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1、 解讀4 電極反應(yīng)式的書寫 考向分析 電化學(xué)知識(shí)是高中化學(xué)選修《化學(xué)反應(yīng)原理》中的重要考點(diǎn)之一，也是每年的高考中必不可少的一部分，原電池、電解池是出題的重點(diǎn)，而且是最容易可以和其他的部分綜合起來考察，所以考題的難度一般都比較大，以新型化學(xué)電源為命題背景考查原電池的結(jié)構(gòu)和工作原理的題型是高考的熱點(diǎn)。通?？疾榈闹R(shí)點(diǎn)是原電池電極的判斷、電極和電池反應(yīng)式的書寫、電子的轉(zhuǎn)移或電流方向的判斷、電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向及有關(guān)計(jì)算，難度一般偏大。電極方程式的書寫類似于一個(gè)完整的氧化還原型離子方程式的配平，先由信息分離出反應(yīng)物和生成物，然后配平參與變價(jià)的離子或物質(zhì)，再根據(jù)介質(zhì)(H＋或O

2、H－)調(diào)節(jié)電荷守恒，最后用H2O調(diào)節(jié)原子守恒 電極的確定 正負(fù)極確定 根據(jù)兩根電極對(duì)電解質(zhì)溶液的相對(duì)活性來決定，較活潑金屬作負(fù)極，另一極用正極 電極質(zhì)量的增減或是否有氣體放出來決定，電極質(zhì)量增加或放出氣體的作正極，電極質(zhì)量減小的作負(fù)極 附近指示劑的顯色來決定 燃料電池一般都是惰電極，根據(jù)燃料氣和助燃?xì)獾耐ㄈ雭頉Q定，通入燃料氣的作負(fù)極，通入空氣或O2的作正極 題目給定的是圖示裝置，可根據(jù)電子流動(dòng)方向或其他提示來分析正、負(fù)極，電子流出的一極作負(fù)極，流入的一極作正極 發(fā)生的反應(yīng)來決定，發(fā)生氧化反應(yīng)的作負(fù)極，發(fā)生還原反

3、應(yīng)的作正極 陰陽極確定 根據(jù)所連接的外加電源判斷，與直流電源正極相連的為陽極，與直流電源負(fù)極相連的為陰極 根據(jù)電子流動(dòng)方向判斷，電子流動(dòng)方向?yàn)殡娫簇?fù)極流向陰極，陽極流向電源正極 根據(jù)電解池里電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向判斷，陽離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng) 根據(jù)電解池兩極產(chǎn)物判斷，一般情況下：陰極上的現(xiàn)象是析出金屬(質(zhì)量增加)或有無色氣體(H2)放出；陽極上的現(xiàn)象是有非金屬單質(zhì)生成，呈氣態(tài)的有Cl2、O2或電極質(zhì)量減小(活性電極作陽極) 書寫原則 加減原則 根據(jù)得失電子守恒，總反應(yīng)式為兩個(gè)電極反應(yīng)式之和。若已知一個(gè)電極反應(yīng)式，可用總反應(yīng)式

4、減去已知的反應(yīng)式，得另一電極反應(yīng)式 共存原則 因?yàn)槲镔|(zhì)得失電子后在不同介質(zhì)中的存在形式不同，所以電極反應(yīng)式的書寫必須考慮介質(zhì)環(huán)境。堿性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H+參加反應(yīng) 得氧失氧原則 得氧時(shí)，在反應(yīng)物中加H2O（電解質(zhì)為酸性時(shí)）或OH-（電解質(zhì)溶液為堿性或中性時(shí)）；失氧時(shí)，加H+或H2O 吸氧成堿原則 在中性電解質(zhì)溶液中，通過金屬吸氧所建立起來的原電池反應(yīng)，其反應(yīng)的最后產(chǎn)物是堿 原電池書寫 負(fù)極 Zn－2e－===Zn2＋ 正極 Cu2＋＋2e－===Cu 堿性鋅錳電池 負(fù)極 Zn+2O

5、H－—2e—= Zn(OH)2 正極 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH +2OH－ 鋅銀電池 負(fù)極 Zn+2OH－—2e—=Zn(OH)2 正極 Ag2O + H2O+ 2e－ = 2Ag + 2OH－ 鉛蓄電池 負(fù)極 Pb＋SO42－－2e-＝PbSO4↓ 正極 PbO2＋4H+＋SO42－＋2e-＝PbSO4↓＋2H2O 陰極 PbSO4＋2e-＝Pb＋SO42－ 陽極 PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H+＋SO42－ 鐵鎳電池 負(fù)極 Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 正極 NiO2＋2H2O＋2e－===

6、Ni(OH)2＋2OH－ 陰極 Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－ 陽極 Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2O 高鐵電池 負(fù)極 3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 正極 2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ 陰極 3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－ 陽極 2Fe(OH)3－6e－＋10OH－===2FeO＋8H2O 氫氧堿性燃料電池 負(fù)極 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正極 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 氫氧酸性燃料電池 負(fù)極 2H2－4e－===4H＋

