模板04 電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)及相關(guān)計(jì)算(解析版)-2025年高考化學(xué)答題技巧與模板構(gòu)建

模板04電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)及相關(guān)計(jì)算識(shí)識(shí)·題型解讀考情分析+命題預(yù)測(cè)/技巧解讀明·模板構(gòu)建答題模板+技巧點(diǎn)撥技法01電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法技法02電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算與分析通·模板運(yùn)用真題示例+模板答題+變式訓(xùn)練練·模板演練最新模擬、預(yù)測(cè)考向本節(jié)導(dǎo)航電化學(xué)知識(shí)是中學(xué)化學(xué)中的重要基本概念，也是近年來(lái)高考化學(xué)的持續(xù)熱點(diǎn)，在復(fù)雜、陌生、新穎的研究對(duì)象和真實(shí)問(wèn)題情境下，體現(xiàn)了對(duì)電化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性和應(yīng)用性的考查。電化學(xué)知識(shí)是中學(xué)化學(xué)中的重要基本概念，也是近年來(lái)高考化學(xué)的持續(xù)熱點(diǎn)，在復(fù)雜、陌生、新穎的研究對(duì)象和真實(shí)問(wèn)題情境下，體現(xiàn)了對(duì)電化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性和應(yīng)用性的考查。近年高考中對(duì)電化學(xué)的考查出現(xiàn)了新的變化，以裝置圖為載體來(lái)考查電化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，成為近年高考的新亮點(diǎn)，考查的關(guān)鍵能力側(cè)重于兩個(gè)方面：一是理解與辨析能力，要求學(xué)生能夠從圖示電化學(xué)裝置中提取有效信息，判斷裝置種類(lèi)、辨別電極名稱等；二是分析與推理能力，要求學(xué)生能夠根據(jù)圖示信息和電解池的工作原理，分析電極反應(yīng)的類(lèi)型、電解質(zhì)的作用、離子的移動(dòng)方向以及定量分析轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量等。第一步判斷裝置閱讀題目獲取信息，抓住元素化合價(jià)的變化，分析電化學(xué)裝置中的氧化還原反應(yīng)，準(zhǔn)確判斷裝置是原電池還是電解池，結(jié)合發(fā)生的反應(yīng)確定電極的名稱。第二步書(shū)寫(xiě)分析根據(jù)電化學(xué)原理及裝置所處的環(huán)境，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式，分析電解液變化。第三步綜合解答題目要求，準(zhǔn)確計(jì)算，規(guī)范解答。技法01電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法1．二次電池的電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)思維模型以xMg＋Mo3S4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do7(充電))MgxMo3S4為例說(shuō)明2．燃料電池電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)思維模型以甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)為例：(1)寫(xiě)出電池總反應(yīng)式CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O，其離子方程式為CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O。(2)寫(xiě)出電池的正極反應(yīng)式。燃料電池電解質(zhì)正極反應(yīng)式酸性電解質(zhì)O2＋4H＋＋4e－=2H2O堿性電解質(zhì)O2＋2H2O＋4e－=4OH－固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)O2＋4e－=2O2－熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)(3)電池的總反應(yīng)式－電池的正極反應(yīng)式＝電池的負(fù)極反應(yīng)式。3．分析電解過(guò)程的思維模型(1)判斷陰、陽(yáng)極：明確陽(yáng)極是惰性電極還是活性電極。(2)分析電解質(zhì)溶液的離子組成：找全離子（包括水電離出的H+和OH-），并按陰、陽(yáng)離子分組。(3)確定放電離子或物質(zhì)：根據(jù)陰、陽(yáng)離子在兩極的放電順序，確定優(yōu)先放電的微粒。(4)寫(xiě)出電極反應(yīng)式、總反應(yīng)式：判斷電極產(chǎn)物，注意溶液的酸堿性、產(chǎn)物的溶解性。(5)解答問(wèn)題：解答有關(guān)離子濃度、pH、電極產(chǎn)物量的變化、溶液的復(fù)原等問(wèn)題。