電極反應(yīng)式的書寫及相關(guān)計(jì)算-2025年高考化學(xué)答題技巧與模板構(gòu)建（解析版）

模板04電極反應(yīng)式的書寫及相關(guān)計(jì)算

---------------------?.一一本節(jié)導(dǎo)航—??--------------

積?題型解讀考情分析+命題預(yù)測/技巧解讀

朗?模板構(gòu)建答題模板+技巧點(diǎn)撥

技法01電極反應(yīng)式的書寫方法I技法02電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算與分析

I

通?模板運(yùn)用真題示例+模板答題+變式訓(xùn)練

赫?模板演練最新模擬、預(yù)測考向

電化學(xué)知識是中學(xué)化學(xué)中的重要基本概念，也是近年來高考化學(xué)的持續(xù)熱點(diǎn)，在復(fù)雜、陌生、新穎的

研究對象和真實(shí)問題情境下，體現(xiàn)了對電化學(xué)知識基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性和應(yīng)用性的考查。近年高

考中對電化學(xué)的考查出現(xiàn)了新的變化，以裝置圖為載體來考查電化學(xué)的相關(guān)知識，成為近年高考的新

亮點(diǎn)，考查的關(guān)鍵能力側(cè)重于兩個(gè)方面：一是理解與辨析能力，要求學(xué)生能夠從圖示電化學(xué)裝置中提

取有效信息，判斷裝置種類、辨別電極名稱等；二是分析與推理能力，要求學(xué)生能夠根據(jù)圖示信息和

電解池的工作原理，分析電極反應(yīng)的類型、電解質(zhì)的作用、離子的移動(dòng)方向以及定量分析轉(zhuǎn)移電子的

物質(zhì)的量等。

◎橫文建

?土模板

第一步判斷裝置閱讀題目獲取信息，抓住元素化合價(jià)的變化，分析電化學(xué)裝置中的氧化還原

反應(yīng)，準(zhǔn)確判斷裝置是原電池還是電解池，結(jié)合發(fā)生的反應(yīng)確定電極的名

稱。

第二步書寫分析根據(jù)電化學(xué)原理及裝置所處的環(huán)境，書寫電極反應(yīng)式，分析電解液變化。

第三步綜合解答題目要求，準(zhǔn)確計(jì)算，規(guī)范解答。

?技巧點(diǎn)撥

技法01電極反應(yīng)式的書寫方法

1.二次電池的電極反應(yīng)書寫思維模型

放申

以xMg+Mo3s4MgxMo3s4為例說明

互逆

陰極：還原反應(yīng)負(fù)極：氧化反應(yīng)

-2+

陽陰xMg-+2xe-=xMg總陰1陽%Mg-2xe=xMg

M原

禺禺

<

子子

V

陽極：氧化反應(yīng)式正極：還原反應(yīng)

