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模板04 电极反应式的书写及相关计算
第一步 判断装置
阅读题目获取信息，抓住元素化合价的变化，分析电化学装置中的氧化还原
反应，准确判断装置是原电池还是电解池，结合发生的反应确定电极的名
称。
第二步 书写分析
根据电化学原理及装置所处的环境，书写电极反应式，分析电解液变化。
第三步 综合解答
题目要求，准确计算，规范解答。
技法01 电极反应式的书写方法
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技法01 电极反应式的书写方法
技法02 电化学的相关计算与分析
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电化学知识是中学化学中的重要基本概念，也是近年来高考化学的持续热点，在复杂、陌生、新颖的
研究对象和真实问题情境下，体现了对电化学知识基础性、综合性、创新性和应用性的考查。近年高
考中对电化学的考查出现了新的变化，以装置图为载体来考查电化学的相关知识，成为近年高考的新
亮点，考查的关键能力侧重于两个方面：一是理解与辨析能力，要求学生能够从图示电化学装置中提
取有效信息，判断装置种类、辨别电极名称等；二是分析与推理能力，要求学生能够根据图示信息和
电解池的工作原理，分析电极反应的类型、电解质的作用、离子的移动方向以及定量分析转移电子的
物质的量等。
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1．二次电池的电极反应书写思维模型
以xMg＋Mo3S4MgxMo3S4为例说明
2．燃料电池电极反应式书写思维模型
以甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH 溶液)为例：
(1)写出电池总反应式CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O，
其离子方程式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。
(2)写出电池的正极反应式。
燃料电池电解质
正极反应式
酸性电解质
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－)
O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)
O2＋2CO2＋4e－===2CO
(3)电池的总反应式－电池的正极反应式＝电池的负极反应式。
3．分析电解过程的思维模型
(1)判断阴、阳极：明确阳极是惰性电极还是活性电极。
(2)分析电解质溶液的离子组成：找全离子（包括水电离出的H+和OH-），并按阴、阳离子分组。
(3)确定放电离子或物质：根据阴、阳离子在两极的放电顺序，确定优先放电的微粒。
(4)写出电极反应式、总反应式：判断电极产物，注意溶液的酸碱性、产物的溶解性。
(5)解答问题：解答有关离子浓度、pH、电极产物量的变化、溶液的复原等问题。
技法02 电化学的相关计算与分析
1．电化学相关计算方法
(1)用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电
子数相等。
(2)先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(3)根据得失电子守恒计算所需的关系式。
(M 为金属，n 为其阳离子所带电荷数)
2．“串联”类装置的解题流程
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3．有机化合物的电化学合成
电化学合成技术是用电子代替会造成环境污染的氧化剂和还原剂，在温和条件下制备高附加值的有机
化合物产品，分为直接有机电合成和间接有机电合成两种类型。
(1)直接有机电合成：有机合成反应直接在电解池的两电极通过氧化反应、还原反应完成。
(2)间接有机电合成：有机化合物的氧化反应(或还原反应)，仍采用氧化剂(或还原剂)，用传统的化学
方法进行，但氧化剂(或还原剂)在反应后以电化学方法(电解氧化或电解还原)再生后反复使用。
电化学合成有机化合物应用示例。
利用糠醛(
CHO)的电氧化反应可合成糠酸(
COOH)，利用其电还原反应则可合成糠醇(
CH2OH)，主要反应过程如下：
COOH―――→
CHO―――→
CH2OH
阳极反应：
CHO＋H2O－2e－===
COOH＋2H＋；
阴极反应：
CHO＋2H＋＋2e－===
CH2OH。
1．（2022·重庆卷）反应
在工业上有重要应用。
(3)该反应也可采用电化学方法实现，反应装置如图所示。
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①固体电解质采用
(填“氧离子导体”或“质子导体”)。
②阴极的电极反应式为
。
③同温同压下，相同时间内，若进口Ⅰ处n(CO)：n(H2O)=a：b，出口Ⅰ处气体体积为进口Ⅰ处的y 倍，
则CO 的转化率为
(用a，b，y 表示)。
【答案】质子导体
【第一步 判断装置】该装置为电解池
【第二步 书写分析】
①电解时，CO 和H2O 水从均从阳极口进入，阳极一氧化碳转化为二氧化碳，则氢气要在阴极产生，故阳
极产生二氧化碳的同时产生氢离子，氢离子通过固体电解质进入阴极附近得电子产生氢气，故固体电解质
应采用质子导体。
②电解时，阴极发生还原反应，电极反应式为：
；
【第三步 综合判断】
③根据三段式：
出口Ⅰ处气体为
体积为x，进口Ⅰ处的气体体积为
，则
，CO 的转化率为：
。
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1． (2023·河北选考)氮是自然界重要元素之一，研究氮及其化合物的性质以及氮的循环利用对解决环
境和能源问题都具有重要意义。
(2)①以空气中的氮气为原料电解合成氨时，N2在 ________(填“阴”或“阳”)极上发生反应，产生
NH3。
②氨燃料电池和氢燃料电池产生相同电量时，理论上消耗NH3和H2的质量比为17∶3，则在碱性介质
中氨燃料电池负极的电极反应式为 ________________________。
2．（2023·北京卷）（3）近年研究发现，电催化
和含氮物质(
等)在常温常压下合成尿素，有
助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的
溶液通
至饱和，在电极上反应生成
，电解原理如图所示。
①电极是电解池的__________极。
②电解过程中生成尿素的电极反应式是______________________。
1．一氯甲烷广泛用作溶剂、提取剂、推进剂、制冷剂、甲基化试剂，用于生产农药、医药等。