技法02電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算與分析1．電化學(xué)相關(guān)計(jì)算方法(1)用于串聯(lián)電路中陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類(lèi)型的計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。(2)先寫(xiě)出電極反應(yīng)式，再寫(xiě)出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計(jì)算。(3)根據(jù)得失電子守恒計(jì)算所需的關(guān)系式。(M為金屬，n為其陽(yáng)離子所帶電荷數(shù))2．“串聯(lián)”類(lèi)裝置的解題流程3．有機(jī)化合物的電化學(xué)合成電化學(xué)合成技術(shù)是用電子代替會(huì)造成環(huán)境污染的氧化劑和還原劑，在溫和條件下制備高附加值的有機(jī)化合物產(chǎn)品，分為直接有機(jī)電合成和間接有機(jī)電合成兩種類(lèi)型。(1)直接有機(jī)電合成：有機(jī)合成反應(yīng)直接在電解池的兩電極通過(guò)氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)完成。(2)間接有機(jī)電合成：有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)(或還原反應(yīng))，仍采用氧化劑(或還原劑)，用傳統(tǒng)的化學(xué)方法進(jìn)行，但氧化劑(或還原劑)在反應(yīng)后以電化學(xué)方法(電解氧化或電解還原)再生后反復(fù)使用。電化學(xué)合成有機(jī)化合物應(yīng)用示例。利用糠醛(CHO)的電氧化反應(yīng)可合成糠酸(COOH)，利用其電還原反應(yīng)則可合成糠醇(CH2OH)，主要反應(yīng)過(guò)程如下：COOHeq\o(→,\s\up7(－2e－),\s\do7(電氧化))CHOeq\o(→,\s\up7(＋2e－),\s\do7(電還原))CH2OH陽(yáng)極反應(yīng)：CHO＋H2O－2e－=COOH＋2H＋；陰極反應(yīng)：CHO＋2H＋＋2e－=CH2OH。1．（2022·重慶卷）反應(yīng)在工業(yè)上有重要應(yīng)用。(3)該反應(yīng)也可采用電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)裝置如圖所示。①固體電解質(zhì)采用(填“氧離子導(dǎo)體”或“質(zhì)子導(dǎo)體”)。②陰極的電極反應(yīng)式為。③同溫同壓下，相同時(shí)間內(nèi)，若進(jìn)口Ⅰ處n(CO)：n(H2O)=a：b，出口Ⅰ處氣體體積為進(jìn)口Ⅰ處的y倍，則CO的轉(zhuǎn)化率為(用a，b，y表示)?！敬鸢浮抠|(zhì)子導(dǎo)體【第一步判斷裝置】該裝置為電解池【第二步書(shū)寫(xiě)分析】①電解時(shí)，CO和H2O水從均從陽(yáng)極口進(jìn)入，陽(yáng)極一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，則氫氣要在陰極產(chǎn)生，故陽(yáng)極產(chǎn)生二氧化碳的同時(shí)產(chǎn)生氫離子，氫離子通過(guò)固體電解質(zhì)進(jìn)入陰極附近得電子產(chǎn)生氫氣，故固體電解質(zhì)應(yīng)采用質(zhì)子導(dǎo)體。②電解時(shí)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：；【第三步綜合判斷】③根據(jù)三段式：出口Ⅰ處氣體為體積為x，進(jìn)口Ⅰ處的氣體體積為，則，CO的轉(zhuǎn)化率為：。1．(2023·河北選考)氮是自然界重要元素之一，研究氮及其化合物的性質(zhì)以及氮的循環(huán)利用對(duì)解決環(huán)境和能源問(wèn)題都具有重要意義。(2)①以空氣中的氮?dú)鉃樵想娊夂铣砂睍r(shí)，N2在________(填“陰”或“陽(yáng)”)極上發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生NH3。②氨燃料電池和氫燃料電池產(chǎn)生相同電量時(shí)，理論上消耗NH3和H2的質(zhì)量比為17∶3，則在堿性介質(zhì)中氨燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________?！敬鸢浮?2)①陰②2NH3＋6OH－－6e－=N2＋6H2O【第一步判斷裝置】①為電解池，②為原電池【第二步書(shū)寫(xiě)分析】①電解產(chǎn)物為NH3，N2生成NH3，化合價(jià)降低，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，則N2在陰極反應(yīng)。②燃料電池中，氨氣作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成N2，生成1個(gè)N2轉(zhuǎn)移6個(gè)電子，在堿性條件下發(fā)生，2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O?！镜谌骄C合判斷】2．（2023·北京卷）（3）近年研究發(fā)現(xiàn)，電催化和含氮物質(zhì)(等)在常溫常壓下合成尿素，有助于實(shí)現(xiàn)碳中和及解決含氮廢水污染問(wèn)題。