7、 正極 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 甲烷堿性燃料電池 負(fù)極 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 正極 2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ 甲烷酸性燃料電池 負(fù)極 CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ 正極 2O2＋8e－＋8H＋===4H2O 甲烷熔融鹽燃料電池 負(fù)極 CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O 正極 2O2＋8e－＋4CO2===4CO 【考點(diǎn)過關(guān)】 ①鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機(jī)溶劑中，Li＋通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成

8、LiMnO2。電池正極反應(yīng)式為。 ②液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小，無需氣體存儲(chǔ)裝置等優(yōu)點(diǎn)。一種以肼(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示。該電池用空氣中的氧氣作為氧化劑，KOH作為電解質(zhì)。負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：。 ③化學(xué)家正在研究尿素動(dòng)力燃料電池，尿液也能發(fā)電。用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水，又能發(fā)電，尿素燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示，甲電極反應(yīng)式為：。 ④乙烯催化氧化成乙醛可設(shè)計(jì)成如下圖所示的燃料電池，能在制備乙醛的同時(shí)獲得電能，其總反應(yīng)：2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。正極反應(yīng)式為：。 ⑤“神舟7號(hào)”宇宙飛船的能量部分來自太陽

9、能電池，另外內(nèi)部還配有高效的MCPC型燃料電池，該電池可同時(shí)供應(yīng)電和水蒸氣，所用燃料為氫氣，電解質(zhì)為熔融的碳酸鉀，已知該電池的總反應(yīng)為2H2＋O2===2H2O，正極反應(yīng)式為________________________。 ⑥大功率的鎳氫電池使用在油電混合動(dòng)力車輛中。鎳氫電池(NiMH電池)正極板材料為NiOOH，負(fù)極板材料為吸氫合金，充電時(shí)陽極反應(yīng)為，放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為。 ⑦鐵鎳蓄電池充放電時(shí)的總反應(yīng)：Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)式為，電池充電時(shí)，陽極反應(yīng)式為___________________。 ⑧有人設(shè)想以N2和H2

10、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，裝置如下圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是。 ⑨利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如下圖所示。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)負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為。 ⑩微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示，HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO的反應(yīng)式是。 CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋；④通入氧氣的一極是正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)生的反應(yīng)是O2＋4H＋＋4e－===2H

11、2O；⑤正極上氧氣得電子和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O2＋2CO2＋4e－===2CO；⑥根據(jù)電池工作原理圖，該電池的環(huán)境是堿性環(huán)境，電池正極的電極反應(yīng)式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，充電是電解池，發(fā)生的電極反應(yīng)式與原電池的電極反應(yīng)式是相反的，即陽極電極反應(yīng)式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，負(fù)極電極反應(yīng)式：MHn＋nOH－－ne－===M＋nH2O；⑦根據(jù)方程式可知正極為Ni2O3、負(fù)極為Fe，電池放電時(shí)，負(fù)極鐵失去電子轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鐵，電極反應(yīng)為Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，電池充電時(shí)，陽極失去電子，根據(jù)方程式可知

12、該是氫氧化鎳失去電子轉(zhuǎn)化為Ni2O3，即電極反應(yīng)式為2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O；⑧該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液，電池中氫氣失去電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N2＋8H＋＋6e－===2NH；⑨該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負(fù)極，負(fù)極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO＋O2－－2e－===CO2；⑩酸性環(huán)境中反應(yīng)物為HS－產(chǎn)物為SO，利用質(zhì)量守恒和電荷守恒進(jìn)行配平，電極反應(yīng)式：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋。 【答案】①M(fèi)nO2＋e－

13、＋Li＋===LiMnO2 ②N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O ③CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋ ④O2＋4H＋＋4e－===2H2O ⑤H2＋CO－2e－===CO2↑＋H2O ⑥Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，MHn＋nOH－－ne－===M＋nH2O ⑦Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O ⑧N2＋8H＋＋6e－===2NH ⑨CO＋O2－－2e－===CO2 ⑩HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋ 【考點(diǎn)演練】 （1）鈷酸鋰電池

14、的正極采用鈷酸鋰(LiCoO2)，負(fù)極采用金屬鋰和碳的復(fù)合材料，該電池充放電時(shí)的總反應(yīng)式：LiCoO2＋6CLi1－xCoO2＋LixC6，寫出放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)。 (2)PbSO4熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源?；窘Y(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl－KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。負(fù)極反應(yīng)式為__________________________。 (3)氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿?。氨氧燃料電池工作原理如下圖所示。a電極的電極反應(yīng)式是________。 (4)磷酸燃

15、料電池是目前較為成熟的燃料電池之一，其基本組成及反應(yīng)原理如圖所示，該電池正極的電極反應(yīng)為________。 (5)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(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過),陽極的電極反應(yīng)式______________________。 （6）研究證實(shí)，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，則生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在____極，該電極反應(yīng)式是____________________________________。 （7）用一種陰、陽離子雙隔膜三室電解槽，可使廢水中NH在某一室富集，模擬裝置如圖所示，陰極的電極反應(yīng)式_________

