难点2 电极反应式的书写- 高考化学专练【热点·重点·难点】

难点2  电极反应式的书写

【命题规律】

本专题考点为高考热点兼难点。主要考查电极反应式的书写以及正误判断。正误判断主要以选择题的形式出现，而书写则以填空题形式出现。考查的核心素养以证据推理和模型构建为主。

【备考建议】

2021年高考备考应特别关注锂离子电池的电极反应式的书写。

【限时检测】（建议用时：30分钟）

1．【2020浙江7月选考】电解高浓度(羧酸钠)的溶液，在阳极放电可得到(烷烃)。下列说法不正确的是(    )

A．电解总反应方程式：

B．在阳极放电，发生氧化反应

C．阴极的电极反应：

D．电解、和混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷

【答案】A

【解析】

A．因为阳极RCOO-放电可得到R-R(烷烃)和产生CO2，在强碱性环境中，CO2会与OH-反应生成CO32-和H2O，故阳极的电极反应式为2RCOO--2e-+4OH-=R-R+2CO32-+2H2O，阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH-，阴极的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，因而电解总反应方程式为2RCOONa+2NaOHR-R+2Na2CO3+H2↑，故A说法不正确；

B．RCOO-在阳极放电，电极反应式为2RCOO--2e-+4OH-=R-R+2CO32-+2H2O， -COO-中碳元素的化合价由+3价升高为+4价，发生氧化反应，烃基-R中元素的化合价没有发生变化，故B说法正确；

C．阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH-，阴极的电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故C说法正确；

D．根据题中信息，由上述电解总反应方程式可以确定下列反应能够发生：2CH3COONa+2NaOHCH3-CH3+2Na2CO3+H2↑，2CH3CH2COONa+2NaOHCH3CH2-CH2CH3+2Na2CO3+H2↑，CH3COONa+CH3CH2COONa+2NaOHCH3-CH2CH3+2Na2CO3+H2↑。因此，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH 的混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷，D说法正确。

答案为A。

2．【2020天津卷】熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为(x=5~3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是

A．Na2S4的电子式为

B．放电时正极反应为

C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极

D．该电池是以为隔膜的二次电池

【答案】C

【解析】

根据电池反应：可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：Na-e-= Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为，据此分析。

A．Na2S4属于离子化合物，4个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为，故A正确；

B．放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为：，故B正确；

C．放电时，Na为电池的负极，正极为硫单质，故C错误；

D．放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解池，为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D正确；

答案选C。

3．【2020江苏卷】CO2/ HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

（2） HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图-2所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。

①电池负极电极反应式为_____________；放电过程中需补充的物质A为_________(填化学式)。

②图-2所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_______________。

【答案】（2）①   H2SO4

②或

【分析】（2）该装置为原电池装置，放电时HCOOˉ转化为被氧化，所以左侧为负极，Fe3+转化为Fe2+被还原，所以右侧为正极。

【详解】

（2）①左侧为负极，碱性环境中HCOOˉ失电子被氧化为，根据电荷守恒和元素守恒可得电极反应式为HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= +H2O；电池放电过程中，钾离子移向正极，即右侧，根据图示可知右侧的阴离子为硫酸根，而随着硫酸钾不断被排除，硫酸根逐渐减少，铁离子和亚铁离子进行循环，所以需要补充硫酸根，为增强氧气的氧化性，溶液最好显酸性，则物质A为H2SO4；

②根据装置图可知电池放电的本质是HCOOH在碱性环境中被氧气氧化为，根据电子守恒和电荷守恒可得离子方程式为2HCOOH+O2+2OHˉ = 2+2H2O或2HCOOˉ+O2= 2；

4．【安徽省安庆市2021届高三第二次模拟】我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池，将NaClO4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，电池工作示意图如下，下列说法正确的是

A．用NaOH水溶液做电解液，放电性能更好

B．放电时每转移4mol电子，会消耗67.2LCO2气体

C．充电时，阳极反应为：C+2-4e−=3CO2↑

D．充电时，Na+向Ni电极移动

【答案】C

【详解】

A．Na会与水反应，不能用水溶液做电解液，A错误；

B．CO2气体体积未指明标准状况下，不能用气体摩尔体积进行计算，B错误；

C．由图示可知放电时二氧化碳得电子转变成C和碳酸根离子，则充电时该极作阳极，发生的反应为C和碳酸根离子转变成二氧化碳气体，电极反应为：C+2-4e−=3CO2↑，故C正确；

D．充电时，Na+向阴极移动，而Na电极在充电时为阴极，D错误；

故选：C。

5．【北京市朝阳区2021届高三下学期质量检测】双极膜能够在直流电场作用下将H2O解离为H+和OH-。以维生素C的钠盐(C6H7O6Na)为原料制备维生素C(C6H8O6，具有弱酸性和还原性)的装置示意图如下。