向一定濃度的溶液通至飽和，在電極上反應(yīng)生成，電解原理如圖所示。①電極是電解池的__________極。②電解過(guò)程中生成尿素的電極反應(yīng)式是______________________?！敬鸢浮竣訇?yáng)②【解析】①電極b上發(fā)生失電子生成的氧化反應(yīng)，是電解池的陽(yáng)極。②a極硝酸根離子得電子轉(zhuǎn)化為尿素，再結(jié)合酸性環(huán)境可分析出電極反應(yīng)式為。答案為陽(yáng)極；；1．一氯甲烷廣泛用作溶劑、提取劑、推進(jìn)劑、制冷劑、甲基化試劑，用于生產(chǎn)農(nóng)藥、醫(yī)藥等。(2)甲醇也可通過(guò)電化學(xué)方法由甲烷直接制得，裝置如右圖所示：已知，電解生成甲醇的過(guò)程分3步：①通電時(shí)，氯離子先轉(zhuǎn)化成高活性的原子氯(Cl·)；②Cl·與吸附在電極上的CH4反應(yīng)生成HCl和CH3Cl；③在堿性電解液中，CH3Cl轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物CH3OH。當(dāng)步驟①有2molCl·生成時(shí)，外電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_(kāi)_______(用含NA的代數(shù)式表示)。陰極的電極反應(yīng)為_(kāi)____________________________?！敬鸢浮?2)2NA2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－【解析】(2)陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)：Cl－－e－=Cl·，根據(jù)電極方程式可知，Cl·～e－，即有2molCl·生成時(shí)，外電路中轉(zhuǎn)移2mol電子，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2NA；陰極的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。2．烯丙醇是生產(chǎn)甘油、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料和化妝品的中間體。(2)烯丙醇的電氧化過(guò)程有重要應(yīng)用。其在陽(yáng)極放電時(shí)，同時(shí)存在三種電極反應(yīng)(烯丙醇→丙烯酸、烯丙醇→丙烯醛、烯丙醇→丙二酸)，各反應(yīng)決速步驟的活化能如下表所示。反應(yīng)烯丙醇→丙烯酸烯丙醇→丙烯醛烯丙醇→丙二酸活化能(單位：eV)8.6a2.5a13.7a①該條件下，相同時(shí)間內(nèi)，陽(yáng)極產(chǎn)物中含量最多的為_(kāi)_______。②堿性條件下，烯丙醇在電極上生成丙烯醛(CH2=CHCHO)的電極反應(yīng)式為_(kāi)____________________?！敬鸢浮?2)①丙烯醛②CH2=CHCH2OH－2e－＋2OH－→CH2=CHCHO＋2H2O【解析】(2)①反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)速率越慢，由表格數(shù)據(jù)可知，陽(yáng)極放電時(shí)，烯丙醇轉(zhuǎn)化為丙烯醛的活化能最小，反應(yīng)速率最快，所以相同時(shí)間內(nèi)，陽(yáng)極產(chǎn)物中含量最多的為丙烯醛；②由題意可知，堿性條件下，烯丙醇在陽(yáng)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成丙烯醛，電極反應(yīng)式為CH2=CHCH2OH－2e－＋2OH－→CH2=CHCHO＋2H2O。3．處理和利用CO是環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題。(2)我國(guó)科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了用電催化CO高選擇性直接制備乙烯，該方法的工作原理如圖所示。陰極材料為優(yōu)化的銅基催化劑。寫(xiě)出陰極的電極反應(yīng)式：________________________________________電解的總反應(yīng)化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________?！敬鸢浮?2)2CO＋8H＋＋8e－=C2H4＋2H2O2CO＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))C2H4＋2O2【解析】(2)由電子流向可知，銅基片為陰極，一氧化碳酸性條件下得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯：2CO＋8H＋＋8e－=C2H4＋2H2O；陽(yáng)極水失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，總反應(yīng)為：2CO＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))C2H4＋2O2。4．乙醇被廣泛應(yīng)用于能源、化工、食品等領(lǐng)域，工業(yè)上可用以下兩種方法制備乙醇。(3)研究發(fā)現(xiàn)，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續(xù)大電流放電，工作原理如圖。