知识讲解—电极反应式的书写（提高）

1 高考总复习 电极反应式的书写 【考纲要求】 1．理解原电池的工作原理并正确书写各种化学电源的电极反应和总反应方程式； 2．理解电解池的工作原理并正确书写电极反应和总反应方程式。 【考点梳理】 【高清课堂：399199 电极反应式的书写】 考点一：正确书写原电池的电极反应式 1．先确定原电池的正负极，列出正、负电极上的反应物质，在等式的两边分别写出反应物 和生成物。 要点诠释： 一般来说，较活泼的金属失去电子，为原电池的负极，但不是绝对的。如镁片和铝片插 入氢氧化钠溶液中组成的原电池虽然镁比铝活泼，但由于铝和氢氧化钠溶液反应失去电子被 氧化，因而铝是负极，此时的电极反应为： 负极：2Al－6e－===2Al3+ 正极：6H2O +6e－==6OH－+3H2↑ 或 2Al3++2H2O+6e－+2OH－==2AlO2－+3H2↑ 再如，将铜片和铝片同时插入浓硝酸中组成原电池时，由于铝在浓硝酸中发生了钝化， 铜则失去电子、作原电池的负极被氧化，此时的电极反应为： 负极：Cu－2e－=== Cu2+ 正极：2NO3－ + 4H+ +2e－=== 2NO2↑+2H2O 2．要注意电解质溶液的酸碱性： 要点诠释： 在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢－氧燃料 电池就分酸式和碱式两种， 如果是在碱性溶液中，则不可能有 H+出现，同样在酸性溶液中， 也不能出现 OH－。 在酸性溶液中： 负极：2H2－4e－=== 4H +； 正极：O2 + 4H+ + 4e－=== 2H2O 在碱性溶液中： 负极：2H2－4e－+4OH— ===4H2O； 正极：O2 +2H2O + 4e－=4OH—。 3．要注意电子转移的数目 要点诠释： 在同一个原电池中，负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数，所以在书写电 极反应式时，要注意正负极得失电子相等。这样可避免在由电极反应式写总反应方程式或由 总方程式改写电极反应式时所带来的失误。 4．电极反应式的书写必须遵循离子方程式的书写要求： 要点诠释： ①电极反应式等式的两边原子数目及电荷必须守恒。 ②反应式中的难溶物、难电离的物质、气体、单质、氧化物等均应写成化学式形式。如铅蓄 电池中，PbSO4 为难溶物，电极反应式为： 负极：Pb(s)+SO42－(aq)－2e－＝PbSO4(s)， 正极：PbO2(s)+4H+(aq)+SO42－(aq)+2e－＝PbSO4(s)+2H2O(l)。 ③注意电解质溶液的成分对正负极反应产物的影响。如负极反应生成的阳离子若与电解质溶 液的阴离子反应，则电解质溶液的阴离子应写入电极反应式，例如 Fe 与 Cu 在 NaOH 溶液 中形成原电池，负极反应为 Fe+2OH－－2e－===Fe(OH)2。 5.抓住总的反应方程式 要点诠释：2 正负极反应式相加得到电池反应的总的化学方程式。若能写出总反应式，可以减去较易 写出的电极反应式，从而写出较难书写的电极方程式。 注意相加减时电子得失数目要相等。 6．常见燃料电池的电极反应式： 电池 电极 反应 酸性电解质 碱性电解质 负极 2H2－4e－＝4H+ 2H2+4OH－－4e－＝4H2O 正极 O2+4H++4e－＝2H2O O2+2H2O+4e－＝4OH－ 氢氧 燃料 电池 总反应 2H2+O2＝2H2O 2H2+O2＝2H2O 负极 CH4 + 2H2O－8e－=CO2 + 8H+ CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O 正极 2O2 + 8H+ + 8e－＝4H2O 2O2+4H2O+8e－=8OH－ 甲烷 燃料 电池 总反应 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 负极 2CH3OH + 2H2O－12e－= 2CO2 + 12H+ 2CH3OH +16OH－－12e－=2CO32－ +12H2O 正极 3O2 +12H+ +12e－＝6H2O 3O2+6H2O+12e－=12OH－ 甲醇 燃料 电池 总反应 2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O 2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O 要点诠释： 由于 CH4、CH3OH 等燃料电池在碱性溶液中，碳元素是以 CO32－离子形式存在的，故 不放出 CO2。 