高中化学复习知识点电解池电极反应式及化学方程式的书写与判断.docx

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高中化学复习知识点电解池电极反应式及化学方程式的书写与判断

高中化学复习知识点：

电解池电极反应式及化学方程式的书写与判断

一、单选题

1．下列离子方程式书写正确的是（）

A．酸性碘化钾溶液中滴加适量双氧水：

2I-+2H++H2O2=I2+2H2

B．用高锰酸钾标准溶液滴定草酸：

2MnO4-+16H++5C2O42-=2Mn2++10CO2↑+8H2O

C．向苯酚钠溶液中通入少量CO2，溶液变浑浊：

2

+CO2+H2O=2

+CO32-

D．铅蓄电池充电时阴极反应式：

PbSO4−2e-+2H2O=PbO2+SO42-+4H+

2．我国在太阳能光电催化-化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。

下列说法正确的是（已知质子交换膜只允许H+通过）（）

A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能

B．该装置工作时，H+由b极区流向a极区

C．a极上发生的电极反应为Fe3++e-=Fe2+

D．a极区需不断补充含Fe3+和Fe2+的溶液

3．我国科学家设计的二氧化碳的熔盐捕获及电化学转化装置如图所示。

下列说法正确的是（）

A．a极是电化学装置的阴极

B．d极的电极反应式为CO32--4e-=C+3O2-

C．①中，捕获CO2时碳元素的化合价发生了变化

D．上述装置中反应的化学方程式为CO2

C+O2↑

4．亚磷酸钠（Na2HPO3）溶液电渗析法制备H3PO3（亚磷酸）的原理如图所示，下列有关说法不正确的是

CM：

阳离子交换膜，只允许阳离子透过

AM：

阴离子交换膜，只允许阴离子透过

A．膜①、②、③均为CM

B．阴极的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑

C．阳极的电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑

D．在原料室与产品室间设计缓冲室的主要目的是提高产品的纯度

5．研究表明许多疾病，包括基因突变（癌变、动脉硬化等）和生物机体中毒等，可能是一氧化氮的释放或调节不正常引起的。

用间接电化学法可对NO进行无害化处理，其原理如图所示（质子膜允许H＋和H2O通过），下列相关判断不正确的是（　　）

A．电极Ⅰ接电源负极，电极反应式为2HSO3-＋2H＋＋2e－==S2O42-＋2H2O

B．质子从电极Ⅱ通过质子膜向电极Ⅰ作定向移动

C．吸收塔中的反应为2NO＋2S2O42-＋2H2O==N2＋4HSO3-

D．每处理2molNO，电解池质量减少32g

6．电解法转化CO2实现CO2资源化利用。

电解CO2制甲酸盐的装置如图所示。

下列说法中正确的是（）

A．b是电源正极

B．K+由乙池向甲池迁移

C．甲池中KHCO3溶液浓度增大，乙池中KHCO3溶液浓度降低

D．乙池电极反应式为：

CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-

7．电解法利用CO2制备甲酸盐可实现CO2资源化利用，其装置如图所示：

下列说法错误的是

A．a极为正极，K+由左向右通过交换膜

B．乙池中的反应为CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-

C．电解过程中，Pt电极产生的气体可以用作燃料电池的负极反应

D．两池的溶液KHCO3浓度均降低

8．常温常压下电解法合成氨的原理如图所示。

下列说法中错误的是（）

A．M为外接电源的正极

B．右室电极反应式为N2+6H++6e-=2NH3

C．理论上左、右室产生的气体同温同压下体积比为3︰4

D．该合成氨反应是化合反应、放热反应

9．在乏燃料后处理流程中，四价铀作为铀钚分离的还原剂己广泛使用。

在UO2（NO3）-2HNO3-N2H4。

HNO3体系下采用电解法制备四价铀，电解总反应为2UO22++N2H5++3H+

2U4++N2↑+4H2O，电解装置如图所示。

下列说法正确的是

A．若转移4mole-，将有4molH+透过质子交换膜

B．b极的电极反应式为UO22+＋2H2O＋2e－=U4＋＋4OH－

C．电解液中NO3-的移动方向：

a→质子交换膜→b

D．当产生11.2mLN2时，同时生成U4+的质量为0.2389

10．2019年诺贝尔化学奖颁给了约翰·班尼斯特·古迪纳夫、迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆和吉野彰，以表彰他们对锂离子电池研发的贡献。