①負(fù)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________________。②當(dāng)向正極通入1molO2且全部被消耗時(shí)，理論上正負(fù)極溶液質(zhì)量變化的絕對(duì)值之差為_(kāi)_______g(保留兩位小數(shù))?！敬鸢浮?3)①C2H5OH＋3H2O－12e－=2CO2↑＋12H＋②2.67【解析】(3)①燃料電池，燃料通負(fù)極，故通入甲醇的一極為負(fù)極，失電子轉(zhuǎn)化為CO2，負(fù)極反應(yīng)為C2H5OH＋3H2O－12e－=2CO2↑＋12H＋；②1molO2被消耗，轉(zhuǎn)移電子4mol，根據(jù)正極電極反應(yīng)式O2＋4H＋＋4e－=2H2O，正極溶液增加1molO2和4molH＋，質(zhì)量為32＋4＝36g；根據(jù)負(fù)極電極反應(yīng)，轉(zhuǎn)移12mol電子生成2molCO2和12molH＋，氫離子通過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，減少質(zhì)量88＋12＝100g，故轉(zhuǎn)移4mol電子減少質(zhì)量33.33g，理論上正負(fù)極溶液質(zhì)量變化的絕對(duì)值之差為36g－33.33g＝2.67g。5．新能源的利用對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳中和”也有重要意義。搭載鈉離子電池的新能源汽車(chē)，動(dòng)力充足、冬天也無(wú)需頻繁充電。第二代鈉離子電池是以硬碳(Cy)為基底材料的嵌鈉硬碳(NaxCy)和錳基高錳普魯士白Na2Mn[Mn(CN)6]為電極的一種新型二次電池，在充放電過(guò)程中，Na＋在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌。其工作原理如圖所示。(5)若用該鈉離子電池給鉛酸蓄電池充電，普魯士白電極連接________(填“Pb”或“PbO2”)極，鈉離子電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______。【答案】(5)PbO2NaxCy－xe－=Cy＋xNa＋【解析】(5)普魯士白為正極，給鉛酸蓄電池充電時(shí)，連接鉛酸蓄電池的PbO2電極，負(fù)極為嵌鈉硬碳，電極反應(yīng)式為NaxCy－xe－=Cy＋xNa＋。6．我國(guó)科學(xué)家最近發(fā)明了一種Zn－PbO2電池，電解質(zhì)為K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b兩種離子交換膜隔開(kāi)，形成A、B、C三個(gè)電解質(zhì)溶液區(qū)域，結(jié)構(gòu)示意圖如下，回答下列問(wèn)題：(1)電池中，Zn為_(kāi)_______極，B區(qū)域的電解質(zhì)為_(kāi)_____(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)(2)電池反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___________________________________________________(3)陽(yáng)離子交換膜為圖中的________(填“a”或“b”)膜。(4)此電池中，消耗6.5gZn，理論上可產(chǎn)生的容量(電量)為_(kāi)_______毫安時(shí)(mAh)(1mol電子的電量為1F,1F＝96500C·mol－1，結(jié)果保留整數(shù))(5)已知E為電池電動(dòng)勢(shì)[電池電動(dòng)勢(shì)即電池的理論電壓，是兩個(gè)電極電位之差，E＝E(＋)－E(－)]，ΔG為電池反應(yīng)的自由能變，則該電池與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比較，_______；____(填“>”或“<”)【答案】(1)負(fù)K2SO4(2)PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋[Zn(OH)4]2－(3)a(4)5361(5)＞＜【解析】(1)根據(jù)圖示可知，Zn電極失去電子生成Zn2＋，與溶液中的OH－結(jié)合形成[Zn(OH)4]2－，所以Zn電極為負(fù)極；在A區(qū)域的電解質(zhì)為KOH，在B區(qū)域的電解質(zhì)為K2SO4，C區(qū)域電解質(zhì)為H2SO4。(2)負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－=[Zn(OH)4]2－，正極的電極反應(yīng)式為PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O，總反應(yīng)方程式為：PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋[Zn(OH)4]2－。(3)A區(qū)域是KOH溶液，OH－發(fā)生反應(yīng)生成[Zn(OH)4]2－，為了維持溶液呈電中性，多余的K＋通過(guò)交換膜進(jìn)入到B區(qū)域，由于陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，因此a膜為陽(yáng)離子交換膜。