--

Mo3S^--2xe=Mo3S4Mo3S4+2xe=M(hS?-

1

互逆1

技巧：陰極反應(yīng)式=充電總正極反應(yīng)式=放電總

反應(yīng)式-陽極反應(yīng)式反應(yīng)式-負(fù)極反應(yīng).式

2.燃料電池電極反應(yīng)式書寫思維模型

以甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)為例：

⑴寫出電池總反應(yīng)式CH4+202+2NaOH=Na2CO3+3H2O,

-

其離子方程式為CH4+202+20H=C0F+3H2Oo

(2)寫出電池的正極反應(yīng)式。

燃料電池電解質(zhì)正極反應(yīng)式

+-

酸性電解質(zhì)O2+4H+4e=2H2O

堿性電解質(zhì)02+2H2。+4e-=4OH^

固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2)O2+4e-=2O2

熔融碳酸鹽(如熔融K2c。3)O2+2CO2+4e=2C0f

(3)電池的總反應(yīng)式一電池的正極反應(yīng)式=電池的負(fù)極反應(yīng)式。

3.分析電解過程的思維模型

(1)判斷陰、陽極：明確陽極是惰性電極還是活性電極。

⑵分析電解質(zhì)溶液的離子組成：找全離子(包括水電離出的H+和OH-),并按陰、陽離子分組。

(3)確定放電離子或物質(zhì)：根據(jù)陰、陽離子在兩極的放電順序，確定優(yōu)先放電的微粒。

(4)寫出電極反應(yīng)式、總反應(yīng)式：判斷電極產(chǎn)物，注意溶液的酸堿性、產(chǎn)物的溶解性。

(5)解答問題：解答有關(guān)離子濃度、pH、電極產(chǎn)物量的變化、溶液的復(fù)原等問題。

技法02電化學(xué)的相關(guān)計(jì)算與分析

1.電化學(xué)相關(guān)計(jì)算方法

(1)用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電

子數(shù)相等。

(2)先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計(jì)算。

(3)根據(jù)得失電子守恒計(jì)算所需的關(guān)系式。

+4

4e~~2Cl2（Br2J2）~（）2~4H~4（）H'~2H2~2Cu~4Ag~^-M

陽極產(chǎn)物陰極’產(chǎn)物

（M為金屬，n為其陽離子所帶電荷數(shù)）

2.“串聯(lián)”類裝置的解題流程

3.有機(jī)化合物的電化學(xué)合成

電化學(xué)合成技術(shù)是用電子代替會造成環(huán)境污染的氧化劑和還原劑，在溫和條件下制備高附加值的有機(jī)

化合物產(chǎn)品，分為直接有機(jī)電合成和間接有機(jī)電合成兩種類型。

（1）直接有機(jī)電合成：有機(jī)合成反應(yīng)直接在電解池的兩電極通過氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)完成。

（2）間接有機(jī)電合成：有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)（或還原反應(yīng)），仍采用氧化劑（或還原劑），用傳統(tǒng)的化學(xué)方

法進(jìn)行，但氧化劑（或還原劑）在反應(yīng)后以電化學(xué)方法（電解氧化或電解還原）再生后反復(fù)使用。

電化學(xué)合成有機(jī)化合物應(yīng)用示例。

利用糠醛（G-CHO）的電氧化反應(yīng)可合成糠酸（G-COOH）,利用其電還原反應(yīng)則可合成糠醇

（G-CH2OH）,主要反應(yīng)過程如下：

O—COOH夏％O—CHO,矢O—CH20H

電氧化0電還原0

陽極反應(yīng)：G-CHO+H2。-2e-=G-COOH+2H+；

Oud

陰極反應(yīng)：。CHO+2H++2鼠-。CH2OHO

、?模板運(yùn)用

Q真題示例

一定條件

1.(2022?重慶卷)反應(yīng)CO(g)+H2O(g)、八￡02日)+凡信)在工業(yè)上有重要應(yīng)用。

(3)該反應(yīng)也可采用電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)裝置如圖所示。

進(jìn)口I進(jìn)口n

CO+H2O-------f^—用吹掃

9固體電解質(zhì)

S(只允許離子通過)

出口I出口II

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)。

+Uy)(a+b)

【答案】質(zhì)子導(dǎo)體2H+2e=H2T-

a

@1里6答題

【第一步判斷裝置】該裝置為電解池

【第二步書寫分析】

①電解時(shí)，CO和H2O水從均從陽極口進(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-=Hj；

【第三步綜合判斷】

③根據(jù)三段式：

一定條件'

CO(g)+H2O(g)、CO?(g)+H2(g)

n0ab00

Anxxxx

n平a-xb-xxx

出口I處氣體為co2體積為X,進(jìn)口I處的氣體體積為(a+b),則x=(a+b)(l-y),CO的轉(zhuǎn)化率為：

(l-y)(a+b)

a

位變式訓(xùn)練

1.（2023?河北選考）氮是自然界重要元素之一，研究氮及其化合物的性質(zhì)以及氮的循環(huán)利用對解決環(huán)境

和能源問題都具有重要意義。

（2）①以空氣中的氮?dú)鉃樵想娊夂铣砂睍r(shí),N2在（填“陰”或“陽”）極上發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生NH3。

②氨燃料電池和氫燃料電池產(chǎn)生相同電量時(shí)，理論上消耗NH3和H2的質(zhì)量比為17：3,則在堿性介質(zhì)

中氨燃料電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為o

【答案】⑵①陰②2NH3+6OFT—6e「一N2+6H2O

窗模板答題

【第一步判斷裝置】①為電解池，②為原電池

【第二步書寫分析】

①電解產(chǎn)物為NH3,N2生成NH3,化合價(jià)降低，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，則N2在陰極反應(yīng)。