目前最安全的锂离子电池是LiFePO4电池，结构如图所示，电池中间是聚合物的隔膜，只允许Li+通过。

原理如下：

（1-x）LiFePO4+xFePO4+LixCn

LiFePO4+nC。

下列说法不正确的是（）

A．放电时，B电极发生氧化反应

B．放电时，导线转移1mol电子，B电极室质量减少7xg

C．充电时，A极电极反应式：

xLiFePO4-xe-=xFePO4+xLi+

D．充电时，Li+从A电极室向B电极室移动

二、综合题

11．碳及其化合物广泛存在于自然界。

随着科技的进步，利用化学反应原理将含碳物质进行合理转化，已成为资源利用、环境保护等社会关注问题的焦点。

如CO2是人类工业生产排放的主要的温室气体，利用CO2制造更高价值化学品是目前的研究热点。

（1）①利用CH4和CO2这两种温室气体可以生产水煤气。

已知：

CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（g）△H=

890.3kJ·mol－1

CO（g）＋H2O（g）＝CO2（g）＋H2（g）△H=+2.8kJ·mol－1

2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g）△H=

566.0kJ·mol－1

反应CO2（g）＋CH4（g）

2CO（g）＋2H2（g）的△H=____kJ·mol－1

②250℃时，以镍合金为催化剂，向4L恒容容器中通入6molCO2、6molCH4，发生如下反应：

CO2（g）＋CH4（g）

2CO（g）＋2H2（g）。

平衡体系中各组分体积分数如下表：

物质

CH4

CO2

CO

H2

体积分数

0.1

0.1

0.4

0.4

此温度下该反应的平衡常数K=_______。

（2）利用CO2催化加氢可以合成乙醇，反应原理为：

2CO2（g）+6H2（g）

C2H5OH（g）+3H2O（g）∆H<0,设m为起始时的投料比，即m=n（H2）/n（CO2）。

①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为____。

②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为____。

（3）高温电解技术能高效实现下列反应：

CO2+H2O

CO+H2+O2，其可将释放的CO2转化为具有工业利用价值的产品。

工作原理示意图如下：

电极a的电极反应式____。

（4）工业生产烟气中的CO2捕获技术之一是氨水溶液吸收技术，将烟气冷却至15.5℃～26.5℃后用氨水吸收过量的CO2。

已知：

NH3·H2O的Kb=1.7×10－5，H2CO3的Ka1=4.3×10－7、Ka2=5.6×10－11。

吸收后所得溶液的pH____7（填“＞”、“=”或“＜”）。

12．二氧化锰不仅是活性好的催化剂，也被广泛用作干电池的正极材料。

某化学小组设计用高硫锰矿（主要成分为锰的化合物和硫化亚铁）为原料制取二氧化锰的工艺流程如图：

已知：

①“混合焙烧”后的烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、MgO、Al2O3

②在该条件下，金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表：

金属离子

Fe3+

Fe2+

Al3+

Mn2+

开始沉淀

1.8

6.8

4.0

7.5

完全沉淀

3.2

8.0

5.0

8.4

（1）写出浸出时与铝元素有关的离子反应方程式____。

（2）上述“氧化”步骤是否可省略____（填“是”或“否”），你的依据是_____。

（3）“调pH除铁铝’’时，生成沉淀的pH范围为____；“氟化除杂”中除去的离子为____。

（4）请用平衡移动原理解释除杂处理后的Mn2+用NH4HCO3转化成MnCO3沉淀的过程___（用文字和离子方程式表达）。

（5）用惰性电极电解MnSO4制备MnO2时，其阳极反应式为____；整个流程中能够循环利用的物质除MnO2外还有___（写名称）。

参考答案

1．A

【解析】

【分析】

【详解】

A．酸性碘化钾溶液中滴加适量双氧水，发生氧化还原反应生成碘单质，该反应的离子方程式为：

2I-+2H++H2O2═I2+2H2O，故A正确；

B．用高锰酸钾标准溶液滴定草酸，草酸属于弱酸，不能拆开，正确的离子反应为：

2MnO4-+6H++5H2C2O4=2Mn2++10CO2↑+8H2O，故B错误；

C．向苯酚钠溶液中通入少量CO2，反应生成苯酚和碳酸氢钠，正确的离子方程式为：

C6H5O-+CO2+H2O→C6H6OH+HCO3-，故C错误；

D．铅蓄电池充电时，PbSO4在阴极得电子发生还原反应，正确的电极反应式为：

PbSO4+2e-=Pb+SO42-，故D错误；