(4)6.5gZn的物質(zhì)的量是n(Zn)＝eq\f(6.5g,65g·mol－1)＝0.1mol，則轉(zhuǎn)移電子n(e－)＝0.2mol,1mol電子的電量為1F,1F＝96500C·mol－1，轉(zhuǎn)移0.2mol電子的電量Q＝0.2mol×96500C·mol－1＝19300C，則理論上可產(chǎn)生的容量(電量)為eq\f(19300×103,3600)mAh≈5361mAh。(5)由于Zn比Pb活動(dòng)性強(qiáng)，正極材料都是PbO2，所以Zn－PbO2的電勢(shì)差比Pb－PbO2的電勢(shì)差大，則；不同電池的電勢(shì)差越大，電池反應(yīng)的自由能變就越小，由于Zn－PbO2的電勢(shì)差比Pb－PbO2的電勢(shì)差大，所以。7．KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示(1)寫(xiě)出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式：_________________________________________。(2)電解過(guò)程中通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的離子主要為_(kāi)_______，其遷移方向是_______________?！敬鸢浮?1)2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑(2)K＋由電極a到電極b【解析】(1)電解液是KOH溶液，陰極的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。(2)電解過(guò)程中陽(yáng)極反應(yīng)為I－＋6OH－－6e－=IOeq\o\al(－,3)＋3H2O。陽(yáng)極的K＋通過(guò)陽(yáng)離子交換膜由電極a遷移到電極b。8．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，裝置如圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是____________________，A是________?！敬鸢浮縉2＋8H＋＋6e－=2NHeq\o\al(＋,4)氯化銨(或NH4Cl)【解析】該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨的反應(yīng)，電池中氫氣失去電子，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾玫诫娮釉谡龢O上發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)為N2＋8H＋＋6e－=2NHeq\o\al(＋,4)，氨氣和氯化氫反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨。9．利用原電池工作原理測(cè)定汽車(chē)尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示。該電池中O2－可以在固體介質(zhì)NASICON(固溶體)內(nèi)自由移動(dòng)，工作時(shí)O2－的移動(dòng)方向________(填“從a到b”或“從b到a”)，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________?！敬鸢浮繌腷到aCO＋O2－－2e－=CO2【解析】根據(jù)圖可知，一氧化碳和空氣形成燃料電池，一氧化碳失去電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO＋O2－－2e－=CO2，所以一氧化碳所在極為負(fù)極，通入空氣的一極為正極，原電池放電時(shí)電子從負(fù)極流向正極，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以工作時(shí)氧離子的移動(dòng)方向?yàn)閺腷到a。10．含乙酸鈉和對(duì)氯酚(ClOH)的廢水可以利用微生物電池除去，其原理如圖所示①B是電池的________(填“正”或“負(fù)”)極=2\*GB3②A極的電極反應(yīng)式為_(kāi)______________________________?！敬鸢浮?1)①負(fù)【解析】①由圖示可知，陽(yáng)離子H＋移向A極，說(shuō)明A極為正極，B極為負(fù)極。=2\*GB3②A極為正極，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為＋2e－＋H＋→11．新型固體燃料電池的電解質(zhì)是固體氧化鋯和氧化釔，高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過(guò)。如圖所示，其中多孔電極不參與電極反應(yīng)(1)該電池的負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)____________________________。(2)如果用該電池作為電解裝置，當(dāng)有16g甲醇發(fā)生反應(yīng)時(shí)，則理論上提供的電量表達(dá)式為_(kāi)________(1個(gè)電子的電量為1.6×10－19C)?！敬鸢浮?1)CH3OH－6e－＋3O2－=CO2＋2H2O(2)eq\f(16g,32g·mol－1)×6×6.02×1023mol－1×1.6×10－19C12．