16、_______。 （8）)以NO2、O2、熔融NaNO3組成的燃料電池裝置如下圖所示，在使用過程中石墨Ⅰ電極反應(yīng)生成一種氧化物Y，則該電極的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　。 (9)近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池是采用鉑作電極,電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過。其工作原理的示意圖如下,Pt(a)電極是電池的　極,電極反應(yīng)式為　　　　,Pt(b)電極發(fā)生　(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),電極反應(yīng)式為　　　　　　,電池的總反應(yīng)式為　。 (10)下圖是利用微生物燃料電池處理工業(yè)含酚廢水的原理示意圖,電極a附近發(fā)生的反應(yīng)是。 (11)下圖為綠色電源“二甲醚燃料電池”的

17、工作原理示意圖 (a、b均為多孔性Pt電極)。b電極是　　　　(填“正”或“負(fù)”)極, a電極上的電極反應(yīng)式為　。 (12) 開發(fā)新能源是解決大氣污染的有效途徑之一。直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注。DMFC工作原理如下圖所示,通入a氣體的電極是原電池的　　　　極(填“正”或“負(fù)”),其電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　。 (13) 以Al和NiO(OH)為電極,NaOH溶液為電解液組成一種新型電池,放電時(shí)NiO(OH)轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2,該電池反應(yīng)的化學(xué)方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　

18、　　。? (14) 與MnO2-Zn電池類似,K2FeO4-Zn也可以組成堿性電池,K2FeO4在電池中作為正極材料,其電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　,該電池總反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　。? (15)Mg-H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如下，H2O2在石墨電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　。 答案與解析 應(yīng)式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。（4）燃料電池中，正極上O2得電子，和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(5)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由于OH－的放電性大于

19、SO，則在反應(yīng)中OH－失去電子，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。(6)根據(jù)題意，二氧化碳在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，CO2中C呈＋4價(jià)，CH3OH中C呈－2價(jià)，結(jié)合反應(yīng)前后碳元素化合價(jià)變化，可知碳元素的化合價(jià)降低，得到電子，故該電極為陰極，電極反應(yīng)式為CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。（7）陰極上H＋發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑。(8) 因?yàn)槭姌OⅡ上通入的O2得電子，故在石墨電極Ⅰ上NO2失電子，與遷移過來的N結(jié)合生成+5價(jià)N O32－的氧化物N2O5，電極反應(yīng)式為NO2+NO32－-e-=N2O5。(9)從示意圖中可以看出電極P

20、t(a)上CH3OH轉(zhuǎn)化為CO2,發(fā)生氧化反應(yīng),為負(fù)極,酸性介質(zhì)中電極反應(yīng)式為 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+;Pt(b)電極上O2得電子發(fā)生還原反應(yīng),為正極,電極反應(yīng)式為O2+4H++4e-=2H2O。（10）燃料電池是原電池,可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A正確;燃料電池中通入氧氣的一極發(fā)生還原反應(yīng),是正極,加燃料的一極發(fā)生氧化反應(yīng),是負(fù)極,電極b發(fā)生的反應(yīng)為4H++O2+4e-2H2O,氫離子被消耗,pH增大,C錯(cuò)誤;電極a是苯酚被氧化生成CO2和H+,電極反應(yīng)式為C6H6O-28e-+11H2O6CO2↑+28H+。(11)二甲醚是燃料,所以a極是負(fù)極,b極是正極。a電極上發(fā)生

21、氧化反應(yīng),由圖可知是酸性電池,由二甲醚燃燒化學(xué)方程式可知反應(yīng)轉(zhuǎn)移12個(gè)電子,產(chǎn)物為二氧化碳,由電荷守恒得出電極反應(yīng)式。(12)根據(jù)甲醇燃料電池的工作原理圖可知,電子由通入a氣體的電極流出,所以通入a氣體的電極是負(fù)極,甲醇在負(fù)極失電子生成CO2 ,則電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+。(13)利用題中信息可知放電時(shí)NiO(OH)作正極,發(fā)生還原反應(yīng),則Al作負(fù)極,因電解質(zhì)溶液為NaOH,則放電時(shí)Al極發(fā)生氧化反應(yīng)生成NaAlO2,由此容易寫出電池總反應(yīng)式。(14)正極發(fā)生還原反應(yīng),K2FeO4被還原為Fe3+,由于是堿性環(huán)境,故生成Fe(OH)3,電極反應(yīng)式為Fe+3e-+

22、4H2O=Fe(OH)3↓+5OH-;負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),由于是堿性環(huán)境,Zn被氧化生成 Zn(OH)2,電極反應(yīng)式為 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。兩電極反應(yīng)式相加得2Fe+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-。(15) 石墨電極為正極，H2O2發(fā)生還原反應(yīng)生成OH-，電極反應(yīng)式為H2O2+2e-=2OH-。 【答案】 (9) 負(fù)　CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+還原　O2+4H++4e-=2H2O 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O (10)C6H6O-28e-+11H2O6CO2↑+28H+ (11) 正　CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+ (12) 負(fù)CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ (13) Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2 (14) Fe+3e-+4H2O=Fe(OH)3↓+5OH- 2Fe+3Zn+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH- (15) H2O2+2e-=2OH- - 11 -