考点二、正确书写电解池的电极反应式 1．在阴极： 发生还原反应，常见阳离子得到电子被还原的顺序为： Na+ < Al3+ < Fe2+ < H+ < Cu2+ < Fe3+ < Ag+ 要点诠释： ①在水溶液中 Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+这些活泼金属阳离子不被还原，这些活泼金属的 冶炼往往采用电解无水熔融态盐或氧化物而制得。 ②　阴阳离子在两极上放电顺序复杂，与离子性质、溶液浓度、电流强度、电极材料等都有 关，不应将放电顺序绝对化，以上仅是一般规律，有时会有调整。如电镀锌时，需控制条件， 使得电子能力：Zn2+＞H+ 2．在阳极： （1）首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表 Ag 及 Ag 前的金属单 质），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。 （2）如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的阴离子放电（发 生氧化反应），应根据离子的放电顺序书写电极反应式。 常见阴离子失去电子被氧化的顺序为： S2-＞＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞含氧酸根离子＞F-。3 【典型例题】 类型一、燃料电池的电极反应式 例 1、CH4 和 O2 在 KOH 溶液中组成燃料电池，该电池的负极反应式为_____ 。 【答案】CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O 【解析】 第一步：找氧化还原反应中的对应关系：氧化剂——还原产物；还原剂——氧化产物。 即：负极：CH4（还原剂）→ CO32－ （氧化产物）。 第二步：分析电子转移的物质的量，CH4 中碳元素为－4 价，CO32－中碳元素为+4 价， 1 mol CH4 失去 8 mol 电子，即负极：CH4—8e－→ CO32－。 第三步：依据电荷原理配平以上电极反应式，缺少的物质从反应介质中寻找。因为该电 池为碱性电池，而且左右相差 10 mol 负电荷，所以应该在左边添加 10 mol OH－。即： 负极：CH4—8e－+ 10OH－ = CO32－ 第四步：配平质量守恒，使等号两边各原子数相等，等号左边有 OH－，则右边缺 H2O， 所以负极反应式为：CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O 同理，正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH- 【总结升华】也可先写出配平的总反应式：CH4+2O2+2OH—=CO32-+3H2O 和正极反应式： O2+2H2O+4e-=4OH-，然后用前者减去后者即得出负极反应式。 举一反三： 【变式 1】若将 KOH 的碱性反应环境变为酸性环境，则该电池的负极反应式为_____ 。 【答案】CH4-8e－+2H2O =CO2↑+ 8H+ 【解析】还原剂为 CH4，氧化产物为 CO2，在负极 1 mol CH4 生成 1 mol CO2 共转移 8 mol 电子，在上题第三步中需要在右边添加 8 mol H+，在第四步中应该有 2 mol H2O 参 加反应，即负极电极反应式为：CH4-8e－+2H2O =CO2↑+ 8H+ 【变式 2】以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法： （1）酸性条件（2）、碱性条件(3) 固体电解质（高温下能传导 O2-） （4）熔融碳酸盐（如：熔融 K2CO3）环境下 【答案】（1）酸性条件： 燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O ① 燃料电池正极反应：O2+4H++4e-=2H2O ② ①-②×2，得燃料电池负极反应：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ （2）碱性条件： 燃料电池总反应：CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O ① 