資源簡介

題型突破　電極反應(yīng)式書寫及電化學(xué)計(jì)算
1.(2024·浙江6月選考)氫能的高效利用途徑之一是在燃料電池中產(chǎn)生電能。某研究小組的自制熔融碳酸鹽燃料電池工作原理如圖所示,正極上的電極反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　　。
該電池以3.2 A恒定電流工作14分鐘,消耗H2體積為0.49 L,故可測得該電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為　　　　。[已知:該條件下H2的摩爾體積為24.5 mol·L-1;電荷量q(C)=電流I(A)×?xí)r間(s);NA=6.0×1023 mol-1;e=1.60×10-19 C。]
2.(2024·浙江1月選考)通過電化學(xué)、熱化學(xué)等方法,將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH等化學(xué)品,是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的途徑之一。請回答:
某研究小組采用電化學(xué)方法將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,裝置如圖。電極B上的電極反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
3.(2023·北京卷)近年研究發(fā)現(xiàn),電催化CO2和含氮物質(zhì)(N等)在常溫常壓下合成尿素,有助于實(shí)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(yīng)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(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
4.(2022·湖南卷)2021年我國制氫量位居世界第一,煤的氣化是一種重要的制氫途徑。回答下列問題:
一種脫除和利用水煤氣中CO2方法的示意圖如下:
利用電化學(xué)原理,將CO2電催化還原為C2H4,陰極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　。
5.(2022·重慶卷)反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在工業(yè)上有重要應(yīng)用。該反應(yīng)可采用電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn),反應(yīng)裝置如圖所示。
(1)固體電解質(zhì)采用　　　　(填“氧離子導(dǎo)體”或“質(zhì)子導(dǎo)體”)。
(2)陰極的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)同溫同壓下,相同時(shí)間內(nèi),若進(jìn)口Ⅰ處n(CO)∶n(H2O)=a∶b,出口Ⅰ處氣體體積為進(jìn)口Ⅰ處的y倍,則CO的轉(zhuǎn)化率為　　　　(用a,b,y表示)。
1.“九看”解答電化學(xué)問題
“看” 思維
看情境“明類型” 有無電源→電池類型
看圖像“定電極” 物質(zhì)變化→電極反應(yīng)
看目的“誰變誰” 價(jià)態(tài)升降→得失電子
看反應(yīng)“誰放電” 電極性質(zhì)→放電順序
看離子“斷方向” 正正負(fù)負(fù)(原電池)→ 陰陽相吸(電解池)
看電極“知增減” 正增負(fù)減(原電池), 陰盛陽衰(電解池)
看隔膜“誰通過” 粒子種類→遷移方向
看介質(zhì)“誰配平” 導(dǎo)電粒子:酸、堿性
看鹽橋“知守恒” 陽離子移向正極區(qū), 陰離子移向負(fù)極區(qū)
2.“串聯(lián)”類裝置的解題流程
1.(2024·重慶涪陵質(zhì)檢)鎳鎘電池是二次電池,其工作原理示意圖如下(L為小燈泡,K1、K2為開關(guān),a、b為直流電源的兩極)。
斷開K2,合上K1,鎳鎘電池的能量轉(zhuǎn)化形式為　　　　　　,電極A為　　　　(填“正”或“負(fù)”)極,發(fā)生　　　　(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),電極B的電極反應(yīng)式為　　　　　。
2.(2024·山東淄博質(zhì)檢)利用(Q)與電解轉(zhuǎn)化法從煙氣中分離CO2的原理如圖所示。
已知?dú)怏w可選擇性透過膜電極,溶液不能透過。a為電源　　　　(填“正”或“負(fù)”)極,分離出的CO2從出口　　　　(填“1”或“2”)排出,溶液中Q的物質(zhì)的量　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
3.(2024·黑龍江牡丹江階段練)堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示。
