《高中化學》專題四主觀題突破電極反應式書寫及電化學計算

電極反應式書寫及電化學計算1．[2023·北京，16(3)]近年研究發(fā)現(xiàn)，電催化CO2和含氮物質(NOeq\o\al(－,3)等)在常溫常壓下合成尿素，有助于實現(xiàn)碳中和及解決含氮廢水污染問題。向一定濃度的KNO3溶液通CO2至飽和，在電極上反應生成CO(NH2)2，電解原理如圖所示。①電極b是電解池的__________極。②電解過程中生成尿素的電極反應式是__________________________________________________________________________________________________________________________。答案①陽②2NOeq\o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋=CO(NH2)2＋7H2O解析①電極b上發(fā)生H2O失電子生成O2的氧化反應，是電解池的陽極。②a極硝酸根離子得電子轉化為尿素，再結合酸性環(huán)境可分析出電極反應式為2NOeq\o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋=CO(NH2)2＋7H2O。2．[2021·湖南，16(4)(5)]氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體，且安全、易儲運，可通過下面兩種方法由氨氣得到氫氣。方法Ⅱ.氨電解法制氫氣利用電解原理，將氨轉化為高純氫氣，其裝置如圖所示。(4)電解過程中OH－的移動方向為__________(填“從左往右”或“從右往左”)。(5)陽極的電極反應式為__________________________________________________________。答案(4)從右往左(5)2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O解析(4)由圖可知，通NH3的一極氮元素化合價升高，發(fā)生氧化反應，為電解池的陽極，則另一電極為陰極，電解過程中OH－移向陽極，則從右往左移動。(5)陽極NH3失電子發(fā)生氧化反應生成N2，結合堿性條件，電極反應式為2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O。3．[2021·山東，17(4)]利用膜電解技術(裝置如圖所示)，以Na2CrO4為主要原料制備Na2Cr2O7的總反應方程式為：4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。則Na2Cr2O7在________(填“陰”或“陽”)極室制得，電解時通過膜的離子主要為________________。答案陽Na＋解析由4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，電解過程中實質是電解水，陽極上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在陽極室產生。4．[2020·江蘇，20(2)]HCOOH燃料電池。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示，兩電極區(qū)間用允許K＋、H＋通過的半透膜隔開。①電池負極電極反應式為__________________________________；放電過程中需補充的物質A為______________(填化學式)。②如圖所示的HCOOH燃料電池放電的本質是通過HCOOH與O2的反應，將化學能轉化為電能，其反應的離子方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________。答案①HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2OH2SO4②2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O(或2HCOO－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3))解析①由圖示可知，燃料電池負極區(qū)是HCOO－→HCOeq\o\al(－,3)，因在堿性條件下，故電極反應式為HCOO－＋2OH－－2e－=HCOeq\o\al(－,3)＋H2O。電池正極區(qū)發(fā)生反應：Fe3＋＋e－=Fe2＋，F(xiàn)e2＋又被通入的O2氧化為Fe3＋：4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，同時還生成K2SO4，則需要補充的物質A為H2SO4。②根據(jù)電池反應的實質為HCOOH與O2反應生成HCOeq\o\al(－,3)，可寫出電池反應的離子方程式為2HCOOH＋2OH－＋O2=2HCOeq\o\al(－,3)＋2H2O或2HCOO－＋O2=HCOeq\o\al(－,3)。1．CO2＋H2S協(xié)同轉化裝置實現(xiàn)了對天然氣中CO2和H2S的高效去除。電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應：①EDTA-Fe2＋－e－=EDTA-Fe3＋；②2EDTA-Fe3＋＋H2S=2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋。(1)陰極的電極反應為____________________________________________________________。(2)協(xié)同轉化總反應為____________________________________________________________。答案(1)CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2O(2)CO2＋H2S=CO＋H2O＋S2．我國科學家最近發(fā)明了一種Zn-PbO2電池，電解質為K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b兩種離子交換膜隔開，形成A、B、C三個電解質溶液區(qū)域，結構示意圖如下：回答下列問題：(1)電池中，Zn為__________極，B區(qū)域的電解質為______(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。(2)電池反應的離子方程式為____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)陽離子交換膜為圖中的______(填“a”或“b”)膜。(4)此電池中，消耗6.5gZn，理論上可產生的容量(電量)為________毫安時(mAh)(1mol電子的電量為1F,1F＝96500C·mol－1，結果保留整數(shù))。(5)已知E為電池電動勢[電池電動勢即電池的理論電壓，是兩個電極電位之差，E＝E(＋)－E(－)]，ΔG為電池反應的自由能變，則該電池與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比較，________；____(填“>”或“<”)。答案(1)負K2SO4(2)PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋Zn(OH)eq\o\al(2－,4)(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－結合形成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，所以Zn電極為負極；在A區(qū)域的電解質為KOH，在B區(qū)域的電解質為K2SO4，C區(qū)域電解質為H2SO4。(2)負極電極反應式為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，正極的電極反應式為PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O，總反應方程式為PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋Zn(OH)eq\o\al(2－,4)。(3)A區(qū)域是KOH溶液，OH－發(fā)生反應生成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，為了維持溶液呈電中性，多余的K＋通過交換膜進入到B區(qū)域，由于陽離子交換膜只允許陽離子通過，因此a膜為陽離子交換膜。(4)6.5gZn的物質的量是n(Zn)＝eq\f(6.5g,65g·mol－1)＝0.1mol，則轉移電子n(e－)＝0.2mol,1mol電子的電量為1F,1F＝96500C·mol－1，轉移0.2mol電子的電量Q＝0.2mol×965