燃料电池正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH- ② ①-②×2，得燃料电池负极反应：CH4+10OH--8e-=CO +7H2O （3）固体电解质（高温下能传导 O2-）： 燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O ① 燃料电池正极反应：O2+4e-=202- ② ①-②×2，得燃料电池负极反应：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O （4）熔融碳酸盐（如：熔融 K2CO3）环境下： 电池总反应：CH4+2O2＝CO2+2H2O。正极电极反应式：O2+2CO2+4e－＝2CO 。电池总反 应-正极电极反应式得负极反应式：CH4+4CO -8e－=5CO2+2H2O −2 3 −2 3 −2 34 【变式 3】据报道，摩托罗拉公司的一种以甲醇为原料、以 KOH 为电解质的用于手机的可 充电的高效燃料电池，充一次电可持续使用一个月。关于该电池的叙述正确的是 A、放电时，正极反应为：O2 + 4e－ + 4H+ =2H2O B、放电时，负极反应为：CH3OH－6e－+ 8OH－ =CO32－ + 6H2O C、充电时，原电池的负极与电源的正极相连接 D、充电时，阴极反应为：4OH－－4e－=2H2O + O2↑ 【答案】B 【解析】放电时，正极是 O2 得电子，但溶液是碱性的，电极反应式是：O2 + 4e－+ 2H2O = 4OH－。充电时，原电池的负极与电源的负极相连接，使发生了氧化反应的原电池的负极 被还原，阴极发生的是得电子的还原反应，即：CO32－+ 6e－+ 6H2O =CH3OH + 8OH－。 类型二、可充电电池电极反应式的书写 例 2、镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行： Cd＋2NiO(OH)＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，写出放电时负极反应式和充电时阴极反 应式。 【答案】负极：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2；阴极：Cd(OH)2＋2e－=Cd＋2OH－。 【解析】放电时负极反应式为：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2； 正极反应式为：NiOOH－e－＋H2O = Ni(OH)2＋OH-。 充电时，阳极电极反应式为：Ni(OH)2－e－ ＋OH-===NiOOH＋H2O； 阴极反应式为：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－。 【总结升华】放电是原电池反应，充电是电解过程。放电后负极变成阴极，正极变成阳 极。即：负极 阴极，正极 阳极。 综观历年高考试题可发现，解可充电电池试题的关键在于能否正确书写放电时的电极反 应式。要正确书写放电时的电极反应式，既要弄清得失电子的物质，还要特别注意电极产物 是否与电解质溶液共存，要写出实际存在的电极反应式。然后根据原电池的负极反应与电解 池的阴极反应、原电池的正极反应与电解池的阳极反应互为逆反应，即可快速写出充电时的 电极反应式。 举一反三： 【变式 1】（2015）是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材 料是含锂 的二氧化钴(LiCoO2),充电时 LiCoO2 中 Li 被氧化,Li+迁移并 以原子形式嵌入电池 负极材料碳(C6)中,以 LiC6 表示。电池反应为 CoO2+LiC6 LiCoO2+C6,下列说法正确 的是(　　) A.充电时,电池的负极反应为 LiC6-e-=Li++C6 B.放电时,电池的正极反应为 CoO2+Li++e-=LiCoO2 C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质 D.锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低 【答案】B5 【解析】A 项, 充电时, 发生电解池反应, 电池负极即为电解池阴极, 发生还原反应 Li++C6+e- LiC6;B 项,放电时发生原电池反应,电池正极发生还原反应;C 项,含活泼氢的 有机物作电解质易得电子;D 项,锂相对原子质量小,其密度最小,所以锂离子电池的比能量 高。 