微专题训练(六)电化学中的电极反应式书写1.[2020·浙江嘉兴一中模拟] NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理如图W6-1,下列判断正确的是()图W6-1A.石墨电极Ⅱ为电池负极B.电池中N O3-从石墨电极Ⅰ向石墨电极Ⅱ作定向移动C.石墨电极Ⅰ发生的电极反应为NO2+N O3--e-N2O5D.每消耗1 mol NO2转移电子2 mol2.一种新型的电池,总反应为3Zn+2Fe O42-+8H2O2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-,其工作原理如图W6-2所示。
下列说法不正确的是()图W6-2A.Zn极是负极,发生氧化反应B.随着反应的进行,溶液的pH增大C.电子由Zn极流出到石墨电极,再经过溶液回到Zn极,形成回路D.石墨电极上发生的反应为Fe O42-+3e-+4H2O Fe(OH)3↓+5OH-3.[2020·浙江慈溪高三模拟] 锂-空气电池的装置示意图如图W6-3,以金属锂作电极,从空气中获得O2。
下列说法正确的是()图W6-3A.锂作负极,电极反应式为Li-e-+OH-LiOHB.若隔膜被腐蚀,不会影响该电池正常使用C.多孔碳电极上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-D.应用该电池电镀铜,若析出64 g Cu,理论上消耗11.2 L O24.2019年诺贝尔化学奖授予在锂电池发展上做出贡献的三位科学家。
某可连续工作的液流锂离子储能电池放电时工作原理如图W6-4所示,下列说法正确的是()图W6-4A.放电时,储罐中发生反应:S2O82-+2Fe2+2Fe3++2S O42-B.放电时,Li电极发生了还原反应C.放电时,Ti电极发生的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+D.Li+选择性透过膜可以通过Li+和H2O5.将CH4设计成燃料电池,其利用率更高,装置如图W6-5所示(A、B为多孔性碳棒),持续通入甲烷,在标准状况下,消耗甲烷体积为V L。
则下列说法正确的是()图W6-5A.OH-由A端移向B端B.0<V≤22.4时,电池总反应的化学方程式为CH4+2O2+KOH KHCO3+2H2OC.22.4<V≤44.8时,负极电极反应为CH4+9C O32-+3H2O-8e-10HC O3-D.V=33.6时,溶液中阴离子浓度大小关系为c(C O32-)>c(HC O3-)>c(OH-)6.[2020·浙江宁波十校高三联考] 以铅蓄电池为电源电解制备单质锰的实验装置如图W6-6,阳极以稀硫酸为电解液,阴极以硫酸锰和硫酸混合液为电解液,电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向。
下列说法正确的是()图W6-6A.M发生的电极反应为PbO2+S O42-+4H++2e-PbSO4+2H2OB.左侧气孔逸出的气体可能为副产物O2C.电解槽中发生的总反应为2MnSO4+2H2O2Mn+O2↑+2H2SO4D.若用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,阴极可能得到MnO27.一种锂铜可充电电池,工作原理如图W6-7。
在该电池中,非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开。
下列说法中不正确的是()图W6-7A.放电时,N极的电极反应式为Cu2++2e-CuB.放电时,M极的电极反应式为Li-e-Li+C.充电时,阴极反应为Li++e-LiD.充电时,接线柱A应与外接电源的正极相连8.NO2是大气污染的主要污染物之一;硝酸盐是水体污染的污染物之一。
电化学降解N O3-的原理如图W6-8所示,阴极电极反应式为。
图W6-89.利用电解甲醇水溶液制备氢气最大的优点就是需要的电压低,装置如图W6-9,写出阳极电极反应式:,电解的总反应方程式为。
图W6-910.NO2可通过电解制备绿色硝化试剂N2O5。
图W6-10是其原理示意图。
图W6-10阳极区生成N2O5的电极反应式是。
11.[2020·浙江余姚中学高三模拟] 工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2,得溶液X,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置示意图如图W6-11。
(1)在阳极区发生的反应包括和H++HC O3-H2O+CO2↑。
图W6-11(2)简述C O32-在阴极区再生的原理:。
12.工业上常采用图W6-12所示电解装置电解K4[Fe(CN)6]和KHCO3混合溶液,电解一段时间后,通入H2S加以处理。
利用生成的铁的化合物K3[Fe(CN)6]将气态废弃物中的H2S转化为可利用的S,自身转化为K4[Fe(CN)6]。
图W6-12(1)电解时,阳极的电极反应式为。
(2)当有16 g S析出时,阴极产生的气体在标准状况下的体积为。
13.锂-空气电池是前景很广的新型电池,但锂和空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气等发生副反应是锂-空气电池的致命缺陷。
所以应在锂金属电极上加一个保护层。
该技术的核心是锂表面增加了一层由碳酸锂/碳(Li2CO3/C)组成的致密的保护性涂层。
涂层的过程:利用熔融碳酸盐作电解质,直接由锂金属电极与二氧化碳通过10次充放电循环,在电极的表面进行化学反应来完成。
写出锂电极生成致密保护涂层的电极反应式:。
利用一种钾盐水溶液作电解质溶液,CO2电催化还原为乙烯,如图W6-13所示。
在阴极上产生乙烯的电极反应式为。