故选A。

【点睛】

本题的易错点为C，要注意苯酚钠溶液中通入二氧化碳只能生成碳酸氢钠，不能生成碳酸钠。

2．A

【解析】

【分析】

【详解】

A．该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，故A正确；

B．据图可知该装置工作时，H+由a极区流向b极区，在b极被还原生成氢气，故B错误；

C．a极上有电子流出，发生氧化反应，所以a极上发生的电极反应为Fe2+-e-=Fe3+，故C错误；

D．由图可知，a极区Fe3+和Fe2+可相互转化，故不需补充含Fe3+和Fe2+的溶液，故D错误；

故答案为A。

3．D

【解析】

【分析】

由电解装置示意图可知，a极生成O2，O的化合价升高，失去电子，发生氧化反应，则a为阳极，连接电源正极（b极），电极反应式为：

2C2O52--4e-===4CO2+O2，d极生成C，C的化合价降低，得到电子，发生还原反应，则d为阴极，连接电源负极（c极），电极反应式为：

CO32-+4e-===3O2-+C，电池总反应为CO2

C+O2↑，据此解答问题。

【详解】

A．根据上述分析，a极是电化学装置的阳极，A选项错误；

B．d为阴极，电极反应式为：

CO32-+4e-===3O2-+C，B选项错误；

C．①中，捕获CO2时，CO2变成C2O52-和CO32-，碳元素的化合价始终为+4价，没有发生改变，C选项错误；

D．电池总反应为CO2

C+O2↑，D选项正确；

答案选D。

4．A

【解析】

【分析】

电解池中阳离子要有流向阴极的趋势，阴离子有流向阳极的趋势。

【详解】

A．阳极室发生4OH-+4e-=O2↑+2H2O，水的电离平衡被破坏，产生大量的氢离子，氢离子需要迁移到产品室，则膜①为阳离子交换膜（CM）；原料室的HPO32-需要迁移扩散至产品室，则膜②为阴离子交换膜（AM）；为防止过多OH-迁移到产品室，所以膜③为阳离子交换膜（CM），故A错误；

B．在阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，或写为：

2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故B正确；

C．在阳极上氢氧根失电子发生氧化反应，电极方程式为4OH-+4e-=O2↑+2H2O，或写为2H2O-4e-=4H++O2↑，故C正确；

D．若无缓冲室，大量氢氧根进入产品室，会降低产品的纯度，故D正确；

故答案为A。

【点睛】

电解池中，阳离子流向阴极，阴离子流向阳极，再根据产品室生成产品所需要的离子分析各个交换膜的种类。

5．D

【解析】

【分析】

从图中可以看出，电极Ⅱ中H2O失去电子生成O2和H+；电极Ⅰ得到电子，将HSO3-转化为S2O42-。

【详解】

A．在电极Ⅰ上HSO3-获得电子生成S2O42-，则电极Ⅰ为阴极，接电源负极，电极反应式为2HSO3-＋2H＋＋2e－==S2O42-＋2H2O，A正确；

B．电解池中质子从电极Ⅱ（阳极）向电极Ⅰ（阴极）作定向移动，故B正确；

C．吸收塔中的S2O42-与NO反应生成N2与HSO3-，反应的离子方程式为2NO＋2S2O42-＋2H2O==N2＋4HSO3-，C正确；

D．电解池中发生的反应为4HSO3-==2H2O＋O2↑＋2S2O42-，吸收塔中的反应为2NO＋2S2O42-＋2H2O==N2＋4HSO3-，结合题图可知，每处理1molNO，电解池中分解2molHSO3-，HSO3-分解生成的O2逸出，S2O42-进入吸收塔中，故电解池的质量会增加1molH2O的质量，即18g，所以每处理2molNO，电解池质量增加36g，D不正确；

故选D。

6．D

【解析】

【分析】

电解CO2制甲酸盐（HCOO），C化合价从+4价降低到+2价，得电子，被还原，应在阴极制得甲酸盐。

【详解】

A．由上面分析可知，通入CO2的乙池电极为阴极，所以b是电源的负极，A错误；

B．电解池中，阳离子向阴极移动（乙池），B错误；

C．甲池Pt电极做阳极，反应为：

4HCO3−+4e−=O2↑+4CO2↑+2H2O，HCO3-浓度减小，乙池Sn电极为阴极，发生的反应为：

CO2+HCO3−+2e−=HCOO−+CO32-，HCO3-浓度减小，C错误；

D．由C可知，乙池电极反应式为：

CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-，D正确。

答案选D。

7．C

【解析】

【分析】

根据电解CO2制甲酸盐的装置可知，Sn电极为阴极，阴极CO2发生还原反应生成HCOO－，电极反应为：

CO2+HCO3－+2e－═HCOO－+CO32－，阳极为Pt电极，电解一段时间后，阳极氢氧根离子失电子生成氧气，促进水的电离，电极附近氢离子浓度增大，HCO3－浓度降低，电极反应式为4HCO3－-4e－=O2↑+4CO2↑+2H2O。

