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12专题8电极反应方程式专练1．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi++xe-=LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。（1）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式。（2）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有（填化学式）。【答案】（1）Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+6C（2）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4【解析】（1）充放电过程中，LiCoO2和Li1-xCoO2发生氧化还原反应生成LiCoO2和C，反应方程式为Li1-xCoO2+LixC6＝LiCoO2+6C。（2）放电时，负极上生成锂离子，锂离子向正极移动并进入正极材料中，所以“放电处理”有利于锂在正极的回收，根据流程图知，可回收到的金属化合物有Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4。2．CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：12（1）O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式：________。电池的正极反应式：6O2+6e−6O2−6CO2+6O2−3C2O42−反应过程中O2的作用是________。该电池的总反应式：________。【答案】Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）催化剂2Al+6CO2=Al2(C2O4)3【解析】（1）明显电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，方程式为：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根据电池的正极反应，氧气再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到，总反应为：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。3．利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。（1）利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________溶液（填化学式），阳极电极反应式为_________，电解过程中Li+向_____电极迁移（填“A”或“B”）。12【答案】（1）LiOH；2Cl‾—2e‾=Cl2↑；B【解析】（1）根据示意图，B极区生产H2，同时生成LiOH，则B极区电解液不能是LiCl溶液，如果是LiCl溶液则无法得到纯净的LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl‾失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl‾—2e‾=Cl2↑；根据电流方向，电解过程中Li+向B电极迁移。4．石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用工艺如下：（注：SiCl4的沸点是57.6ºC，金属氯化物的沸点均高于150ºC）（1）石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成下图防腐示意图，并作相应标注。【答案】（5）【解析】（5）铜的化学性质比石墨活泼，所以应用外加电流的阴极保护法保护铜，所以石墨作阳极，铜作阴极。在图中注明电源的正负极，石墨与正极相连，铜与负极相连。125．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4，溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：（1）外电路的电流方向是由________极流向________极(填字母)。（2）电池正极反应式为___________________________________。（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是________________________________________________________________。【答案】baMnO2+e－+Li+=LiMnO2否电极Li是活泼金属，能与水反应【解析】试题分析：(1)外电路的电流方向是由正极b流向负极a。（2）在电池正极b上发生的电极反应式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2;(3)由于负极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。6．NH3经一系列反应可以得到HNO3，如下图所示。（1）IV中，电解NO制备NH4NO3，其工作原理如右图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是_____________，说明理由：________________。12【答案】（4）氨气；根据反应8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，电解产生的HNO3多【解析】（1）电解NO制备硝酸铵，阳极反应为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4++H2O，从两极反应可看出若要使电子得失守恒，阳极产生的NO3-的量大于阴极产生的NH4+的量，总反应为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，故应补充适量的氨气。7．锌锰电池（俗称干电池）在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造图如图（a）所示。回答下列问题：（1）①普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH。该电池中，负极材料主要是____________________，电解质的主要成分是__________，正极发生的主要反应是________________________________________________________。②与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是_______。②与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是_______。【答案】（1）①ZnNH4ClMnO2+NH4++e-=MnOOH+NH3②碱性电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高。12【解析】（1）根据化学方程式Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH，锌是负极材料，氯化铵是电解质的主要成分，二氧化锰和铵根离子在正极发生反应,MnO2+NH4++e-=MnOOH+NH3。与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是碱性电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高。8．化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。（1）电化学降解NO3－的原理如图所示。①电源正极为（填A或B），阴极反应式为。②若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为g。【答案】（14分）（1）①A，2NO3‾+6H2O+10e‾=N2↑+12OH‾②14.4【解析】（1）①NO2-在阴极得电子生成N2，所以B极为电源的负极，则A极为电源的正极，根据原子守恒和电荷守恒，反应物还有H2O，生成物还有OH‾。配平地离子方程式。②除了电极反应会造成电解液的质量变化，质子通过质子交换膜导电也会产生电解液的质量变化，转移2mol电子，会有2molH+从左侧移动到右侧，使左侧电解液质量减少2g，右侧电解液质量增加2g左侧电极反应为H2O电离的OH‾放电：4OH‾-4e‾=2H2O+O2↑4mol32g2mol16g12所以转移2mol电子，左侧电解液共减少：16g+2g=18g右侧电极反应为：2NO3‾+6H2O+10e‾=N2↑+12OH‾10mol28g2mol5.6gH+移向右侧，所以转移2mol电子，右侧电解液共减少：5.6g-2g=3.6g因此两侧电解液的质量变化为：18g-3.6g=14.4g。9．金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。（1）下图为电解精炼银的示意图，（填“a”或“b”）极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为，（2）为处理银器表面的黑斑（Ag2S），将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，食盐水的作用为。【答案】（1）a；2H＋+NO3－+e－→NO2+H2O；（2）做电解质溶液（或导电）。【解析】（1）电解精炼时，粗银做阳极，所以粗银是a极；b电极是阴极，发生还原反应，生成了红棕色气体是NO2，电极反应：NO3﹣+e﹣+2H+=NO2↑+H2O，故答案为：a；NO3﹣+e﹣+2H+=NO2↑+H2O；（2）该装置构成原电池，氯化钠溶液作电解质溶液，促进溶液的导电能力，故答案为：作电解质溶液，形成原电池。10．利用化石燃料开采、加工过程产生的H2S废气制取氢气，既廉价又环保。（1）利用H2S废气制取氢气来的方法有多种12电化学法该法制氢过程的示意图如右。反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是___________；反应池中发生反应的化学方程式为_____________________。反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为_______________________。【答案】增大反应物接触面积，使反应更反分H2S+2FeCl3=2FeCl2+S↓+2HCl2Fe2＋+2H＋2Fe3＋+H2↑【解析】采用气液逆流是保证有充足的接触时间和接触面积，反应更加充分。11．KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：（1）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：（2）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。通电=12①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_____。③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_____（写出一点）。【答案】2H2O+2e﹣═2OH﹣+H2↑K+a到b产生Cl2易污染环境【解析】（1）①由图示，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离的氢离子得电子，反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。②电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a到b。12．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%①为以下实验作参照0.52.090.0②醋酸浓度的影响0.536.0③0.22.090.0（2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发12生了腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了(“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是。【答案】（1）②2.0③碳粉含量的影响（2）吸氧腐蚀还原反应2H2O+O2+4e-=4OH-（或4H++O2+4e-=2H2O）【解析】（1）探究影响化学反应速率，每次只能改变一个变量，故有②中铁的量不变，为2.0g；③中改变了碳粉的质量，故为探究碳粉的量对速率的影响。（2）压强与气体的物质的量成正比，从图中可以看出，气体的量开始增加，后减少，故为吸氧腐蚀；活泼金属做负极，故碳为正极，发生还原反应。13．NOx（主要指NO和NO2）是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。（1）用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶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