其中在VB2電極發(fā)生的反應(yīng)為VB2+16OH--11e-===V+2B(OH+4H2O,負(fù)載通過0.04 mol電子時(shí),有　　　　 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)。正極區(qū)溶液pH　　　　(填“升高”或“降低”,下同),負(fù)極區(qū)溶液的pH　　　　,電池的總反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
4.(2024·江蘇南通模擬)電催化還原CO2是當(dāng)今資源化利用二氧化碳的重點(diǎn)課題,常用的陰極材料有有機(jī)多孔電極材料、銅基復(fù)合電極材料等。一種有機(jī)多孔電極材料(銅粉沉積在一種有機(jī)物的骨架上)電催化還原CO2的裝置示意圖如圖1所示。控制其他條件相同,將一定量的CO2通入該電催化裝置中,陰極所得產(chǎn)物及其物質(zhì)的量與電壓的關(guān)系如圖2所示。
(1)電解前需向電解質(zhì)溶液中持續(xù)通入過量CO2的原因是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)控制電壓為0.8 V,電解時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為　　　　　 mol。
(3)科研小組利用13CO2代替原有的CO2進(jìn)行研究,其目的是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
5.(2024·山東濟(jì)寧專題練)氮是空氣中含量最多的元素,在自然界中的存在十分廣泛,實(shí)驗(yàn)小組對不同含氮物質(zhì)做了相關(guān)研究。利用電化學(xué)原理脫硝可同時(shí)獲得電能,其工作原理如圖所示。則負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　,
當(dāng)外電路中有2 mol電子通過時(shí),理論上通過質(zhì)子膜的微粒的物質(zhì)的量為　　　　　 。
6.(2024·湖北武漢模擬)工業(yè)上可用如圖所示的裝置電解NiSO4溶液制備Ni和較濃的硫酸,則該電解池的陽極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
7.(2024·江西南昌模擬)天津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以KOH溶液為電解質(zhì)溶液,CoP和Ni2P納米片為催化電極材料,電催化合成偶氮化合物(RCN,R代表烴基)的裝置如圖所示:
Ni2P極作　　　　極,電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　;
CoP極作　　　　極,電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　。
題型突破　電極反應(yīng)式書寫及電化學(xué)計(jì)算
1.(2024·浙江6月選考)氫能的高效利用途徑之一是在燃料電池中產(chǎn)生電能。某研究小組的自制熔融碳酸鹽燃料電池工作原理如圖所示,正極上的電極反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　　。
該電池以3.2 A恒定電流工作14分鐘,消耗H2體積為0.49 L,故可測得該電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為　　　　。[已知:該條件下H2的摩爾體積為24.5 mol·L-1;電荷量q(C)=電流I(A)×?xí)r間(s);NA=6.0×1023 mol-1;e=1.60×10-19 C。]
答案　O2+4e-+2CO2===2C　70%
解析　根據(jù)題干信息,該燃料電池中H2為負(fù)極,O2為正極,熔融碳酸鹽為電解質(zhì)溶液,故正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2===2C。該條件下,0.49 L H2的物質(zhì)的量為n(H2)==0.02 mol,工作時(shí),H2失去電子:H2-2e-===2H+,所帶電荷量為2×0.02 mol×6.0×1023 mol-1×1.60×10-19=3 840 C,工作電荷量為3.2×14×60=2 688 C,則該電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為×100%=70%。
2.(2024·浙江1月選考)通過電化學(xué)、熱化學(xué)等方法,將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH等化學(xué)品,是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的途徑之一。請回答:
某研究小組采用電化學(xué)方法將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,裝置如圖。電極B上的電極反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　CO2+2e-+2H+===HCOOH
解析　電極B是陰極,則電極反應(yīng)式是CO2+2e-+2H+===HCOOH。
3.(2023·北京卷)近年研究發(fā)現(xiàn),電催化CO2和含氮物質(zhì)(N等)在常溫常壓下合成尿素,有助于實(shí)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(yīng)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(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)陽　(2)2N+16e-+CO2+18H+===CO(NH2)2+7H2O
4.(2022·湖南卷)2021年我國制氫量位居世界第一,煤的氣化是一種重要的制氫途徑。回答下列問題:
一種脫除和利用水煤氣中CO2方法的示意圖如下:
利用電化學(xué)原理,將CO2電催化還原為C2H4,陰極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　2CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O、AgCl+e-===Ag+Cl-
解析　利用電化學(xué)原理,將CO2電催化還原為C2H4,陰極上發(fā)生還原反應(yīng),陽極上水放電生成氧氣和H+,H+通過質(zhì)子交換膜遷移到陰極區(qū)參與反應(yīng)生成乙烯,鉑電極和Ag/AgCl電極均為陰極,在電解過程中AgCl可以轉(zhuǎn)化為Ag,則陰極的電極反應(yīng)式為2CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O、AgCl+e-===Ag+Cl-。
5.(2022·重慶卷)反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在工業(yè)上有重要應(yīng)用。該反應(yīng)可采用電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn),反應(yīng)裝置如圖所示。
(1)固體電解質(zhì)采用　　　　(填“氧離子導(dǎo)體”或“質(zhì)子導(dǎo)體”)。
(2)陰極的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)同溫同壓下,相同時(shí)間內(nèi),若進(jìn)口Ⅰ處n(CO)∶n(H2O)=a∶b,出口Ⅰ處氣體體積為進(jìn)口Ⅰ處的y倍,則CO的轉(zhuǎn)化率為　　　　(用a,b,y表示)。
答案　(1)質(zhì)子導(dǎo)體　(2)2H++2e-===H2↑　(3)×100%
解析　(1)電解時(shí),一氧化碳和水均從陽極口進(jìn)入,陽極一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳,則氫氣要在陰極產(chǎn)生,故陽極產(chǎn)生二氧化碳的同時(shí)產(chǎn)生氫離子,氫離子通過固體電解質(zhì)進(jìn)入陰極附近得電子產(chǎn)生氫氣,故固體電解質(zhì)應(yīng)采用質(zhì)子導(dǎo)體;(2)電解時(shí),陰極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑;
(3)根據(jù)三段式:
同溫同壓下,氣體體積比等于物質(zhì)的量比,出口Ⅰ處氣體的物質(zhì)的量為(a+b)y mol,進(jìn)口Ⅰ處的氣體的物質(zhì)的量為(a+b) mol,則a-x+b-x+x=(a+b)y,x=(a+b)(1-y),CO的轉(zhuǎn)化率為×100%。
1.“九看”解答電化學(xué)問題
“看” 思維
看情境“明類型” 有無電源→電池類型
看圖像“定電極” 物質(zhì)變化→電極反應(yīng)
看目的“誰變誰” 價(jià)態(tài)升降→得失電子
看反應(yīng)“誰放電” 電極性質(zhì)→放電順序
看離子“斷方向” 正正負(fù)負(fù)(原電池)→ 陰陽相吸(電解池)
看電極“知增減” 正增負(fù)減(原電池), 陰盛陽衰(電解池)
看隔膜“誰通過” 粒子種類→遷移方向
看介質(zhì)“誰配平” 導(dǎo)電粒子:酸、堿性
看鹽橋“知守恒” 陽離子移向正極區(qū), 陰離子移向負(fù)極區(qū)
2.“串聯(lián)”類裝置的解題流程
1.(2024·重慶涪陵質(zhì)檢)鎳鎘電池是二次電池,其工作原理示意圖如下(L為小燈泡,K1、K2為開關(guān),a、b為直流電源的兩極)。
斷開K2,合上K1,鎳鎘電池的能量轉(zhuǎn)化形式為　　　　　　,電極A為　　　　(填“正”或“負(fù)”)極,發(fā)生　　　　(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),電極B的電極反應(yīng)式為　　　　　。