【详解】

A．根据以上分析，Sn电极为阴极，阴极CO2发生还原反应生成HCOO－，所以b是电源负极，a极为正极，K+由左向右通过交换膜，故A正确；

B．乙池Sn电极为阴极，阴极CO2发生还原反应生成HCOO－，电极反应为：

CO2+HCO3－+2e－═HCOO－+CO32－，故B正确；

C．阳极为Pt电极，电解一段时间后，阳极氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应式为4HCO3－-4e－=O2↑+4CO2↑+2H2O，电解过程中，Pt电极产生的气体O2和CO2可作氧化剂，不能用作燃料电池的负极反应，故C错误；

D．甲池为阳极，电极反应式为4HCO3－-4e－=O2↑+4CO2↑+2H2O，乙池为阴极，电极反应为：

CO2+HCO3－+2e－═HCOO－+CO32－，则两池中KHCO3溶液浓度均降低，故D正确；

故选C。

8．D

【解析】

【分析】

【详解】

A.根据质子的移动方向可知M为外接电源的正极，故A正确；

B.根据质子的移动方向可知，右室为阴极室，发生了还原反应，其电极反应式为N2+6H++6e-=2NH3，故B正确；

C.理论上左室为阳极，电极反应为4OH--4e-=O2

+H2O；右室为阴极室，电极反应为：

N2+6H++6e-=2NH3，根据电子守恒可知，产生的氧气和氨气同温同压下体积比为3︰4，故C正确；

D.该合成氨反应的总分应方程式为：

12H2O+2N2=4NH3+3O2，不是化合反应，故D错误；

故选D。

【点睛】

根据电解池的工作原理进行分析。

阳极上水中的氢氧根离子失电子发生还氧化反应，再阴极上的N2得得电子发生还原反应，H+和N3-离子结合生成氨气。

9．A

【解析】

【分析】

此装置为电解池模型，结合图像可知，a极接电源负极，为电解池阴极，UO22+在阴极得到电子，发生的电极反应为：

UO22+＋2H2O＋2e－===U4＋＋4OH－，b接电源正极，为电解池阳极，N2H5在阳极得到电子，发生的电极反应为：

N2H5+-4e－===N2↑+5H+，H+经质子交换膜向阴极（a极）移动，据此可分析选项。

【详解】

A．根据上述分析，电极a是阴极，电极b是阳极，电解池中阳离子向阴极移动，根据电荷守恒可知，导线中转移4mole-，溶液中消耗4molH+，H+透过质子交换膜向阴极（a极）移动，A选项正确；

B．酸性环境下，b电极发生的反应为：

N2H5+-4e－===N2↑+5H+，B选项错误；

C．NO3-不能透过质子交换膜，C选项错误；

D．未注明标准状况，不能够准确计算，D选项错误；

答案选A。

10．B

【解析】

【分析】

由总反应：

（1-x）LiFePO4+xFePO4+LixCn

LiFePO4+nC，放电时，为原电池工作原理：

LixCn中C化合价升高，失去电子，发生氧化反应，作负极，电极反应式为LixCn-xe-=xLi++nC，FePO4中Fe化合价降低，得到电子，发生还原反应，作正极，电极反应式为（1-x）LiFePO4+xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4。

充电时，为电解池工作原理，反应为放电时的逆过程。

【详解】

A．放电时，A电极为正极，B电极为负极，负极失电子，化合价升高，发生氧化反应，A正确；

B．放电时，根据电极反应式，转移1mol电子通过膜转移了1molLi+，减少7g，B错误；

C．充电时，A为阳极，阳极失电子发生氧化反应，A极电极反应式：

xLiFePO4-xe-=xFePO4+xLi+，C正确；

D．充电时，作为电解池，阳离子向阴极移动，Li+向右移动，D正确。

答案选B。

【点睛】

写电极反应时，涉及x的新型化学电源，先运用原子守恒可使问题简单化，本题中放电时负极电极反应书写的时候，先运用原子守恒确认LixCn—xLi++nC，再根据电荷守恒可知左边差x个正电荷，左边加上-xe-即可LixCn-xe-=xLi++nC。

