原理如图所示。

该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2（C2O4）3是重要的化工原料。

电池的负极反应式:

，电池的正极反应式:

，反应过程中O2的作用是，该电池的总反应式:

。

【解析】

（1）由图知，正极上N2转化为NH3时需要结合氢离子，故负极上生成的H+应移向正极，X膜为质子交换膜或阳离子交换膜，N2在正极上得到电子后转化为NH3。

（2）该电池中Al作负极，电解质为含AlCl3的离子液体，故负极反应式为Al-3e-=Al3+，正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO2+6e-=3C2

，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂，将负极反应式2Al-6e-=Al3+和正极反应式6CO2+6e-=3C2

相加，可得该电池的总反应式为2Al+6CO2=Al2（C2O4）3。

【答案】

（1）质子（或阳离子）；N2+6e-+6H+=2NH3

（2）Al-3e-=Al3+；6CO2+6e-=3C2

；催化剂；2Al+6CO2=Al2（C2O4）3

【知识清单】

1.电极反应式和总反应式的书写规则

（1）电极反应式的书写规则：

原电池放电时的正、负极（或电解池电解时的阴、阳极）的电极反应式中各微粒的化学式均严格按照离子方程式的书写规则进行书写（即除了易溶且易电离的物质才可拆成离子形式，其它物质一律只写成化学式）。

电极反应式不仅写出被氧化和被还原的物质及其产物外，还须包括该极区周围电解质溶液中参加了离子反应的微粒在内（注意：

由于盐类的水解程度一般很小，因此可不考虑某些离子的水解反应）。

原电池放电时的正、负极（或电解池电解时的阴、阳极）的电极反应式都应满足氧化还原反应的电子得失守衡。

（2）总反应式的书写规则：

将原电池放电时的正、负两极（或电解时的阴、阳两极）的电极反应式相加所得的和即为总反应式（这里系指狭义的总反应式）。

电解质溶液中来自两极的电极反应所分别产生的离子，在溶液中相向迁移，相遇并相互发生的离子反应，可单独书写离子方程式，当然也可写入总反应式而得到广义的总反应式（由于这些离子反应的化学计量数关系和电极反应式是一致的）。

以上所得的总反应式一般为离子方程式，也可改写成对应的化学方程式。

2.原电池中电极反应式的书写

（1）先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。

（2）注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。

若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式，如Al－Cu－NaHCO3溶液构成的原电池中，因Al失去电子生成的Al3+能与HCO3－反应：

Al3++3HCO3－=Al（OH）3↓+3CO2↑，故铝件（负极）上发生的反应为：

Al－3e－+3HCO3－=Al（OH）3↓+3CO2↑，而不是仅仅写为：

Al－3e－=Al3+。

（3）在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。

若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，电极反应式中不能出现H+，且水必须写入正极反应式中，与O2结合生成OH-，若电解质溶液为酸性，电极反应式中不能出现OH－，且H+必须写入正极反应式中，与O2结合生成水，若为熔融化合物，则不可能出现OH－或H+。

（4）正负极反应式相加（电子守恒）得到电池反应的总反应式。

若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。

3.电解池中电极反应式的书写

（1）首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。

（2）如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写电极反应式。

阳极（惰性电极）发生氧化反应，阴离子失去电子被氧化的顺序为：

S2-＞SO32-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞水电离的OH-＞含氧酸根离子＞F-。

阴极发生还原反应，阳离子得到电子被还原的顺序为：

Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞（酸电离出的H+）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞（水电离出的H+）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。

（注：

在水溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原，这些活泼金属的冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得）。

4.可充电电池电极反应式的书写

（1）可充电电池是联系原电池与电解池的桥梁，它也是电化学知识的重要知识点。

放电为原电池反应，充电为电解池反应。

原电池的负极反应与电解池的阴极反应，原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应。

（2）对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

（3）可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时电池的“＋”极与外接直流电源的正极相连，电池的“－”极与外接直流电源的负极相连。

【变式练习】

1.

（1）利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。

LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。

利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。

B极区电解液为________溶液（填化学式），阳极电极反应式为_________________，

电解过程中Li＋向________电极迁移（填“A”或“B”）。

（2）用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示（电极材料为石墨）。

图中a极要连接电源的________（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是________，SO

放电的电极反应式为______________，电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因：

_______________。

2.