答案　化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能　負(fù)　氧化　NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
2.(2024·山東淄博質(zhì)檢)利用(Q)與電解轉(zhuǎn)化法從煙氣中分離CO2的原理如圖所示。
已知?dú)怏w可選擇性透過膜電極,溶液不能透過。a為電源　　　　(填“正”或“負(fù)”)極,分離出的CO2從出口　　　　(填“1”或“2”)排出,溶液中Q的物質(zhì)的量　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
答案　負(fù)　2　不變
3.(2024·黑龍江牡丹江階段練)堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示。
其中在VB2電極發(fā)生的反應(yīng)為VB2+16OH--11e-===V+2B(OH+4H2O,負(fù)載通過0.04 mol電子時(shí),有　　　　 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)。正極區(qū)溶液pH　　　　(填“升高”或“降低”,下同),負(fù)極區(qū)溶液的pH　　　　,電池的總反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　0.224　升高　降低　4VB2+11O2+20OH-+6H2O===8B(OH+4V
4.(2024·江蘇南通模擬)電催化還原CO2是當(dāng)今資源化利用二氧化碳的重點(diǎn)課題,常用的陰極材料有有機(jī)多孔電極材料、銅基復(fù)合電極材料等。一種有機(jī)多孔電極材料(銅粉沉積在一種有機(jī)物的骨架上)電催化還原CO2的裝置示意圖如圖1所示。控制其他條件相同,將一定量的CO2通入該電催化裝置中,陰極所得產(chǎn)物及其物質(zhì)的量與電壓的關(guān)系如圖2所示。
(1)電解前需向電解質(zhì)溶液中持續(xù)通入過量CO2的原因是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)控制電壓為0.8 V,電解時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為　　　　　 mol。
(3)科研小組利用13CO2代替原有的CO2進(jìn)行研究,其目的是　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)使陰極表面盡可能被CO2附著,減少析氫反應(yīng)的發(fā)生(減少氫離子在陰極上放電的概率),提高含碳化合物的產(chǎn)率　(2)2.8　(3)為確定陰極上生成的含碳化合物源自CO2而非有機(jī)多孔電極材料
解析　(1)電解前需向電解質(zhì)溶液中持續(xù)通入過量CO2的原因是使陰極表面盡可能被CO2附著,減少析氫反應(yīng)的發(fā)生(減少氫離子在陰極上放電的概率),提高含碳化合物的產(chǎn)率。(2)控制電壓為0.8 V,產(chǎn)生0.2 mol氫氣和0.2 mol乙醇,根據(jù)電極反應(yīng)2H++2e-===H2↑、2CO2+12e-+12H+===C2H5OH+3H2O,故電解時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為(0.4+2.4) mol=2.8 mol。(3)科研小組利用13CO2代替原有的CO2進(jìn)行研究,其目的是為確定陰極上生成的含碳化合物源自CO2而非有機(jī)多孔電極材料。
5.(2024·山東濟(jì)寧專題練)氮是空氣中含量最多的元素,在自然界中的存在十分廣泛,實(shí)驗(yàn)小組對不同含氮物質(zhì)做了相關(guān)研究。利用電化學(xué)原理脫硝可同時(shí)獲得電能,其工作原理如圖所示。則負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　,
當(dāng)外電路中有2 mol電子通過時(shí),理論上通過質(zhì)子膜的微粒的物質(zhì)的量為　　　　　 。
答案　NO-3e-+2H2O===N+4H+　2 mol
解析　該裝置為原電池,在原電池反應(yīng)中,負(fù)極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),正極上得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)圖示可知:NO在負(fù)極失去電子轉(zhuǎn)化為HNO3,電極反應(yīng)式為NO-3e-+2H2O===N+4H+;正極電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+===2H2O,即當(dāng)外電路中有2 mol電子通過時(shí),有2 mol H+通過質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)和O2結(jié)合生成H2O,根據(jù)電子守恒,通過質(zhì)子膜的微粒的物質(zhì)的量為2 mol。