【变式 2】(2016 西城质检)摩托罗拉公司开发了一种以甲醇为原料，以 KOH 为电解质的用 于手机的可充电高效燃料电池，充一次电可以连续使用一个月。已知该电池的总反应式为： 2CH3OH+3O2+4KOH 2K2CO3+6H2O。请填空： （1）放电时，负极的电极反应式为________。 （2）充电时，原电池的负极与外电源的________极相连。 （3）若在常温、常压下，1 g CH3OH 燃烧生成 CO2 和液态水时放出 22.68 kJ 的热量，那 么该反应的热化学方程式为________。 【答案】（1）CH3OH―6e―==8OH―==CO32－+6H2O （2）负 （3）CH3OH (l)+ O2 (g)==CO2 (g)+2H2O (l) ΔH=－725.75 kJ／mol 类型三、电解池中的电极反应式 例 3、写出用石墨作阳极，Fe 作阴极，电解 CuSO4 溶液的电极反应式和电解总方程式。 【答案】阴极： Cu2++2e－==Cu，阳极：4OH－－4e－==2H2O+O2↑ 【解析】石墨作阳极，Fe 作阴极，两电极都不反应。 阳离子放电顺序：Cu2+＞H+，故 Cu2++2e－==Cu 阴离子放电顺序：OH－＞SO42－，故 4OH－－4e－==2H2O+O2↑ 总方程式为： 2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+或 2CuSO4+2H2O Cu+O2↑+2H2SO4 举一反三： 【变式 1】若铜作电极电解饱和食盐水，写出电极反应式。 【答案】阳极：Cu－2e-= Cu2+，阴极：2H++2e-= H2↑或 2H2O+2e-= H2↑+2OH-。 【解析】由于电极材料为 Cu，是活泼电极，铜参与阳极反应，溶液中的阴离子不能失 电子，但阴极反应仍按溶液中的阳离子放电顺序书写。该电解池的电极反应为： 阳极：Cu－2e-= Cu2+， 阴极：2H++2e-= H2↑或 2H2O+2e-= H2↑+2OH-。 【变式 2】电解装置如图所示，电解槽内装有 KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。 在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。 已知:3I2＋6OH－＝IO3－＋5I－＋3H2O 下列说法不正确的是(　　) A．右侧发生的电极方程式：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－ B．电解结束时，右侧溶液中含有 IO3－ 电解 电解  放电 充电 2 36 C．电解槽内发生反应的总化学方程式：KI＋3H2O KIO3＋3H2↑ D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变 【答案】D 【解析】依题意，左侧溶液变蓝，说明左侧 Pt 电极为阳极，电极反应式为 2I－―2e－＝I2……①，右侧 Pt 电极为阴极，电极反应式为 2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－……② 或 2H＋＋2e－＝H2↑，A 正确； 阴极生成的 OH－通过阴离子交换膜迁移至左室，与 I2 反应：3I2＋6OH－＝5I－＋IO3－＋ 3H2O……③，I2 浓度逐渐减小，故蓝色逐渐变浅，电解结束后 IO3－可通过阴离子交换膜扩 散至右侧，B 正确； ①式×3＋②式×3＋③式得电解总反应：I-－＋3H2O IO3－＋3H2↑，C 正确，若换用阳离 子交换膜，OH－不能迁移至左室，反应③无法发生，①式＋②式得电解总反应式为 2I－＋ 2H2O 2OH － ＋ I2 ＋ H2↑ ， 两 种 情 况 下 电 解 总 反 应 显 然 不 同 ， D 错 误 。 通电 通电 通电7 【巩固练习】 一、选择题（每题有 1~2 个选项符合题意） 1．在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为： Zn+2MnO2+2H2O==2MnOOH +Zn(OH)2。则下列对该电池的电极反应书写正确的是( ) A．负极反应为 Zn－2e－==Zn2+ B．负极反应为 Zn+2H2O－2e－==Zn(OH)2+H+ C．正极反应为 2MnO2+2H++2e－==2MnOOH D．