图W6-1314.以甲醇为主要原料电化学合成碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]的反应原理如下:4CH3OH+2CO+O22(CH3O)2CO+2H2O。
由图W6-14可知B极为电源(填“正”或“负”)极,阳极电极反应式是。
图W6-14答案1.C[解析] 石墨电极Ⅱ为电池正极,故A错误;石墨电极Ⅰ为原电池的负极,原电池工作时,阴离子向负极移动,即N O3-从石墨电极Ⅱ向石墨电极Ⅰ作定向移动,故B错误;石墨电极Ⅰ为原电池的负极,NO2被氧化,氮元素化合价升高,应生成N2O5,电极反应为NO2+N O3--e-N2O5,故C正确;由石墨电极Ⅰ反应为NO2+N O3--e-N2O5可知,每消耗1 mol NO2转移1 mol电子,故D错误。
2.C[解析] 根据电池总反应,Zn的化合价升高,根据原电池的工作原理,锌作负极,发生氧化反应,故A说法正确;根据电池总反应方程式,生成OH-,溶液的pH增大,故B说法正确;根据原电池的工作原理,电子从Zn电极流出经外电路流向石墨电极,电解质溶液中是阴阳离子定向移动,没有电子通过,故C说法错误;负极电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,正极反应式为Fe O42-+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH-,故D说法正确。
3.C[解析] 根据图中所示,该电池总反应为4Li+O2+2H2O4LiOH;其中,Li作负极,电极反应式为Li-e-Li+;多孔碳电极作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。
Li作负极,电极反应式为Li-e-Li+,A项错误;Li可与水反应,若隔膜被腐蚀,会影响该电池的正常使用,B项错误;多孔碳电极作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,C项正确;用该电池电镀64 g Cu(1 mol),则电路中转移电子2 mol,即消耗O2 0.5 mol,但是题中并未说明标况,所以不能使用V m=22.4 L·mol-1进行计算,D项错误。
4.A[解析] 储能电池中锂为负极,失去电子生成锂离子,钛电极为正极,溶液中的铁离子得到电子生成亚铁离子,储罐中亚铁离子与S2O82-反应,反应的离子方程式为S2O82-+2Fe2+2Fe3++2S O42-,故A正确;放电时锂失去电子发生氧化反应,故B错误;放电时,Ti电极发生的电极反应式为Fe3++e-Fe2+,故C错误;Li+选择性透过膜可以通过Li+,不能通过水,故D错误。
5.C[解析] 由题意可知,n(KOH)=2 mol·L-1×1 L=2 mol,可能先后发生反应:①CH4+2O2CO2+2H2O、②CO2+2KOHK2CO3+H2O、③K2CO3+CO2+H2O2KHCO3。
燃料电池中,通入CH4的一端为原电池的负极,通入空气的一端为原电池的正极,在原电池中阴离子向负极移动,OH-由B端移向A端,A项错误;当0<V≤22.4时,0<n(CH4)≤1 mol,则0<n(CO2)≤1 mol,只发生反应①②,则电池总反应为CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2O,B项错误;当22.4<V≤44.8,1mol<n(CH4)≤2 mol,则1 mol<n(CO2)≤2 mol,发生反应①②③,得到K2CO3和KHCO3混合溶液或KHCO3溶液,则负极反应式为CH4-8e-+9C O32-+3H2O10HC O3-,C项正确;当V=33.6时,n(CH4)=1.5 mol,n(CO2)=1.5 mol,则电池总反应为3CH4+6O2+4KOH K2CO3+2KHCO3+7H2O,则得到含0.5 mol K2CO3和1 mol KHCO3的溶液,则c(HC O3-)>c(C O32-)>c(OH-),D项错误。
6.C[解析] 电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向,说明石墨是阳极,N为正极,M为负极,铂为阴极。
M为负极,应是Pb失去电子,A项错误;铂电极为阴极,左侧气孔逸出的气体可能为副产物H2,B项错误;阴极得到Mn,阳极得到O2,因此电解槽中发生的总反应为2MnSO4+2H2O2Mn+O2↑+2H2SO4,C项正确;若用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,阴极是化合价降低,不可能得到MnO2,D项错误。
7.D[解析] 由图可知,放电时Cu2+向N极移动,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-Cu,A项正确;Li是活泼金属,放电时失电子发生氧化反应,电极反应式为Li-e-Li+,B项正确;充电时,Li+在阴极放电生成Li,则阴极反应式为Li++e-Li,C项正确;充电时,接线柱A接外接电源的负极,D项错误。
8.2N O3-+12H++10e-N2↑+6H2O[解析] 由图示知在Pt-Ag电极上N O3-发生还原反应,因此Pt-Ag电极为阴极,则b为电源负极,a为电源正极,在阴极N O3-得电子发生还原反应生成N2,利用电荷守恒与原子守恒知有氢离子参与反应且有水生成,所以阴极的电极反应式为2N O3-+12H++10e-N2↑+6H2O。
9.CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+CH3OH+H2O CO2↑+3H2↑[解析] 利用电解甲醇水溶液的装置图分析,由CH3OH→CO2知C的化合价升高,失电子,作阳极,则阳极电极反应式为CH3OH-6e-+H2O CO2↑+6H+;阴极是H2O→H2,发生了还原反应,所以电解的总反应方程式为CH3OH+H2OCO2↑+3H2↑。