(2)甲醇也可通过电化学方法由甲烷直接制得，装置如右图所示：
已知，电解生成甲醇的过程分3 步：
①通电时，氯离子先转化成高活性的原子氯(Cl·)；②Cl·与吸附在电极上的CH4 反应生成HCl 和
CH3Cl；③在碱性电解液中，CH3Cl 转化为目标产物CH3OH。当步骤①有2 mol Cl·生成时，外电路中转移
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的电子数为 ________(用含NA的代数式表示)。阴极的电极反应为 _____________________________。
2．烯丙醇是生产甘油、医药、农药、香料和化妆品的中间体。(2)烯丙醇的电氧化过程有重要应用。
其在阳极放电时，同时存在三种电极反应(烯丙醇→丙烯酸、烯丙醇→丙烯醛、烯丙醇→丙二酸)，各反应
决速步骤的活化能如下表所示。
反应
烯丙醇→丙烯酸
烯丙醇→丙烯醛
烯丙醇→丙二酸
活化能(单位：eV)
8.6a
2.5a
13.7a
①该条件下，相同时间内，阳极产物中含量最多的为 ________。
②碱性条件下，烯丙醇在电极上生成丙烯醛(CH2===CHCHO) 的电极反应式为
_____________________。
3．处理和利用CO 是环境科学研究的热点课题。
(2)我国科学家成功实现了用电催化CO 高选择性直接制备乙烯，该方法的工作原理如图所示。阴极材
料为优化的铜基催化剂。写出阴极的电极反应式： ________________________________________电解的总
反应化学方程式为 ________________________________________。
4．乙醇被广泛应用于能源、化工、食品等领域，工业上可用以下两种方法制备乙醇。
(3)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，工作原理如图。
①负极的电极反应式为 __________________________。
②当向正极通入1 mol O2且全部被消耗时，理论上正负极溶液质量变化的绝对值之差为 ________g(保
留两位小数)。
5．新能源的利用对实现“碳中和”也有重要意义。搭载钠离子电池的新能源汽车，动力充足、冬天
也无需频繁充电。第二代钠离子电池是以硬碳(Cy)为基底材料的嵌钠硬碳(NaxCy)和锰基高锰普鲁士白
Na2Mn[Mn(CN)6]为电极的一种新型二次电池，在充放电过程中，Na＋在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。其
工作原理如图所示。
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(5)若用该钠离子电池给铅酸蓄电池充电，普鲁士白电极连接 ________(填“Pb”或“PbO2”)极，钠离子
电池负极的电极反应式为 ________。
6．我国科学家最近发明了一种Zn－PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a 和b 两种离子
交换膜隔开，形成A、B、C 三个电解质溶液区域，结构示意图如下，回答下列问题：
(1)电池中，Zn 为________极，B 区域的电解质为______(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)
(2)电池反应的离子方程式为____________________________________________________
(3)阳离子交换膜为图中的________(填“a”或“b”)膜。
(4)此电池中，消耗6.5 g Zn，理论上可产生的容量(电量)为________毫安时(mAh)(1 mol 电子的电量为1
F,1 F＝96 500 C·mol－1，结果保留整数)
(5)已知E 为电池电动势[电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－)]，ΔG 为
电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，
_______
；
____
(填“>”或“<”)
7．KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示
(1)写出电解时阴极的电极反应式：_________________________________________。
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是_______________。
8．有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A 的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固
氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是____________________，A 是________。
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9．利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO 的浓度，其装置如图所示。该电池中O2－可以在固体介质
NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向________(填“从a 到b”或“从b 到a”)，负极发生
的电极反应式为________________________。
10．含乙酸钠和对氯酚(ClOH)的废水可以利用微生物电池除去，其原理如图所示
①B 是电池的________(填“正”或“负”)极
②A 极的电极反应式为_______________________________。
11．新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。如图所
示，其中多孔电极不参与电极反应
(1)该电池的负极反应式为_____________________________。
(2)如果用该电池作为电解装置，当有16 g 甲醇发生反应时，则理论上提供的电量表达式为_________
(1 个电子的电量为1.6×10－19C)。
12．以CH4(g)为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀H2SO4作电解质溶液，其负极电极反应式为