正极反应为 2MnO2+2H2O+2e－==2MnOOH+2OH－ 2．电子表所用的纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为 KOH 溶液，其总反应 式为：Zn+Ag2O+H2O==2Ag+Zn(OH)2，下列判断不正确的是（ ） A．Zn 为负极，电极反应为：Zn+2OH－－2e－==Zn(OH)2； B．Ag2O 为正极，电极反应为：Ag2O+H2O+2e－==2Ag+2OH－ C．电池工作时，负极附近溶液的 pH 减小 D．电池工作时，整个溶液中的 OH－离子的物质的量增大 3．（2016 山东德州月考）如图两个电解槽中，A、B、C、D 均为石墨电极。若电解过程中 共有 0.02mol 电子通过，下列叙述中正确的是（ ） A．甲烧杯中 A 极上最多可析出铜 0.64g 　　B．甲烧杯中 B 极上电极反应式为 4OH--4e-=2H2O+O2↑ 　　C．乙烧杯中 C 极上电极反应式为 4H++4e-=2 H2↑ 　　D．乙烧杯中滴入酚酞试液，D 极附近先变红 4．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放 电电压。高铁电池的总反应为： 　　3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH，下列叙述错误的是　　　　　　 　　A．放电时负极反应为：3Zn－6e－+6OH－= 3Zn(OH)2 　 B．放电时正极反应为：2FeO42－+ 8H2O+6e－=2Fe(OH)3+10 OH－ 　 C．充电时阳极反应为：2Fe(OH)3+6e－+ 10 OH－= 2FeO42－+ 8H2O D．充电时阴极反应为：3Zn(OH)2+6e－= 3Zn +6OH－ 　　 5．蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别 在充电和放电时发生的反应： 下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是（ ） A．放电时负极反应式为：Fe－2e－+2OH－=Fe(OH)2； B．放电时正极反应式为：NiO2+2e－+2H2O=Ni(OH)2+2OH－。 C．充电时阴极反应式为：Fe(OH)2+2e－=Fe+2OH－； D．电池的电解液为碱性溶液，电池充电过程中，阳极附近溶液的 pH 升高8 6．将两个铂电极插入 KOH 溶液中，向两极分别通入 CH4 和 O2，即构成甲烷燃料电池。下 列叙述不正确的是 A．通入 CH4 的电极为负极，电极反应式为：CH4+10OH――8e=CO32－+7H2O B．正极发生氧化反应，其电极反应式是：O2+2H2O+4e－=4OH－ C．此电池工作时溶液中阴离子向负极移动 D．该电池使用一段时间后应补充 KOH 溶液 7．把一小块镁铝合金放入 6 mol/L 的 NaOH 溶液中，可形成微型原电池。则该电池负极上 发生的电极反应为( ) A．Mg－2e－==Mg2+ B．Al+4OH－－3e－==AlO2－+2H2O C．4OH－－4e－==2H2O+O2↑ D．2H2O+2e－==2OH－+H2↑ 8．某可充电的锂离子电池以 LiMn2O4 为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含 Li+导电固体为 电解质。放电时的电池反应为：Li+LiMn2O4=Li2Mn2O4。下列说法不正确的是 A．放电时，负极反应为：Li—e-=Li+ B．放电时，正极反应为：Li++e-=Li C．充电时，阳极反应为：Li2Mn2O4—e-= Li++LiMn2O4 D．充电时，阴极反应为：Li++e-=Li 9．如图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞溶液的 NaCl 饱和溶液，C （Ⅰ）、C（Ⅱ）为多孔石墨电极。断开 S2，接通 S1 后，C（Ⅰ）附近溶 液变红，两玻璃管中有气体生成。一段时间后（两玻璃管中液面未脱离 电极），断开 S1，接通 S2，电流表的指针发生偏转。说明此时该装置形 成了原电池，关于该原电池的叙述，正确的是（ ）。 A．C（Ⅰ）的电极名称是阴极 B．C（Ⅱ）的电极名称是负极 C．C（Ⅰ）的电极反应式是 2H++2e－==H2↑ D．C（Ⅱ）的电极反应式是 Cl2+2e－==2Cl－ 10．下列关于右图装置的说法正确的是 A．