难点2 电极反应式的书写- 高考化学专练【热点·重点·难点】

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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   H2SO4②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+=C6H8O6C．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。