_________________________________________，已知该电池的能量转换效率为86.4%，甲烷的燃烧热为－
890.3 kJ·mol－1，则该电池的比能量为______kW·h·kg－1[结果保留1 位小数，比能量＝,1 kW·h＝3. 6×106
J]。
13．SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存
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环境的有效途径
(1)利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料，装置如图所示
①若A 为CO，B 为H2，C 为CH3OH，则通入CO 的为________(填“正”或“负”)极。
②若A 为SO2，B 为O2，C 为H2SO4，则负极的电极反应式为________________________。
(2)碳酸盐燃料电池，以一定比例Li2CO3和Na2CO3低熔混合物为电解质，操作温度为650 ℃，在此温
度下以镍为催化剂，以煤气(CO、H2的体积比为1 1)
∶
直接做燃料，其工作原理如图所示
①电池总反应为_______________________________。
②以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6 g，电解后溶液体积为2 L，溶液的pH
约为___________。
(3)某研究小组利用下列装置用N2O4生产新型硝化剂N2O5
①现以H2、O2、熔融盐Na2CO3 组成燃料电池，采用电解法制备N2O5，装置如图所示，其中Y 为
CO2。在石墨(Ⅱ)电极上同时还引入CO2的目的是______________________________________________。
②电解过程中，生成N2O5的电极反应式为______________________________________。
14．利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：
4Na2CrO4＋4H2O=====2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在______(填“阴”或“阳”)极
室制得，电解时通过膜的离子主要为___________________。
15．H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、
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阴离子通过)
(1)写出阳极的电极反应式：_________________________________。
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：___________________________________________。
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代
替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有____________
杂质。该杂质产生的原因是________________________________________________________________。
16．双极膜由阳离子交换膜、催化剂层和阴离子交换膜组合而成，在直流电场作用下可将水解离，在
双极膜的两侧分别得到H＋和OH－，将其与阳离子交换膜(阳膜)、阴离子交换膜(阴膜)组合，可有多种应用。
(1)海水淡化：模拟海水淡化，双极膜组合电解装置示意图如图甲
①X 极是________极(填“阴”或“阳”)。
②电解后可获得较浓的盐酸和较浓的NaOH 溶液，图甲中双极膜的右侧得到的是_______(填“H＋”或
“OH－”)。
(2)钠碱循环法脱除烟气中的SO2，并回收SO2：用pH>8 的Na2SO3 溶液作吸收液，脱除烟气中的
SO2，至pH<6 时，吸收液的主要成分为NaHSO3，需再生。
Ⅰ．加热pH<6 时的吸收液使其分解，回收SO2并再生吸收液。所得的再生吸收液对SO2的吸收率降
低，结合离子方程式解释原因：__________________________________________________。
Ⅱ.双极膜和阴膜组合电渗析法处理pH<6 时的吸收液，可直接获得再生吸收液和含较高浓度HSO 的溶
液，装置示意图如图乙
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①再生吸收液从________室流出(填“A”或“B”)。
②简述含较高浓度HSO 的溶液的生成原理：_________________________________________________。
③与Ⅰ中的方法相比，Ⅱ中的优点是____________________________________________________(列出
2 条)。
17．科学家设计了一种电解装置，能将甘油(C3H8O3)和二氧化碳转化为甘油醛(C3H6O3)和合成气，装置
如下图所示
①催化电极b 应与电源________(填“正”或“负”)极相连。
②电解一段时间后，催化电极a 附近的pH 将______(填“增大”“减小”或“不变”)，用电极反应方
程式解释原因：____________________________________________________。
③当外电路转移2 mol e－时，生成的合成气在标准状况下的体积为________。
18．工业上常采用除杂效率高的吸收—电解联合法，除去天然气中杂质气体H2S，并将其转化为可回
收利用的单质硫，其装置如下图所示。
通电前，先通入一段时间含H2S 的甲烷气，使部分NaOH 吸收H2S 转化为Na2S，再接通电源，继续通
入含H2S 杂质的甲烷气，并控制好通气速率。则装置中右端碳棒为________极，左端碳棒上的电极反应为
______________________，右池中的c(NaOH)∶c(Na2S)________(填“增大”、“基本不变”或“减小”)。
19．以连二硫酸根(S2O)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：
ab
①
是________离子交换膜(填“阳”或“阴”)。阴极区的电极反应式为_____________________。
②若NO 吸收转化后的产物为NH，通电过程中吸收4.48 L NO(标况下)，则阳极可以产生________mol
气体。
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