原电池电极反应式书写专项训练.docx

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原电池电极反应式书写专项训练

原电池电极反应式书写专项训练

一、瞄准高考：

一、选择题。

1.（2020·全国卷Ⅰ，12）科学家近年发明了一种新型Zn—CO2水介质电池。

电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。

下列说法错误的是（　　）

A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn（OH）42－

B．放电时，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2mol

C．充电时，电池总反应为2Zn（OH）42－===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O

D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高

2.（2020·课标全国Ⅲ，12）一种高性能的碱性硼化钒（VB2）空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：

VB2＋16OH－－11e－===VO

＋2B（OH）

＋4H2O该电池工作时，下列说法错误的是（　　）

A.负载通过0.04mol电子时，有0.224L（标准状况）O2参与反应

B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高

C.电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B（OH）

＋4VO

D.电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极

3.【2021湖北省普通高中选择性考试10】研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如下图所示．下列说法错误的是（）

A．加入

降低了正极反应的活化能

B．电池工作时正极区溶液的

降低

C．

被完全氧化时有

被还原

D．负极反应为

4.（2019·课标全国Ⅰ，12）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。

下列说法错误的是（　　）

A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋

C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

5.（2019·课标全国Ⅲ，13）为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D−Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。

电池反应为Zn（s）+2NiOOH（s）+H2O（l）

ZnO（s）+2Ni（OH）2（s）。

A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高

B.充电时阳极反应为Ni（OH）2（s）+OH−（aq）−e−

NiOOH（s）+H2O（l）

C.放电时负极反应为Zn（s）+2OH−（aq）−2e−

ZnO（s）+H2O（l）

D.放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区

6．[2018新课标Ⅱ]我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池。

将NaClO溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：

3CO2+4Na

2Na2CO3+C。

下列说法错误的是（）

A．放电时，ClO4－向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C．放电时，正极反应为：

3CO2+4e−＝2CO32－+C

D．充电时，正极反应为：

Na++e−＝Na

二、填空题。

7.（2020年全国Ⅰ卷节选）为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。

回答下列问题：

（2）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。

盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率（u∞）应尽可能地相近。

根据下表数据，盐桥中应选择_______作为电解质。

阳离子

u∞×108/（m2·s－1·V－1）

阴离子

u∞×108/（m2·s－1·V－1）

Li＋

4.07

HCO3-

4.61

Na＋

5.19

NO3-

7.40

Ca2＋

6.59

Cl－

7.91

K＋

7.62

SO42-

8.27

（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。

可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。

（4）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2＋）增加了0.02mol·L－1。

石墨电极上未见Fe析出。

可知，石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝________。

（5）根据（3）、（4）实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_______________________，

铁电极的电极反应式为________________。

因此，验证了Fe2＋氧化性小于________，还原性小于________。

8.（2019·课标全国Ⅱ，27）（4）环戊二烯可用于制备二茂铁（Fe（C5H5）2结构简式为

），后者广泛应用于航天、化工等领域中。

二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。

该电解池的阳极为____________，总反应为__________________。

电解制备需要在无水条件下进行，原因为_________________________。

9.（2019·课标全国Ⅲ，28）（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：

负极区发生的反应有____________________（写反应方程式）。

电路中转移1mol电子，需消耗氧气__________L（标准状况）

10.[2018·课标全国Ⅰ,27（3）]制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。

阳极的电极反应式为_____________。

电解后，__________室的NaHSO3浓度增加。

将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

二、模型建立

1．原电池工作原理示意图（以铜锌原电池为例）

2.可充电电池模型：

3.电极反应式书写步骤：

第一步：

确定化合价改变的元素，找出反应物和生成物。

*特殊：

+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在；在碱性环境中以CO32-形式存在

判断溶液酸碱性的方法：

①看溶液的性质，如pH值，指明溶液的酸碱性；②看溶液中存在的物质，如H2SO4、CH3COOH等酸存在时显酸性；氨水、NiO（OH）、Ni（OH）2存在时可看成碱性溶液。

第二步：

根据电子得失守恒配平所列物质。

第三步：

根据电荷守恒配平所列物质。

当电荷不相等时，酸性环境补充H+，碱性环境补充OH-。

第四步：

根据原子守恒配平方程式（一般通过氢元素守恒配平H2O，有机物通过氧元素守恒配平H2O）

注意:

①电极反应本质上属于离子反应，因此要注意化合物是否拆分成离子，对于附着在电极上的金属氧物，过渡金属盐等物质通常不拆写。

②对于只书写单个极反应时,计量数一般用最简整数比，而对于同时成对写正负极时，两个电极反应常以得失电子相等来配平计量数,答题时“±ne- ”规定写在电极方程式的左边，但在试题中也常有写在右边的情况。