若断开 K1 连接 K2，X、Y 均为石墨，Z 是 NaCl 溶液，则 X 附近能得到氢氧化钠 B．若断开 K1 连接 K2，X 是纯铜，Y 是粗铜，Z 是 CuSO4 溶液，则该 装置可用于铜的精炼 C．若断开 K2 连接 K1，X 是 Cu，Y 是 Fe，Z 是含有空气的海水，则该 装置可用于保护 Fe D．若断开 K2 连接 K1，X 是 Cu，Y 是 Zn，Z 是稀 H2SO4，则溶液中的 SO42-移向 Y 极 11．铅蓄电池的示意图如右图所示。下列说法正确的是 A．放电时，N 为负极，其电极反应式为： PbO2+SO42－+4H++2e－=PbSO4+2H2O B．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加 C．充电时，阳极反应式为：PbSO4+2e－= Pb+SO42－9 D．充电时，若 N 连电源正极，则该极生成 PbO2 12．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是 A．a 和 b 用导线连接时，正极发生的反应：Cu2+ +2e- ==Cu B．a 和 b 不连接时，铁片质量会增加，原因是发生：Cu2+ + Fe = Cu + Fe2+ C．无论 a 和 b 是否连接，铁片均被腐蚀，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a 和 b 分别连接电源正、负极，Cu 电极发生的反应： 4OH- —4e- == 2H2O + O2 ↑ 13．（2016 浙江高考）金属（M）—空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点， 有 望 成 为 新 能 源 汽 车 和 移 动 设 备 的 电 源 。 该 类 电 池 放 电 的 总 反 应 方 程 式 为 4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能 释放出的最大电能。下列说法不正确的是（ ） A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电 极表面 B．比较 Mg、Al、Zn 三种金属一空气电池，Al—空气电池的理论比能量最高 C．M—空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne－=4M(OH)n D．在 Mg—空气电池中，为防止负极区沉积 Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交 换膜 14．用石墨作阳极，Fe 作阴极，电解 H2SO4 溶液，下列说法正确的是 A．阴极反应式为：O2+4H++4e－＝2H2O B．阳极反应式为：4OH――4e―==2H2O+O2↑ C．电解后溶液的 PH 不变 D．电解时 SO42— 向阳极移动 二、填空题： 1．某原电池中，电解质溶液为 KOH(aq)，分别向负极通入 C2H4、CO，分别向正极通入 O2， 试完成下列问题： (1)当分别通入 C2H4 和 O2 时： ①正极反应：_______________； ②负极反应：_______________； ③电池总反应：________________________； ④溶液 pH 的变化：__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。 (2)当分别通入 CO 和 O2 时： ①正极反应：_______________； ②负极反应：_______________； ③电池总反应：_______________；10 ④溶液 pH 的变化：_______________． 2．(2015 人大附中) 如图是一个用铂丝作电极,电解的 MgSO4 稀溶液的装置,电解液中加有 中性红指示剂,此时溶液呈红色。(指示剂的 pH 变色范围:6.8~8.0,酸色—红色,碱色—黄色) 回答下列问题: (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是　　　　　(填编号); ①A 管溶液由红变黄 ②B 管溶液由红变黄 ③A 管溶液不变色 ④B 管溶液不变色 (2)写出 A 管中发生的反应:　　　　　　　　　　; (3)写出 B 管中发生的反应:　　　　　　　　　　; (4)检验 a 管中气体的方法是　　　　　　　　　　; (5)检验 b 管中气体的方法是　　　　　　　　　　; (6)电解一段时间后, 切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是　　　　　　　　　。 