11．+247.364

CO2+H2O+4e-=CO+H2+2O2-＞

【解析】

【分析】

（1）①根据盖斯定律得出答案；②先按照三段式建立关系，再列关系，解得答案。

（2）①图1中投料比相同，同压下，从下往上，转化率变大，分析评估移动；②当温度相同，从下往上，转化率升高，分析反应物的量对转化率的影响得出答案。

（3）A极化合价降低，发生还原反应，从而写出答案。

（4）用氨水吸收过量的CO2生成碳酸氢铵，根据NH3·H2O的电离平衡常数与H2CO3的Ka1平衡常数分析得出答案。

【详解】

（1）

（1）根据盖斯定律，第1个反应减第2个反应的2倍，再减第3个反应的2倍，得到反应CO2（g）＋CH4（g）

2CO（g）＋2H2（g）的△H=+247.3kJ·mol－1，故答案为：

+247.3。

②CO2（g）＋CH4（g）

2CO（g）＋2H2（g）

开始：

6mol6mol00

转化：

xmolxmol2xmol2xmol

平衡：

（6-x）mol（6-x）mol2xmol2xmol

解得x=4

，故答案为：

64。

（2）①图1中投料比相同，同压下，从下往上，转化率变大，平衡正向移动，减小温度，因此温度从高到低的顺序为T3>T2>T1，故答案为：

T3>T2>T1。

②当温度相同，从下往上，转化率升高，则氢气量越来越大，即投料比m增大，因此图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为m1>m2>m3，故答案为：

m1>m2>m3。

（3）A极化合价降低，发生还原反应，因此电极a的电极反应式CO2+H2O+4e－=CO+H2+2O2－，故答案为：

CO2+H2O+4e－=CO+H2+2O2－。

（4）用氨水吸收过量的CO2生成碳酸氢铵，由于NH3·H2O的Kb=1.7×10－5大于H2CO3的Ka1=4.3×10－7，因此吸收后所得溶液的pH＞7，故答案为：

＞。

12．Al2O3+6H+=3H2O+2Al3+否若不进行氧化，则Fe2+被完全沉淀的pH为8.0，此时Mn2+也会被部分沉淀，造成损失5.0≤pH＜7.5Mg2+、Ca2+加入NH4HCO3后，Mn2+与HCO3-电离出的CO32-生成MnCO3，HCO3-⇌H++CO32-、Mn2++CO32-⇌MnCO3，HCO3-电离出H+与另一部分HCO3-反应生成H2O和CO2，促进上述两个平衡正向移动，从而生成MnCO3沉淀Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+硫酸

【解析】

【分析】

高硫锰矿（主要成分为含锰化合物及FeS）与氧化锰矿混合焙烧，得到MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO，加入硫酸，得到Mn2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Al3+的酸性溶液，加入二氧化锰将亚铁离子氧化为铁离子便于除去，再加入碳酸钙中和，将铁离子与铝离子以氢氧化物的形式除去，加入MnF2除杂，使溶液中的Mg2+、Ca2+沉淀完全，此时溶液中的金属离子为锰离子，加入碳酸氢铵发生Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O，加入硫酸溶解碳酸锰得到硫酸锰溶液，经过电解得到二氧化锰，据此分析解答。

【详解】

（1）浸出时Al2O3与硫酸反应生成硫酸铝，与铝元素有关的离子反应方程式为：

Al2O3+6H+=3H2O+2Al3+；

（2）根据沉淀表格数据，若不进行氧化，则Fe2+被完全沉淀的pH为8.0，此时Mn2+也会被部分沉淀，造成损失，则上述“氧化”步骤不可省略；

（3）“调pH除铁铝’’时，根据数据，pH为5.0时铝离子完全沉淀，pH为7.5时锰离子开始沉淀，则生成沉淀的pH范围为5.0≤pH＜7.5；根据分析，“氟化除杂”中加入MnF2除杂，使溶液中的Mg2+、Ca2+沉淀完全，除去的离子为Mg2+、Ca2+；

（4）加入NH4HCO3后，Mn2+与HCO3-电离出的CO32-生成MnCO3，HCO3-⇌H++CO32-、Mn2++CO32-⇌MnCO3，HCO3-电离出H+与另一部分HCO3-反应生成H2O和CO2，促进上述两个平衡正向移动，从而生成MnCO3沉淀；

（5）用惰性电极电解MnSO4制备MnO2时，其阳极发生氧化还原，化合价升高失电子，锰元素由+2价升高为+4价，失电子被氧化，则阳极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；硫酸根离子与氢离子结合生成硫酸，则整个流程中能够循环利用的物质除MnO2外还有硫酸。