③在水溶液中可以补充或生成水而在非水溶剂或高温下,就不能补充水为反应物。

在高温下,O2-可以在固体电解质中迁移。

三、难点突破

1.形形色色的化学电池

一次电池：

只能使用一次，不能充电复原继续使用

（1）碱性锌锰干电池

总反应：

Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）

负极反应：

正极反应：

（2）纽扣式锌银电池（银锌碱性电池）

总反应：

负极反应：

正极反应：

（3）锂电池

总反应：

8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S

负极反应：

正极反应：

二次电池：

放电后能充电复原继续使用

（4）铅蓄电池总反应：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）2PbSO4（s）＋2H2O（l）

放电时——原电池

负极反应：

正极反应：

充电时——电解池

阳极反应：

阴极反应：

（5）高铁池总反应：

2K2FeO4+3Zn+8H2O2Fe（OH）3+3Zn（OH）2+4KOH

放电时——原电池

负极反应：

正极反应：

充电时——电解池

阳极反应：

阴极反应：

2.燃料电池

（6）甲醇燃料电池

a.碱性电解质（铂为两极，电解液为KOH溶液）

负极反应：

正极反应：

总反应：

b.酸性电解质（铂为两极，电解液为H2SO4溶液）

负极反应：

正极反应：

总反应：

（7）CO燃料电池（总反应方程式均为2CO＋O2===2CO2）

a.熔融盐（铂为两极，Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质）

负极反应：

正极反应：

b.酸性电解质（铂为两极，电解液为H2SO4溶液）

负极反应：

正极反应：

课后练习：

1.水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如下图。

该电池以粉末多孔锌电极（锌粉、活性炭、粘结剂等）为负极，V2O5为正极，三氯甲磺酸锌为电解液。

下列叙述错误的是（）

A.放电时，Zn2+向V2O5电极移动

B.充电时，阳极区电解液的浓度变大

C.充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应

D.放电时，V2O5电极上的电极反应式为：

V2O5+xZn2++2xe-==ZnxV2O5

2.某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。

TiO2光电极能使电池在太阳光照射下充电，充电时Na2S4被还原为Na2S。

下列说法正确的是（）

A.充电时，太阳能转化为电能，又转化为化学能

B.放电时，a电极的电极反应式为：

4S2-－6e－==S42-

C.充电时，阳极的电极反应式为：

3I-－2e－==I3-

3.用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如下图所示。

下列叙述不正确的是（）

A.膜a、膜c分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜

B.阳极室、阴极室的产品分别是氢氧化钠、硝酸

C.阳极的电极反应式为2H2O－4e－==4H++O2↑

D.该装置工作时，电路中每转移0.2mol电子，两极共生成气体3.36L（标况下）

4.氮的化合物可以通过电化学转化，如图为NO转化为NO2的工作原理示意图：

负极：

____________________________正极：

_____________________________

5.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示：

负极：

____________________________正极：

______________________________

6.中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。

甲醇燃料电池的工作原理如图所示：

（1）该电池工作时，b口通入的物质为____________,c口通入的物质为__________。

（2）该电池负极的电极反应式为__________。

7.据报道，以硼氢化合物NaBH4（B元素的化合价为+3价）和H2O2作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如图所示。

电极a反应式为___________________电极b反应式为___________________

8.可利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2O72-催化还原，其工作原理如图所示：

在该电池中，b作______极，a极的电极反应为__________；

9、

（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电池工作原理如上图所示。

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:

。

答案

高考真题：

1.答案：

D

解析：

由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn（OH）42－

，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1molCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2mol，B项正确；由装置示意图可知充电时正极（阳极）产生O2，负极（阴极）产生Zn，C项正确；充电时正极（阳极）上发生反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。

2.答案　B

解析　由题给信息知VB2电极上发生失电子的氧化反应，则VB2电极为负极，复合碳电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－，则电路中通过0.04mole－时，正极有0.01molO2参加反应，其在标准状况下的体积为0.224L，A项正确；由正、负极的电极反应式可知，该电池工作时，负极区溶液的pH降低，正极区溶液的pH升高，B项错误；电池的总反应方程式为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B（OH）

＋4VO

，C项正确；电流与电子的流动方向相反，电流从正极出发，沿负载流向负极，再经过溶液最终回到正极，D项正确。

3.【答案】B

【解析】由图看HNO3是该反应的催化剂，故A正确。

pH变化，正升负降，故B错。

C正确。

D正确。

4.答案　B

解析　由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。

该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧（负极区）向右侧（正极区）迁移，D项正确。

5.【答案】D

【详解】A、三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；B、充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni（OH）2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni（OH）2（s）＋OH－（aq）－e－＝NiOOH（s）＋H2O（l），B正确；C、放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn（s）＋2OH－（aq）－2e－＝ZnO（s）＋H2O（l），C正确；

D、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH－通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。

6.【答案】D

【解析】原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，充电可以看作是放电的逆反应，据此解答。

A．放电时是原电池，阴离子ClO4－向负极移动，A正确；B．电池的总反应为3CO2+4Na

2Na2CO3+C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；C．放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：

3CO2+4e−＝2CO32－+C，C正确；D．充电时是电解，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO32－+C－4e−＝3CO2，D错误。