3．已知：4NH3(g) + 3O2(g) == 2N2(g) + 6H2O(g) ΔH = ―1 316 kJ/mol 氨是一种潜在的清洁能源，可用作碱性燃料电池的燃料。 ① 能利用该反应设计成电池的原因是 。 ② 燃料电池的负极反应式是 。 4． 最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水具有工艺流程简单、电耗较低等优点， 其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸， 总反应为：2CH3CHO + H2O CH3CH2OH + CH3COOH 实验室中，以一定浓度的乙醛—Na2SO4 溶液为电解质溶液，模 拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如右图所示。 （1）若以甲烷燃料电池为直流电源，则燃料电池中 b 极应通入 （填化学式）气体。 （2）电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气 体。电极反应如下： 阳极：① 4OH- - 4e- == O2↑+ 2H2O ② 阴极：① ② CH3CHO + 2e- + 2H2O == CH3CH2OH + 2OH- （3）电解过程中，阴极区 Na2SO4 的物质的量 （填“增大”、“减小”或“不变”）。11 5．有人研究反应 AsO43－+2I－+2H+==AsO33－+I2+H2O 时，认为该反应是可逆反应，为了验 证该想法，他根据平衡移动原理设计出如图所示的实验装置(装置中盐桥的作用是使整个装 置形成一个闭合回路)。 (1)请你参与探究：用实验证明他的观点。 ①假设该反应是可逆反应，反应的离子方程式为____________ 。 ②该实验中 C1 和 C2 两电极可以是同种材料吗？________。查阅有关资料得知 Fe 的还 原性比 I－和 AsO33－都强，在 Zn、Al、Pt、C 棒几种材料中，可用于该实验的电极材料是 ________。 ③实验开始时，按图组装好实验装置，向 A 烧杯中加入适量 2 mol/L KI 溶液，向 B 烧 杯中加入适量 1 mol/L Na3AsO4 溶液，再向 B 烧杯中逐滴加入浓盐酸，发生的现象是电流表 ________；A 中________ 。此过程中，C1 棒发生的反应为________ 。 (2)若要证明反应可逆向进行，在 40％ NaOH 溶液、4％ NaOH 溶液、碘水、Na3AsO3 溶液几种试剂中，必须向 B 烧杯中滴加________溶液。 ①证明该反应是可逆反应的事实是________ 。 ②操作(2)过程中，C2 棒发生的反应为________ 。12 【答案与解析】 一选择题 1．D 【解析】由于所给电池的电解质溶液为氢氧化钾溶液，所以该电池为碱性电池。在书写碱性 电池的电极反应式时，方程式中不得出现 H+，因此立即排除 B、C。在碱性电池中，负极的 Zn 失去电子形成的 Zn2+应该与 OH－结合为 Zn(OH)2，因此 A 错误。 2．D 【解析】从题干中的总反应式可以看出，电池工作时，整个溶液中的离子的 OH－物质的量 不变。 3．D 【解析】A 项 A 极（阳极）电极反应为 4OH--4e-=2H2O+O2↑，生成氧气，不能析出铜，故 错误；B 项甲烧杯中 B 极上的电极反应为 Cu2++2e-=Cu，故错误；C 项乙烧杯 C 极上电极反 应为 2Cl--2e-=Cl2↑，故错误；D 项 D 极（阴极）电极反应为 2H++4e-=H2↑，H+放电破坏了 水的电离平衡，导致 D 极附近溶液呈碱性（NaOH 生成），故正确。故选 D。 4．C 【解析】C 项，阳极应失电子，反应为：2Fe(OH)3－6e－+ 10 OH－= 2FeO42－+ 8H2O5．D 【解析】充电时，阳极反应为：Ni(OH)2－2e－+2OH－=NiO2+2H2O；阳极附近 OH－离子浓度 降低，则阳极附近溶液的 pH 降低。 6．B 【解析】B 项，正极发生的是还原反应。 7．B 【解析】镁虽比铝活泼，但原电池的正负极不仅与电极金属的活泼性有关，而且与电解质溶 液有关，在 NaOH 溶液中 Al 能与碱反应，而镁较难与 NaOH 溶液反应，所以铝作负极。 