以CH4(g)為燃料可以設(shè)計(jì)甲烷燃料電池，該電池以稀H2SO4作電解質(zhì)溶液，其負(fù)極電極反應(yīng)式為_(kāi)________________________________________，已知該電池的能量轉(zhuǎn)換效率為86.4%，甲烷的燃燒熱為－890.3kJ·mol－1，則該電池的比能量為_(kāi)_____kW·h·kg－1[結(jié)果保留1位小數(shù)，比能量＝eq\f(電池輸出電能kW·h,燃料質(zhì)量kg),1kW·h＝3.6×106J]?！敬鸢浮緾H4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋13.4【解析】甲烷燃料電池中，甲烷在負(fù)極被氧化，電解質(zhì)為硫酸，負(fù)極反應(yīng)式：CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋，該電池的能量轉(zhuǎn)換效率為86.4%，甲烷的燃燒熱為－890.3kJ·mol－1,1mol甲烷燃燒輸出的電能為eq\f(890.3×103J×86.4%,3.6×106J·kW·h－1)≈0.214kW·h，比能量＝eq\f(電池輸出電能kW·h,燃料質(zhì)量kg)＝eq\f(0.214kW·h,16×10－3kg)≈13.4kW·h·kg－1。13．SO2、CO、CO2、NOx是對(duì)環(huán)境影響較大的幾種氣體，對(duì)它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑(1)利用電化學(xué)原理將CO、SO2轉(zhuǎn)化為重要化工原料，裝置如圖所示①若A為CO，B為H2，C為CH3OH，則通入CO的為_(kāi)_______(填“正”或“負(fù)”)極。②若A為SO2，B為O2，C為H2SO4，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________。(2)碳酸鹽燃料電池，以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物為電解質(zhì)，操作溫度為650℃，在此溫度下以鎳為催化劑，以煤氣(CO、H2的體積比為1∶1)直接做燃料，其工作原理如圖所示①電池總反應(yīng)為_(kāi)______________________________。②以此電源電解足量的硝酸銀溶液，若陰極產(chǎn)物的質(zhì)量為21.6g，電解后溶液體積為2L，溶液的pH約為_(kāi)__________。(3)某研究小組利用下列裝置用N2O4生產(chǎn)新型硝化劑N2O5①現(xiàn)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池，采用電解法制備N(xiāo)2O5，裝置如圖所示，其中Y為CO2。在石墨(Ⅱ)電極上同時(shí)還引入CO2的目的是______________________________________________。②電解過(guò)程中，生成N2O5的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________________________________?！敬鸢浮?1)①正②SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋(2)①CO＋H2＋O2=CO2＋H2O②1(3)①氧氣可以和二氧化碳共同轉(zhuǎn)化為碳酸根離子，保持熔融鹽的成分不變②N2O4＋2HNO3－2e－=2N2O5＋2H＋【解析】(1)①燃料電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負(fù)極，題給反應(yīng)中碳元素化合價(jià)由＋2價(jià)變?yōu)椋?價(jià)、氫元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，所以CO是氧化劑，則通入CO的電極為正極。②若A為SO2，B為O2，C為H2SO4，負(fù)極上二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，電極反應(yīng)式為SO2＋2H2O－2e－=SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋。(2)①該燃料電池中，負(fù)極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，正極上是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電池總反應(yīng)為一氧化碳、氫氣與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水，總反應(yīng)方程式為CO＋H2＋O2=CO2＋H2O。②電解足量的硝酸銀溶液，陽(yáng)極為氫氧根失電子生成氧氣，陰極電極反應(yīng)式為Ag＋＋e－=Ag，產(chǎn)物的質(zhì)量為21.6g，其物質(zhì)的量為0.2mol，轉(zhuǎn)移電子是0.2mol，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)的量是0.05mol，則消耗氫氧根的物質(zhì)的量為0.2mol，則溶液中氫離子為0.2mol，c(H＋)＝eq\f(0.2mol,2L)＝0.1mol·L－1，所以溶液的pH為1。(3)①在正極上氧氣得電子生成的氧離子可以和二氧化碳結(jié)合為碳酸根離子，可以保持熔融鹽的成分不變。