6.(2024·湖北武漢模擬)工業(yè)上可用如圖所示的裝置電解NiSO4溶液制備Ni和較濃的硫酸,則該電解池的陽極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　2H2O-4e-===4H++O2↑
7.(2024·江西南昌模擬)天津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以KOH溶液為電解質(zhì)溶液,CoP和Ni2P納米片為催化電極材料,電催化合成偶氮化合物(RCN,R代表烴基)的裝置如圖所示:
Ni2P極作　　　　極,電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　;
CoP極作　　　　極,電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　陽　RCH2NH2-4e-+4OH-===RCN+4H2O　陰　2C6H5NO2+4H2O+8e-===(C6H5N)2+8OH-
解析　RCH2NH2→RCN,發(fā)生去氫的氧化反應(yīng),則Ni2P極為陽極,電極反應(yīng)式為RCH2NH2-4e-+4OH-===RCN+4H2O。C6H5NO2→(C6H5N)2,發(fā)生去氧的還原反應(yīng),則CoP極作陰極,電極反應(yīng)式為2C6H5NO2+4H2O+8e-===(C6H5N)2+8OH-。(共23張PPT)
第一篇　新高考題型突破
板塊Ⅵ　電化學(xué)
題型突破主觀題　題型突破　電極反應(yīng)式書寫及電化學(xué)計(jì)算
真題導(dǎo)航
核心整合
模擬預(yù)測
1.(2024·浙江6月選考)氫能的高效利用途徑之一是在燃料電池中產(chǎn)生電能。某研究小組的自制熔融碳酸鹽燃料電池工作原理如圖所示,正極上的電極反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　　。
該電池以3.2 A恒定電流工作14分鐘,消耗H2體積為0.49 L,故可測得該電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為
　　　　。[已知:該條件下H2的摩爾體積為24.5 mol·L-1; 電荷量q(C)=電流I(A)×?xí)r間(s);NA=6.0×1023 mol-1; e=1.60×10-19 C。]
O2+4e-+2CO2===2C
70%
解析　根據(jù)題干信息,該燃料電池中H2為負(fù)極,O2為正極,熔融碳酸鹽為電解質(zhì)溶液,故正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2===2C。該條件下,0.49 L H2的物質(zhì)的量為n(H2)==0.02 mol,工作時(shí),H2失去電子:H2-2e-===2H+,所帶電荷量為2×0.02 mol×6.0×1023 mol-1×1.60×10-19=3 840 C,工作電荷量為3.2×14×60=
2 688 C,則該電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為×100%=70%。
2.(2024·浙江1月選考)通過電化學(xué)、熱化學(xué)等方法,將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH等化學(xué)品,是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的途徑之一。請回答:
某研究小組采用電化學(xué)方法將CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH,裝置如圖。電極B上的電極反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　　　。
CO2+2e-+2H+===HCOOH
解析　電極B是陰極,則電極反應(yīng)式是CO2+2e-+2H+===HCOOH。
3.(2023·北京卷)近年研究發(fā)現(xiàn),電催化CO2和含氮物質(zhì)(N等)在常溫常壓下合成尿素,有助于實(shí)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(yīng)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(yīng)式是
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　。
陽
2N+16e-+CO2+18H+===CO(NH2)2+7H2O
4.(2022·湖南卷)2021年我國制氫量位居世界第一,煤的氣化是一種重要的制氫途徑。回答下列問題:
一種脫除和利用水煤氣中CO2方法的示意圖如下:
利用電化學(xué)原理,將CO2電催化還原為C2H4,陰極反應(yīng)式為