（1）化工生产的副产氢也是氢气的来源。

电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：

Fe＋2H2O＋2OH－

FeO

＋3H2↑，工作原理如图1所示。

装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO

，镍电极有气泡产生。

若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。

已知：

Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

①电解一段时间后，c（OH－）降低的区域在________（填“阴极室”或“阳极室”）。

②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为______________________。

③c（Na2FeO4）随初始c（NaOH）的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c（Na2FeO4）低于最高值的原因：

_______。

（2）研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在________极，该电极反应式是______________________。

【易错通关】

1．叶蜡石是一种重要的化工原料，化学式为X2[Y4Z10]（ZW）2，短周期元素W、Z、X、Y的原子序数依次增大，Y的最外层电子数为次外层的一半，X为地壳中含量最多的金属元素，X的离子与ZW－含有相同的电子数。

下列说法不正确的是

A．原子半径：

X>Y>Z>WB．最简单氢化物的沸点：

Y>Z

C．Y的氧化物可作光导纤维的材料D．常温常压下，Z和W形成的常见化合物均为液体

（1）铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。

将含有Cr2O72－的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O72－转化为Cr3+，其电极反应式为。

（2）下图为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图（a、b均为多孔性Pt电极）。

b电极是（填“正”或“负”）极，a电极上的电极反应式为。

（3）开发新能源是解决大气污染的有效途径之一。

直接甲醇燃料电池（简称DMFC）由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。

DMFC工作原理如下图所示，通入a气体的电极是原电池的极（填“正”或“负”），其电极反应式为。

（4）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，该电池反应的化学方程式是。

（5）与MnO2-Zn电池类似，K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为。

（6）Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。

该电池以海水为电解质溶液，示意图如下，H2O2在石墨电极上发生的电极反应式为。

（7）铝电池性能优越，Al-AgO电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示。

该电池反应的化学方程式为。

（8）以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，则该电极的电极反应式为。

（9）近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。

其工作原理的示意图如下，Pt（a）电极是电池的极，电极反应式为，Pt（b）电极发生（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式为，电池的总反应式为。

（10）下图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图，电极a附近发生的反应是。

2．

（1）电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸（H2C2O3），装置如下图所示，写出复合膜电极的电极反应式:

。

（2）解NO制备NH4NO3，其工作原理如下图所示。

为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质有A，A是，说明理由:

。

（3）电解制备Al（OH）3时，电极分别为Al片和石墨，电解总反应式为。

一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl4—和Al2Cl72—两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为。

（4）电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如图，电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极，A极为________，电极反应式为________，B极为________，电极反应式为_______________。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。

电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：

Fe＋2H2O＋2OH－

FeO42—＋3H2↑，工作原理如图1所示。

装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO42—，镍电极有气泡产生。

若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。

已知：

Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

电解一段时间后，c（OH－）降低的区域在________（填“阴极室”或“阳极室”），电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是__________________________。

（6）次磷酸（H3PO2）是一种精细磷化工产品，具有较强还原性，H3PO2也可用电渗析法制备。

“四室电渗析法”工作原理如下图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

写出阳极的电极反应式：

_________________________________________，分析产品室可得到H3PO2的原因：

______________________________________。

（7）利用下图所示装置电解制备NCl3（氯的化合价为＋1价），其原理是NH4Cl＋2HCl

NCl3＋3H2↑，b接电源的（填“正”或“负”）极，阳极反应式是。

（8）用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示（电极材料为石墨）。

图中a极要连接电源的（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是，SO32—放电的电极反应式为，电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因。

（9）电化学沉解法可用于治理水中硝酸盐的污染。

电化学降解NO3—的原理如图，电源正极为（填“A”或“B”），阴极反应式为。

（10）电解法也可以利用KHCO3使K2CO3溶液再生。

其原理如下图所示，KHCO3应进入（填“阴极”或“阳极”）室。

结合方程式简述再生K2CO3的原理是。

参考答案

【变式练习】

1.

（1）LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B

（2）负　硫酸SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋H2O

H＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c（H＋）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强

【解析】

（1）B极区生成H2，同时会生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，在阳极区LiCl溶液中Cl－放电，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；在电解过程中Li＋（阳离子）向B电极（阴极区）迁移。

（2）根据Na＋、SO

的移向判断阴、阳极。

Na＋移向阴极区，a极应接电源负极，b极应接电源正极，其电极反应式分别为，阳极：

SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋，阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c（H＋）减小，c（OH－）增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。

2.

（1）①阳极室　②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低③M点：

c（OH－）低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢[或N点：

c（OH－）过高，铁电极上有Fe（OH）3（或Fe2O3）生成，使Na2FeO4产率降低]

（2）阴　CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O

【解析】

（1）①根据题意，镍电极有气泡产生是H＋失电子生成H2，发生还原反应，则铁电极上OH－发生氧化反应，溶液中的OH－减少，因此电解一段时间后，c（OH－）降低的区域在阳极室。

②H2具有还原性，根据题意：

Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。

因此，电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低。

③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点：

c（OH－）低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；在N点：

c（OH－）过高，铁电极上有Fe（OH）3生成，使Na2FeO4产率降低。

（2）根据题意，二氧化碳在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，CO2中C呈＋4价，CH3OH中C呈－2价，结合反应前后碳元素化合价变化，可知碳元素的化合价降低，得到电子，故该电极为阴极，电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。

【易错通关】

1．B【解析】叶蜡石化学式为X2[Y4Z10]（ZW）2，短周期元素W、Z、X、Y的原子序数依次增大，X为地壳中含1.