②N2O5中氮元素的化合價(jià)是＋5價(jià)，而硝酸中氮元素也是＋5價(jià)，因此應(yīng)該在左側(cè)生成N2O5，即在陽(yáng)極區(qū)域生成，則生成N2O5的電極反應(yīng)式為N2O4＋2HNO3－2e－=2N2O5＋2H＋。14．利用膜電解技術(shù)(裝置如圖所示)，以Na2CrO4為主要原料制備N(xiāo)a2Cr2O7的總反應(yīng)方程式為：4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。則Na2Cr2O7在______(填“陰”或“陽(yáng)”)極室制得，電解時(shí)通過(guò)膜的離子主要為_(kāi)__________________?！敬鸢浮筷?yáng)CrOeq\o\al(2－,4)【解析】由4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，電解過(guò)程中實(shí)質(zhì)是電解水，陽(yáng)極上OH－失去電子生成H2O和O2，陰極上H＋得到電子生成H2，由2CrOeq\o\al(2－,4)＋H2OCr2Oeq\o\al(2－,7)＋2OH－可知，Cr2Oeq\o\al(2－,7)在c(OH－)減小的電極室中制得，即Na2Cr2O7在陽(yáng)極室產(chǎn)生；電解過(guò)程中，陽(yáng)極室中c(OH－)減小，CrOeq\o\al(2－,4)水解平衡正向移動(dòng)，c(CrOeq\o\al(2－,4))減小，c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))增大，為提高制備N(xiāo)a2Cr2O7的效率，CrOeq\o\al(2－,4)通過(guò)離子交換膜移向陽(yáng)極。15．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(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過(guò))(1)寫(xiě)出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：_________________________________。(2)分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因：___________________________________________。(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽(yáng)極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)膜，從而合并了陽(yáng)極室與產(chǎn)品室。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品中混有____________雜質(zhì)。該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是________________________________________________________________。【答案】(1)2H2O－4e－=O2↑＋4H＋(2)陽(yáng)極室的H＋穿過(guò)陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，原料室的H2POeq\o\al(－,2)穿過(guò)陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，二者反應(yīng)生成H3PO2(3)POeq\o\al(3－,4)H2POeq\o\al(－,2)或H3PO2被氧化【解析】(1)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，在反應(yīng)中OH－失去電子，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。(2)H2O放電產(chǎn)生H＋，H＋進(jìn)入產(chǎn)品室，原料室的H2POeq\o\al(－,2)穿過(guò)陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室，二者發(fā)生反應(yīng)：H＋＋H2POeq\o\al(－,2)H3PO2。(3)如果撤去陽(yáng)膜，H2POeq\o\al(－,2)或H3PO2可能會(huì)被氧化。16．雙極膜由陽(yáng)離子交換膜、催化劑層和陰離子交換膜組合而成，在直流電場(chǎng)作用下可將水解離，在雙極膜的兩側(cè)分別得到H＋和OH－，將其與陽(yáng)離子交換膜(陽(yáng)膜)、陰離子交換膜(陰膜)組合，可有多種應(yīng)用。(1)海水淡化：模擬海水淡化，雙極膜組合電解裝置示意圖如圖甲①X極是________極(填“陰”或“陽(yáng)”)。②電解后可獲得較濃的鹽酸和較濃的NaOH溶液，圖甲中雙極膜的右側(cè)得到的是_______(填“H＋”或“OH－”)。(2)鈉堿循環(huán)法脫除煙氣中的SO2，并回收SO2：用pH>8的Na2SO3溶液作吸收液，脫除煙氣中的SO2，至pH<6時(shí)，吸收液的主要成分為NaHSO3，需再生。Ⅰ．加熱pH<6時(shí)的吸收液使其分解，回收SO2并再生吸收液。所得的再生吸收液對(duì)SO2的吸收率降低，結(jié)合離子方程式解釋原因：__________________________________________________。Ⅱ.