下列说法不正确的是

A．a离子是OH-，b离子是H+

B．生成维生素C的离子方程式为+H+=C6H8O6

C．X极的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+

D．将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，可以提高维生素C的产率

【答案】D

【分析】

在X电极，水失电子生成O2，同时生成H+，Na+通过阳离子交换膜进行碱室，与a离子即OH-构成NaOH；则b离子为H+，与结合为C6H7O8。Y电极为阴极，H2O得电子生成H2和OH-。

【详解】

A．由以上分析可知，a离子是OH-，b离子是H+，A正确；

B．为弱酸根离子，与b离子即H+结合生成维生素C，离子方程式为+H+=C6H8O6，B正确；

C．在X极，H2O失电子生成O2和H+，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，C正确；

D．若将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，一方面生成的C6H8O6导电能力弱，另一方面维生素C易被生成的O2氧化，不能提高维生素C的产率，D不正确；

故选D。

6．【河北省邯郸市2021届高三第一次模拟】科学家利用如图装置将转化为CO，下列说法正确的是

A．电极A接电源的正极，电极B接电源的负极

B．若X为甲酸，在相同条件下消耗和的体积比为

C．固体电解质可以换成稀硫酸

D．若X为乙烷，则阳极的反应式为

【答案】B

【详解】

A． 转化成CO，得电子，发生还原反应，故电极A为阴极，接电源的负极，电极B接电源的正极，A项错误；

B． 阴极电极反应式为，若X为甲酸，阳极电极反应式为，根据阴阳极得失电子守恒可知，消耗和的体积比为，B项正确；

C． 不能在水溶液中存在，C项错误；

D． 根据氧化还原反应得失电子守恒规律，若X为乙烷，则阳极的反应式为，D项错误；

故选B。

7．【黑龙江省哈尔滨第三中学2021届高三第二次模拟】如图所示，甲池的总反应式为：N2H4+O2═N2+2H2O下列关于该电池工作时说法正确的是（ ）

A．甲池中负极反应为：N2H4﹣4e﹣═N2+4H+

B．甲池溶液pH不变，乙池溶液pH减小

C．反应一段时间后，向乙池中加一定量CuO固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度

D．甲池中消耗2.24L O2，此时乙池中理论上最多产生12.8g固体

【答案】C

【详解】

A．甲池是原电池，N2H4发生氧化反应，N2H4是负极，在碱性电解质中的方程式为N2H4﹣4e﹣+4OH－═N2+4H2O，故A错误；

B．甲池的总反应式为：N2H4+O2═N2+2H2O，有水生成溶液浓度减小，PH减小；乙池是电解池，乙池总反应：2CuSO4+2H2O=2Cu+O2+2H2SO4，乙池溶液pH减小，故B错误；

C．乙池析出铜和氧气，所以反应一段时间后，向乙池中加一定量CuO固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度，故C正确；

D．2.24L O2在非标准状况下的物质的量不一定是0.1mol，故D错误。

8．【辽宁省丹东市2021届高三下学期3月第一次模拟】利用 CH4燃料电池电解制备 Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2， 装置如图所示。下列说法正确的是

A．a 极电极反应式为 CH4+2H2O－8e-=CO2+8H+

B．A、B、C 膜均为阳离子交换膜

C．c 电极可选用铁作电极材料

D．a 极上通入标准状况 22.4L 甲烷，原料室H2PO减少 8mol

【答案】D

【分析】

根据题干信息，左侧为原电池，右侧为电解池，a极为原电池的负极，电极反应式CH4 -8e-+4O2-=CO2+2H2O，b极为正极，电极反应式O2+4e-=2O2-，阳极室的电极反应：2Cl--2e-=Cl2↑，阳极室的Ca2+通过A膜(阳离子交换膜)进入产品室，阴极室的电极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阴极不参与反应，可以用铁电极替换石墨电极，原料室的Na+通过C膜(阳离子交换膜)进入阴极室，原料室的H2PO通过B膜(阴离子交换膜)进入产品室，在产品室中制得产品Ca(H2PO4)2。

【详解】

A．由上述分析知，a极为负极，负极上甲烷发生氧化反应，电极反应式为：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O，A说法错误；