②燃料電池中，氨氣作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成N2,生成1個(gè)N2轉(zhuǎn)移6個(gè)電子，在堿性條件下發(fā)生，

2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O。

【第三步綜合判斷】

2.（2023?北京卷）（3）近年研究發(fā)現(xiàn)，電催化CO?和含氮物質(zhì)（NO］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KNC）3溶液通CO?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②2NO1+16e-+CO2+18H+=CO（NH2）,+7Hq

【解析】①電極b上發(fā)生HQ失電子生成5的氧化反應(yīng)，是電解池的陽極。②a極硝酸根離子得電子轉(zhuǎn)化

為尿素，再結(jié)合酸性環(huán)境可分析出電極反應(yīng)式為2NO；+16e-+CO2+18H+=CO（NHj2+7H2O。答案為陽

-+

極；2NO；+16e+CO2+18H=CO（NH2）2+7H2O；

@橫板演煉

1.一氯甲烷廣泛用作溶劑、提取劑、推進(jìn)劑、制冷劑、甲基化試劑，用于生產(chǎn)農(nóng)藥、醫(yī)藥等。

（2）甲醇也可通過電化學(xué)方法由甲烷直接制得，裝置如右圖所示：

I-電源1

CH4

回收CH”■=3.r

￡中

CH30H—3:-三一三空

:隔三:工

:??多

三2訊:膜谷:銹

-----22石:<<-<-i'N

NaQ與NaOH辛三墨

混合溶液

已知，電解生成甲醇的過程分3步：

①通電時(shí)，氯離子先轉(zhuǎn)化成高活性的原子氯（CL）；②C1?與吸附在電極上的CH4反應(yīng)生成HC1和CH3C1；

③在堿性電解液中，CH3cl轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物CH3OH。當(dāng)步驟①有2moic1?生成時(shí)，外電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)

為（用含心的代數(shù)式表示）。陰極的電極反應(yīng)為o

【答案】（2）2NA2H2O+2e-=H2T+20H-

【解析】（2）陽極發(fā)生反應(yīng)：CF-e*=Cl-,根據(jù)電極方程式可知，C1??e\即有2moic1?生成時(shí)，外電路

中轉(zhuǎn)移2moi電子，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2NA；陰極的電極反應(yīng)為2H2。+2片=H2f+2OH，

2.烯丙醇是生產(chǎn)甘油、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料和化妝品的中間體。

（2）烯丙醇的電氧化過程有重要應(yīng)用。其在陽極放電時(shí)，同時(shí)存在三種電極反應(yīng)（烯丙醇一丙烯酸、烯丙

醇一丙烯醛、烯丙醇一丙二酸），各反應(yīng)決速步驟的活化能如下表所示。

反應(yīng)烯丙醇一丙烯酸烯丙醇一丙烯醛烯丙醇f丙二酸

活化能（單位：eV）8.6a2.5a13.7a

①該條件下，相同時(shí)間內(nèi)，陽極產(chǎn)物中含量最多的為

②堿性條件下，烯丙醇在電極上生成丙烯醛（CH2=CHCH0）的電極反應(yīng)式為。

【答案】⑵①丙烯醛?CH2=CHCH2OH-2e+20H―>CH2=CHCHO+2H2O

【解析】（2）①反應(yīng)的活化能越大，反應(yīng)速率越慢，由表格數(shù)據(jù)可知，陽極放電時(shí)，烯丙醇轉(zhuǎn)化為丙烯醛的活

化能最小，反應(yīng)速率最快，所以相同時(shí)間內(nèi)，陽極產(chǎn)物中含量最多的為丙烯醛；②由題意可知，堿性條件下，

烯丙醇在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成丙烯醛，電極反應(yīng)式為CH2=CHCH2OH-2e-+2OH

——>CH2=CHCHO+2H2O0

3.處理和利用CO是環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題。

質(zhì)子交換膜

(2)我國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了用電催化CO高選擇性直接制備乙烯，該方法的工作原理如圖所示。陰極材