雙極膜和陰膜組合電滲析法處理pH<6時(shí)的吸收液，可直接獲得再生吸收液和含較高濃度HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的溶液，裝置示意圖如圖乙①再生吸收液從________室流出(填“A”或“B”)。②簡(jiǎn)述含較高濃度HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的溶液的生成原理：_________________________________________________。③與Ⅰ中的方法相比，Ⅱ中的優(yōu)點(diǎn)是____________________________________________________(列出2條)?！敬鸢浮?1)①陽(yáng)②H＋(2)Ⅰ.加熱pH<6時(shí)的吸收液，分解的過(guò)程中還發(fā)生反應(yīng)：2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋O2=2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，2HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋O2=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋，且加熱加快化學(xué)反應(yīng)速率，造成再生吸收液中c(SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))降低，使SO2的吸收率降低Ⅱ.①B②B室中的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))和HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))在電場(chǎng)作用下通過(guò)陰膜進(jìn)入A室，A室中通過(guò)雙極膜的H＋和溶液中的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))反應(yīng)生成HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，提高HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的濃度③Ⅱ中的方法可直接獲得再生吸收液，減少因加熱氧化生成大量的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，而降低再生吸收液對(duì)SO2的吸收率；Ⅱ中的方法可獲得含較高濃度的HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的溶液，進(jìn)而獲得比Ⅰ中的濃度高的SO2【解析】本題考查雙極膜的應(yīng)用，涉及電解原理。(1)①根據(jù)題圖甲，X極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，所以X極是陽(yáng)極；②Y極氫離子得電子生成H2，說(shuō)明Y極為陰極，電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子移向陰極，所以雙極膜的右側(cè)得到的是H＋。(2)Ⅰ.加熱pH<6時(shí)的吸收液，分解的過(guò)程中SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))會(huì)被空氣中的氧氣氧化，發(fā)生反應(yīng)：2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋O2=2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，2HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋O2=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋，且加熱加快化學(xué)反應(yīng)速率，造成再生吸收液中c(SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))降低，使SO2的吸收率降低。Ⅱ.①右側(cè)電極為陰極，陰極氫離子得電子生成氫氣，OH－進(jìn)入B室，OH－和HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))反應(yīng)生成SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))，直接獲得再生吸收液；②A室中經(jīng)過(guò)雙極膜遷移過(guò)來(lái)的H＋和SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))反應(yīng)生成HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，提高HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的濃度。17．科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種電解裝置，能將甘油(C3H8O3)和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甘油醛(C3H6O3)和合成氣，裝置如下圖所示①催化電極b應(yīng)與電源________(填“正”或“負(fù)”)極相連。②電解一段時(shí)間后，催化電極a附近的pH將______(填“增大”“減小”