B．根据上述分析可知，A膜、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，B说法错误；

C．c电极与电池正极相连，做阳极，不能选用铁作电极材料，C说法错误；

D．a极上通入22.4 L(标准状况下)甲烷，转移电子8mol，根据e-守恒，原料室中8mol H2PO通过阴离子交换膜进入产品室，D说法正确；

答案为D。

9．【辽宁省沈阳市郊联体2021届高三下学期一模】科学家利用如图装置将转化为CO，下列说法正确的是

A．电极A接电源的正极，电极B接电源的负极

B．若X为甲酸，在相同条件下消耗和的体积比为

C．固体电解质可以换成稀硫酸

D．若X为乙烷，则阳极的反应式为

【答案】B

【详解】

A． 转化成CO，得电子，发生还原反应，故电极A为阴极，接电源的负极，电极B接电源的正极，A项错误；

B． 阴极电极反应式为，若X为甲酸，阳极电极反应式为，根据阴阳极得失电子守恒可知，消耗和的体积比为，B项正确；

C． 不能在水溶液中存在，C项错误；

D． 根据氧化还原反应得失电子守恒规律，若X为乙烷，则阳极的反应式为，D项错误；

故选B。

10.【2021年河北省高中名校名师原创预测卷六】COS氢解反应产生的CO可合成二甲醚()，二甲醚燃料电池的工作原理如图4所示。

①该电池的负极反应式为___________。

【答案】

【详解】

二甲醚燃料电池中，通入二甲醚的一极为电池的负极，据图可知负极产生氢离子，所以负极的电极反应式为；

11．【陕西省渭南市2021届高三教学质量检测一】高纯硫酸锰在电池材料领域有重要用途。以软锰矿(主要成分为，含有少量铁和铝的氧化物)、硫铁矿(主要成分为)、钛白废酸(主要成分为)为原料制备的工艺流程如图：

(2)在“酸浸”过程中，和颗粒组成两个原电池，如图所示：

其中，原电池反应迅速，而原电池由于生成的硫覆盖在颗粒表面，溶解速率受阻变慢。

①原电池中，为原电池的_______(填“正极”或“负极”)，每消耗1mol ，生成_______mol 。

②原电池负极上的电极反应式为_______。

【答案】正极    2   

【详解】

(2)①根据图示，中Mn元素得电子化合价降低，所以作电源的正极，其电极反应式为，所以每消耗1mol时，电路中转移2mol e-，Fe2+在负极的反应式为，当电路中转移2 mol e-时，生成2 mol Fe3+，故填正极；2；

②原电池中作负极，失电子，其电极反应式为，故填；

12．【陕西省咸阳市2021届高三第二次模拟考试】烟气中SO2的大量排放给人类的生存环境造成了严重破坏，工业上通常采用以下三种方法实现烟气中硫的回收。

(3)电解法：按图3所示装置，利用惰性电极电解含SO2的烟气回收S及H2SO4。

①阴极的电极反应式为___________

【答案】SO2＋4H＋＋4e－=S↓＋2H2O

【详解】

(3)②根据图3装置可知，阴极SO2发生还原反应，SO2得到电子生成S，电极反应式为：SO2＋4H＋＋4e－=S↓＋2H2O。

13．【北京市石景山区2021届高三第一次模拟】将CO2还原成甲烷，是实现CO2资源化利用的有效途径之一。

Ⅱ．微生物电化学法

微生物电化学产甲烷法是将电化学法和生物还原法有机结合，装置如上图所示。

(3)阴极的电极反应式是______。

(4)若生成1 mol CH4，理论上阳极室生成CO2的体积是______L(标准状况，忽略气体的溶解)。

【答案】CO2 ＋ 8e− ＋ 8H＋ ＝ CH4 ＋ 2H2O    44.8   

【详解】

(3)根据图中信息CO2 化合价降低变为CH4，在阴极发生反应，因此阴极的电极反应式是CO2 ＋ 8e− ＋ 8H＋ ＝ CH4 ＋ 2H2O；故答案为：CO2 ＋ 8e− ＋ 8H＋ ＝ CH4 ＋ 2H2O。

(4)根据CO2 ＋ 8e− ＋ 8H＋ ＝ CH4 ＋ 2H2O，若生成1 mol CH4，转移8mol电子，有根据CH3COO− －8e−＋ 2H2O＝2CO2 ＋7H＋，因此理论上阳极室生成2molCO2，其体积是44.8L；故答案为：44.8。

14．【辽宁省丹东市2021届高三下学期3月第一次模拟】甲烷是一种重要的化工原料，广泛应用于民用和工业中。

(3)电催化 CO2 还原制备碳基燃料(包括 CO、烷烃和酸等)是减少CO2 在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段，其装置如图所示。

①电池工作过程中，图中Pt 电极附近溶液的 pH_____(填“变大”或“变小”)。

②该电解池的阴极电极反应式为_________。

【答案】 变小    CO2＋2e－＋2H＋＝HCOOH   

【详解】(3)①电池工作过程中，图中Pt 电极是水中氢氧根失去电子生成氧气和氢离子，因此Pt 电极附近溶液酸性增强，溶液的 pH变小；故答案为：变小。

②该电池右边为阴极，因此该电解池的阴极电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋＝HCOOH；故答案为：CO2＋2e－＋2H＋＝HCOOH。

15．【江西省上饶市2021届高三上学期第一次模拟统一考试】氮的化合物是重要的工业原料，也是主要的大气污染来源，研究氮的化合物的反应具有重要意义。回答下列问题：

(5)如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料，氧气为氧化剂，某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700—900℃时， O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动，反应生成物均为无毒无害的物质。N2H4的电子式为 ___________，该燃料电池的负极反应式为___________。

【答案】    N2H4 - 4e- + 2O2- = N2 + 2H2O   

【详解】

(5)N2H4的电子式为：；甲极为负极，以极为正极，该燃料电池的负极反应式为：N2H4 - 4e- + 2O2- = N2 + 2H2O；故答案为：；N2H4 - 4e- + 2O2- = N2 + 2H2O。