8．B 【解析】放电时，正极反应为：Li++LiMn2O4+e-= Li2Mn2O4 9．D 【解析】断开 S2，接通 S1，该装置是电解装置，C（Ⅰ）附近溶液变红，说明是 H+放电后 留下了 OH－，即 C（Ⅰ）是阴极，C（Ⅱ）是阳极，断开 S1，接通 S2，则原装置中的 H2、Cl2 构成燃料电池，则 C（Ⅰ）是负极，C（Ⅱ）是正极，故选项 A、B。均不正确；C 项，形 成原电池时，C（Ⅰ）极电极反应式为：H2－2e－+2OH－==2H2O；D 项正确。 10．D 11．D 【解析】A 项，放电时，N 应为正极；B 项，放电时，c(H2SO4)减少；C 项，充电时，阳极 反应式为：PbSO4+2H2O－2e－=PbO2+4H++SO42－。 12．D 【解析】D 项，a 和 b 分别连接电源正、负极，Cu 电极发生的反应为：Cu —2e- ==Cu2+ 13．C 【解析】本题考查电极材料的选择、金属得失电子的关系、电极反应式、电解液成分的选择 等。金属 M 失电子，作负极，总反应式为 4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n 推出正极反应物是 O2。 多孔石墨电极主要是增大接触面积，有利于气体的扩散与反应，A 项正确；单位质量释放的 电能最大也就是转移电子数最多，转移相同电子数时 Al 的质量最小，理论比能量最高，B 项正确；中间是阴离子交换膜，所以 Mn+不会转移到正极参与反应，正极反应为 O2+2H2O+4e13 －=4OH－，C 项错误；Mg—空气电池中，易在负极生成 Mg(OH)2 沉淀，采用阳离子交换膜， 则 Mg2+转移到正极反应生成沉淀，同时负极区不能显碱性，D 项正确。故选 C。 14．BD 二、填空题 1．【答案】(1)①3O2＋12e－＋6H2O＝12OH－ ②C2H4－12e－＋16OH－＝2CO ＋10H2O ③ C2H4＋3O2＋4OH－＝2CO ＋4H2O ④减小 (2) (1)①O2＋4e－＋4H＋＝2H2O ②2CO－4e－＋2H2O＝2CO2＋4H＋ ③2CO＋O2＝2CO2↑ ④不变 2．【答案】(1)①④ (2)2H++2e- H2↑、Mg2++2OH- Mg(OH)2↓ (3)4OH--4e- 2H2O+O2↑ (4 )用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有蓝色火焰 (5)用拇指按住管口,取出试管,放开 拇指,将带有火星的木条伸入试管内,木条复燃 (6)溶液呈红色,白色沉淀溶解(或大部分溶解) 【解析】由装置图可知 A 为电解池的阴极,电极反应为:4H++4e- 2H2↑;B 为电解池的阳极, 电极反应为:4OH--4e- 2H2O+O2↑。根据放电情况可知 A 极由于 H+放电附近显碱性,指示剂 应显黄色,同时还会发生反应 Mg2++2OH- Mg(OH)2↓;B 极由 于 OH-放电附近显酸性,指示剂 仍显本身的颜色红色。在检验 H2 时利用其可燃性,检验 O2 时利用其能使带火星的木条复燃的 性质进行检验。由于该电解池实质是电解水,所以将电解液倒入烧杯后,整个溶液呈中性,故 指示剂变红,Mg(OH)2 沉淀会消失。 3．【答案】① 该反应为氧化还原反应，且为放热反应 ② 2NH3―6e- + 6OH- == N2↑+ 6H2O 4．【答案】 （1）CH4 （2）CH3CHO -2e- + H2O == CH3COOH + 2H+ 4H+ + 4e- =2H2↑或 4H2O + 4e- = 2H2↑+ 4OH- （写成“2H+ + 2e- == H2↑”也可） （3）不变 5．【答案】(1)①AsO43－+2I－+2H+ AsO33－+I2+H2O ②可以 Pt 或 C 棒 ③指针发生偏转 溶液由无色变为黄褐色 2I－－2e－==I2 (2)40％NaOH 溶液 ①两次操作，指针偏转方向相反 ②AsO33－+H2O－2e－==AsO43－+2H+ 【解析】正逆反应均构成原电池，由可逆反应知，①加入浓盐酸时，c (H+)增大，平衡正向 进行(向右移动)，I－变成 I2，C1 电极反应为 2I－－2e－==I2，电子从 C1 流向 C2，AsO43－得电 子作正极。加碱时反应逆向进行，AsO33－失去电子变成 AsO43－，C2 电极反应为 AsO33－+H2O －2e－==AsO43－+2H+，I2 得电子作正极。酸性和碱性时的电流方向相反。 −2 3 −2 3