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O、AgCl+e-===Ag+Cl-
解析　利用電化學(xué)原理,將CO2電催化還原為C2H4,陰極上發(fā)生還原反應(yīng),陽極上水放電生成氧氣和H+,H+通過質(zhì)子交換膜遷移到陰極區(qū)參與反應(yīng)生成乙烯,鉑電極和Ag/AgCl電極均為陰極,在電解過程中AgCl可以轉(zhuǎn)化為Ag,則陰極的電極反應(yīng)式為2CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O、AgCl+e-===Ag+Cl-。
(1)固體電解質(zhì)采用　　　　(填“氧
離子導(dǎo)體”或“質(zhì)子導(dǎo)體”)。
(2)陰極的電極反應(yīng)式為
　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)同溫同壓下,相同時(shí)間內(nèi),若進(jìn)口Ⅰ處n(CO)∶n(H2O)=a∶b,出口Ⅰ處氣體體積為進(jìn)口Ⅰ處的y倍,則CO的轉(zhuǎn)化率為　　 　　(用a,b,y表示)。
質(zhì)子導(dǎo)體
2H++2e-===H2↑
×100%
解析　(1)電解時(shí),一氧化碳和水均從陽極口進(jìn)入,陽極一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳,則氫氣要在陰極產(chǎn)生,故陽極產(chǎn)生二氧化碳的同時(shí)產(chǎn)生氫離子,氫離子通過固體電解質(zhì)進(jìn)入陰極附近得電子產(chǎn)生氫氣,故固體電解質(zhì)應(yīng)采用質(zhì)子導(dǎo)體;(2)電解時(shí),陰極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑;
(3)根據(jù)三段式:
同溫同壓下,氣體體積比等于物質(zhì)的量比,出口Ⅰ處氣體的物質(zhì)的量為(a+b)y mol,進(jìn)口Ⅰ處的氣體的物質(zhì)的量為(a+b) mol,則a-x+b-x+x=(a+b)y,x=(a+b)(1-y),CO的轉(zhuǎn)化率為×100%。
1.“九看”解答電化學(xué)問題
“看” 思維
看情境“明類型” 有無電源→電池類型
看圖像“定電極” 物質(zhì)變化→電極反應(yīng)
看目的“誰變誰” 價(jià)態(tài)升降→得失電子
看反應(yīng)“誰放電” 電極性質(zhì)→放電順序
看離子“斷方向” 正正負(fù)負(fù)(原電池)→陰陽相吸(電解池)
看電極“知增減” 正增負(fù)減(原電池),陰盛陽衰(電解池)
看隔膜“誰通過” 粒子種類→遷移方向
看介質(zhì)“誰配平” 導(dǎo)電粒子:酸、堿性
看鹽橋“知守恒” 陽離子移向正極區(qū),陰離子移向負(fù)極區(qū)
2.“串聯(lián)”類裝置的解題流程
1.(2024·重慶涪陵質(zhì)檢)鎳鎘電池是二次電池,其工作原理示意圖如下(L為小燈泡,K1、K2為開關(guān),a、b為直流電源的兩極)。
斷開K2,合上K1,鎳鎘電池的能量轉(zhuǎn)化形式為　　 　　　　,電極A為　　　　(填“正”或“負(fù)”)極,發(fā)生　　　　(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),電極B的電極反應(yīng)式為
　 　　　　。
化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
負(fù)
氧化
NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
已知?dú)怏w可選擇性透過膜電極,溶液不能透過。a為電源　　　　(填“正”或“負(fù)”)極,分離出的CO2從出口　　　　(填“1”或“2”)排出,溶液中Q的物質(zhì)的量　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
負(fù)
2
不變
3.(2024·黑龍江牡丹江階段練)堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示。
其中在VB2電極發(fā)生的反應(yīng)為VB2+16OH--11e-===V+2B(OH+4H2O,負(fù)載通過0.04 mol電子時(shí),有　　　　 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2參與反應(yīng)。正極區(qū)溶液pH　　　　(填“升高”或“降低”,下同),負(fù)極區(qū)溶液的pH　　　　,電池的總反應(yīng)式為
　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　。
0.224
升高
降低
4VB2+11O2+20OH-+6H2O===8B(OH+4V