答案选D。

7.答案：

（2）KCl　（3）石墨　（4）0.09mol·L－1

（5）Fe3＋＋e－===Fe2＋　Fe－2e－===Fe2＋　Fe3＋　Fe　

解析：

（2）盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生反应，两烧杯溶液中含有Fe2＋、Fe3＋和SO42-，Ca2＋与SO42-生成微溶于水的CaSO4，Fe2＋、Fe3＋均与HCO3-反应，酸性条件下NO3-与Fe2＋发生反应，故盐桥中不能含有Ca2＋、HCO3-和NO3-。

盐桥中阴、阳离子的电迁移率（u∞）尽可能相近，分析表中阳离子和阴离子的电迁移率（u∞）数据，K＋和Cl－的电迁移率（u∞）相差较小，故盐桥中应选择KCl作为电解质。

（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极是负极，石墨电极是正极，盐桥中阳离子向正极移动，故阳离子进入石墨电极溶液中。

（4）假设两个烧杯中溶液体积均为VL，铁电极反应式为Fe－2e－==Fe2＋，一段时间后，铁电极溶液中c（Fe2＋）增加0.02mol·L－1，则电路中通过电子为0.02mol·L－1×VL×2＝0.04Vmol。

石墨电极上未见Fe析出，则石墨电极反应式为Fe3＋＋e－==Fe2＋，据得失电子守恒可知，石墨电极生成Fe2＋为0.04Vmol，故石墨电极溶液中c（Fe2＋）＝（0.05mol·L－1×VL＋0.04Vmol）/VL＝0.09mol·L－1。

（5）由（4）分析可知，石墨电极反应式为Fe3＋＋e－==Fe2＋，据此得出Fe2＋的氧化性小于Fe3＋；铁电极反应式为Fe－2e－==Fe2＋，据此得出Fe2＋的还原性小于Fe。

8.答案：

Fe电极；Fe+2

=

+H2↑（Fe+2C5H6=Fe（C2H5）2+H2↑）；水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH-，进一步与Fe2+反应生成Fe（OH）2。

【解析】根据阳极升失氧可知Fe为阳极；根据题干信息Fe-2e-=Fe2+，电解液中钠离子起到催化剂的作用使得环戊二烯得电子生成氢气，同时与亚铁离子结合生成二茂铁，故电极反应式为Fe+2

=

+H2↑；电解必须在无水条件下进行，因为中间产物Na会与水反应生成氢氧化钠和氢气，亚铁离子会和氢氧根离子结合生成沉淀。

9.【解析】电解过程中，负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：

Fe3++e－＝Fe2+和4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O；电路中转移1mol电子，根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol÷4＝0.25mol，在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。

10.【解析】阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O－4e－＝4H＋+O2↑。

阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。

阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，

课后练习：

（1）碱性锌锰干电池

负极：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2正极：

2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－

（2）纽扣式锌银电池

总反应：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag

负极：

Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2正极：

Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

（3）锂电池

负极：

8Li－8e－===8Li＋正极：

3SOCl2＋8e－===2S＋SO32-＋6Cl－

（4）铅蓄电池

负极：

Pb（s）＋SO42-（aq）－2e－===PbSO4（s）

正极：

PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO42-（aq）＋2e－===PbSO4（s）＋2H2O（l）

阳极：

PbSO4（s）＋2H2O（l）－2e－===PbO2（s）＋4H＋（aq）＋SO42-（aq）

阴极：

PbSO4（s）＋2e－===Pb（s）＋SO42-（aq）

（5）高铁电池

负极：

3Zn-6e-+6OH-=3Zn（OH）2正极：

2FeO42-+6e-+8H2O=2Fe（OH）3+10OH-

阳极：

2Fe（OH）3-6e-+10OH-=2FeO42-+8H2O阴极：

3Zn（OH）2+6e-=3Zn+6OH-

（6）甲醇燃料电池

a.碱性电解质

负极：

2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO32-＋12H2O

正极：

3O2＋12e－＋6H2O===12OH－

总反应：

2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O

b.酸性电解质

负极：

2CH3OH－12e－＋2H2O===12H＋＋2CO2

正极：

3O2＋12e－＋12H＋===6H2O

总反应：

2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O

（7）CO燃料电池

a.熔融盐

正极：

O2＋4e－＋2CO2===2CO32-负极：

2CO＋2CO32-－4e－===4CO2

b.酸性电解质

正极：

O2＋4e－＋4H＋===2H2O负极：

2CO－4e－＋2H2O===2CO2＋4H＋

课后练习：

1.B2.D3.B

4.负极：

NO-2e-+O2－=NO2正极：

O2+4e-=2O2－

5.负极：

C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+正极：

O2+4e-+4H+═2H2O

6.

（1）CH3OH；O2；

（2）CH3OH+H2O-6e－=CO2+6H+

7.BH4-+8OH--8e-=BO2-+6H2O；H2O2+2e-=2OH-

8.正CH3COOH−8e−+2H2O=2CO2↑+8H+

b极上Cr2O72−被还原，应为正极反应，则a为负极，乙酸被氧化生成二氧化碳，电极方程式9.

（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