（1）Cr2O72－+6e-+14H+=2Cr3++7H2O

（2）正CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+

（3）负CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+

（4）Al+3NiO（OH）+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni（OH）2

（5）FeO42—+3e-+4H2O=Fe（OH）3↓+5OH-2FeO42—+3Zn+8H2O=2Fe（OH）3+3Zn（OH）2+4OH-

（6）H2O2+2e-=2OH-

（7）2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O

（8）NO2+NO32－-e-=N2O5

（9）负CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+还原O2+4H++4e-=2H2O2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O

（10）C6H6O-28e-+11H2O

6CO2↑+28H+

【解析】

（1）在正极上Cr2O72－得电子生成Cr3+的同时与H+反应生成H2O，电极反应式为Cr2O72－+6e-+14H+=2Cr3++7H2O。

（2）二甲醚是燃料，所以a极是负极，b极是正极。

a电极上发生氧化反应，由图可知是酸性电池，由二甲醚燃烧化学方程式可知反应转移12个电子，产物为二氧化碳，由电荷守恒得出电极反应式。

（3）根据甲醇燃料电池的工作原理图可知，电子由通入a气体的电极流出，所以通入a气体的电极是负极，甲醇在负极失电子生成CO2，则电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+。

（4）利用题中信息可知放电时NiO（OH）作正极，发生还原反应，则Al作负极，因电解质溶液为NaOH，则放电时Al极发生氧化反应生成NaAlO2，由此容易写出电池总反应式。

（5）正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3+，由于是碱性环境，故生成Fe（OH）3，电极反应式为FeO42—+3e-+4H2O=Fe（OH）3↓+5OH-;负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn（OH）2，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=Zn（OH）2。

两电极反应式相加得

2FeO42—+3Zn+8H2O=2Fe（OH）3+3Zn（OH）2+4OH-。

（6）石墨电极为正极，H2O2发生还原反应生成OH-，电极反应式为H2O2+2e-=2OH-。

（7）铝作负极，失电子被氧化，在碱性溶液中生成NaAlO2，AgO作正极，得电子被还原为Ag，电解质溶液为NaOH溶液，所以其电池反应式为

2Al+3AgO+2NaOH=2NaAlO2+3Ag+H2O。

（8）因为石墨电极Ⅱ上通入的O2得电子，故在石墨电极Ⅰ上NO2失电子，与迁移过来的N结合生成+5价NO32－的氧化物N2O5，电极反应式为NO2+NO32－-e-=N2O5。

（9）从示意图中可以看出电极Pt（a）上CH3OH转化为CO2，发生氧化反应，为负极，酸性介质中电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+;Pt（b）电极上O2得电子发生还原反应，为正极，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O。

（10）燃料电池是原电池，可将化学能转化为电能，A正确;燃料电池中通入氧气的一极发生还原反应，是正极，加燃料的一极发生氧化反应，是负极，电极b发生的反应为4H++O2+4e-=2H2O，氢离子被消耗，pH增大，C错误;电极a是苯酚被氧化生成CO2和H+，电极反应式为C6H6O-28e-+11H2O

6CO2↑+28H+。

2.

（1）H2C2O4+2e-+2H+=H2C2O3+H2O

（2）NH3根据反应8NO+7H2O

3NH4NO3+2HNO3，电解产生的HNO3多

（3）2Al+6H2O

2Al（OH）3+3H2↑Al-3e-+7AlCl4—=4Al2Cl7—

（4）阳极CO（NH2）2＋8OH－－6e－=N2↑＋CO32—＋6H2O阴极6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－

（5）阳极室防止Na2FeO4与H2反应使产率降低

（6）2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2—穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2

（7）负3Cl－－6e－＋NH4+=NCl3＋4H＋

（8）负硫酸SO32—－2e－＋H2O=SO42—＋2H＋H2O

H＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c（H＋）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强

（9）A2NO3—＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O

（10）阴极水电离出H＋在阴极得电子生成H2，使水的平衡正移，产生的OH－和HCO3—反应生成CO32—，使得K2CO3再生

【解析】

（1）因为电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸（H2C2O3），所以复合膜电极的电极反应是还原反应。

（2）根据工作原理装置图，可以确定阳极为NO失去电子转变为NO3—，阴极为NO得到电子转变为NH4+，书写电极反应式为；阳极NO-3e-+2H2O=NO3—+4H+，阴极NO+5e-+6H+=NH4++H2O，然后根据得失电子守恒，硝酸根离子物质的量比铵根离子物质的量多，所以需要向溶液中加入的物质为NH3。

（3）Al在阳极放电，溶液中的H+在阴极放电，破坏了水的电离平衡，溶液中的OH-浓度增大，与产生的Al3+结合生成Al（OH）3，总反应式为2Al+6H2O

2Al（OH）3+3H2↑。

根据题意，充电和放电时AlCl4—和Al2Cl7—两种离子在Al电极上相互转化，放电时负极Al失去电子变为Al3+，与溶液中的AlCl4—结合产生Al2Cl7—，电极反应式为Al-3e-+7AlAlCl4—=4Al2Cl7—。

（4）H2产生是因为H2O电离的H＋在阴极上得电子，即6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO（NH2）2－6e－＋8OH－===N2↑＋CO32—＋6H2O，阳极反应式容