4.(2024·江蘇南通模擬)電催化還原CO2是當(dāng)今資源化利用二氧化碳的重點(diǎn)課題,常用的陰極材料有有機(jī)多孔電極材料、銅基復(fù)合電極材料等。一種有機(jī)多孔電極材料(銅粉沉積在一種有機(jī)物的骨架上)電催化還原CO2的裝置示意圖如圖1所示。控制其他條件相同,將一定量的CO2通入該電催化裝置中,陰極所得產(chǎn)物及其物質(zhì)的量與電壓的關(guān)系如圖2所示。
(1)電解前需向電解質(zhì)溶液中持續(xù)通入過量CO2的原因是
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)控制電壓為0.8 V,電解時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為　　　　　 mol。
(3)科研小組利用13CO2代替原有的CO2進(jìn)行研究,其目的是
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
使陰極表面盡可能被CO2附著,減少析氫反應(yīng)的發(fā)生(減少氫離子在陰極上放電的概率),提高含碳化合物的產(chǎn)率
2.8
為確定陰極上生成的含碳化合物源自CO2而非有機(jī)多孔電極材料
解析　(1)電解前需向電解質(zhì)溶液中持續(xù)通入過量CO2的原因是使陰極表面盡可能被CO2附著,減少析氫反應(yīng)的發(fā)生(減少氫離子在陰極上放電的概率),提高含碳化合物的產(chǎn)率。(2)控制電壓為0.8 V,產(chǎn)生0.2 mol氫氣和0.2 mol乙醇,根據(jù)電極反應(yīng)2H++2e-===H2↑、2CO2+12e-+12H+===C2H5OH+3H2O,故電解時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為(0.4+2.4) mol=2.8 mol。(3)科研小組利用13CO2代替原有的CO2進(jìn)行研究,其目的是為確定陰極上生成的含碳化合物源自CO2而非有機(jī)多孔電極材料。
5.(2024·山東濟(jì)寧專題練)氮是空氣中含量最多的元素,在自然界中的存在十分廣泛,實(shí)驗(yàn)小組對不同含氮物質(zhì)做了相關(guān)研究。利用電化學(xué)原理脫硝可同時(shí)獲得電能,其工作原理如圖所示。則負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　, 當(dāng)外電路中有2 mol電子通過時(shí),理論上通過質(zhì)子膜的微粒的物質(zhì)的量為　　　　　 。
NO-3e-+2H2O===N+4H+
2 mol
解析　該裝置為原電池,在原電池反應(yīng)中,負(fù)極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),正極上得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)圖示可知:NO在負(fù)極失去電子轉(zhuǎn)化為HNO3,電極反應(yīng)式為NO-3e-+2H2O===N+4H+;正極電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+===2H2O,即當(dāng)外電路中有2 mol電子通過時(shí),有2 mol H+通過質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)和O2結(jié)合生成H2O,根據(jù)電子守恒,通過質(zhì)子膜的微粒的物質(zhì)的量為2 mol。
6.(2024·湖北武漢模擬)工業(yè)上可用如圖所示的裝置電解NiSO4溶液制備Ni和較濃的硫酸,則該電解池的陽極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　　 。
2H2O-4e-===4H++O2↑
7.(2024·江西南昌模擬)天津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以KOH溶液為電解質(zhì)溶液,CoP和Ni2P納米片為催化電極材料,電催化合成偶氮化合物(RCN,R代表烴基)的裝置如圖所示:
Ni2P極作　　　　極,電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　 　; CoP極作　　　　極,電極反應(yīng)式為
　　　　　　　　　　　　 　　　。
陽
RCH2NH2-4e-+4OH-===RCN+4H2O
陰
2C6H5NO2+4H2O+8e-===(C6H5N)2+8OH-
解析　RCH2NH2→RCN,發(fā)生去氫的氧化反應(yīng),則Ni2P極為陽極,電極反應(yīng)式為RCH2NH2-4e-+4OH-===RCN+4H2O。C6H5NO2→(C6H5N)2,發(fā)生去氧的還原反應(yīng),則CoP極作陰極,電極反應(yīng)式為2C6H5NO2+4H2O+8e-===(C6H5N)2+8OH-。

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