料為優(yōu)化的銅基催化劑。寫出陰極的電極反應(yīng)式：電解的總

反應(yīng)化學(xué)方程式為o

【答案】(2)2CO+8H++8屋=€2H4+2H2O2CO+2H2O=^￡c2H4+2O2

【解析】(2)由電子流向可知，銅基片為陰極，一氧化碳酸性條件下得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯：2cO+

8H++8屋=C2H4+2H2O；陽極水失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣，總反應(yīng)為:2C0+2H2O^^C2H4+2020

4.乙醇被廣泛應(yīng)用于能源、化工、食品等領(lǐng)域，工業(yè)上可用以下兩種方法制備乙醇。

(3)研究發(fā)現(xiàn)，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續(xù)大電流放電，工作原理如圖。

①負(fù)極的電極反應(yīng)式為o

②當(dāng)向正極通入1molCh且全部被消耗時(shí)，理論上正負(fù)極溶液質(zhì)量變化的絕對值之差為g(保

留兩位小數(shù))。

【答案】⑶①C2H5OH+3H2。-12屋:2CChT+12H+②2.67

【解析】⑶①燃料電池，燃料通負(fù)極，故通入甲醇的一極為負(fù)極，失電子轉(zhuǎn)化為C02,負(fù)極反應(yīng)為C2H50H

+

+3H2O-12e=2CO2?+12H；②ImolCh被消耗，轉(zhuǎn)移電子4mol,根據(jù)正極電極反應(yīng)式02+41^+4/

=2H2O,正極溶液增力口1molO2和4moiH+,質(zhì)量為32+4=36g；根據(jù)負(fù)極電極反應(yīng)，轉(zhuǎn)移12moi電子

生成2moicCh和12moiH卡,氫離子通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，減少質(zhì)量88+12=100g,故轉(zhuǎn)移4moi

電子減少質(zhì)量33.33g,理論上正負(fù)極溶液質(zhì)量變化的絕對值之差為36g—33.33g=2.67go

5.新能源的利用對實(shí)現(xiàn)“碳中和”也有重要意義。搭載鈉離子電池的新能源汽車，動(dòng)力充足、冬天也

無需頻繁充電。第二代鈉離子電池是以硬碳(Cy)為基底材料的嵌鈉硬碳(Na.Cy)和鎰基高鋪普魯士白

Na2Mn[Mn(CN)6]為電極的一種新型二次電池，在充放電過程中，Na卡在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌。其工

作原理如圖所示。

o

鋁箔

(5)若用該鈉離子電池給鉛酸蓄電池充電，普魯士白電極連接(填“Pb”或“PbCh”)極，鈉離子電

池負(fù)極的電極反應(yīng)式為。

+

【答案】(5)PbO2NaxCy—xe-=Cy+xNa

【解析】(5)普魯士白為正極，給鉛酸蓄電池充電時(shí)，連接鉛酸蓄電池的PbCh電極，負(fù)極為嵌鈉硬碳，電極

—-+

反應(yīng)式為NarCvxe=Cv+xNa0

6.我國科學(xué)家最近發(fā)明了一種Zn—PbCh電池，電解質(zhì)為K2SO4、H2s。4和KOH,由a和b兩種離子

交換膜隔開，形成A、B、C三個(gè)電解質(zhì)溶液區(qū)域，結(jié)構(gòu)示意圖如下，回答下列問題：

W

⑴電池中，Zn為極，B區(qū)域的電解質(zhì)為(填"K2SO4"H2SO4"或“KOH”)

(2)電池反應(yīng)的離子方程式為______________________________________________________

(3)陽離子交換膜為圖中的(填“a”或"b”)膜。

(4)此電池中，消耗6.5gZn,理論上可產(chǎn)生的容量(電量)為毫安時(shí)(mAh)(lmol電子的電量為1

F,1F=96500C-moF1,結(jié)果保留整數(shù))

(5)已知E為電池電動(dòng)勢[電池電動(dòng)勢即電池的理論電壓，是兩個(gè)電極電位之差，E=E(+)-E(-)],AG為

電池反應(yīng)的自由能變，則該電池與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比較，Ezn-Pb』/-Pb”；AGZn_Pb02

△Gpipb”(填或“<”)

2-

【答案】(1)負(fù)K2so4(2)PbO2+SOf+Zn+2H2O=PbSO4+[Zn(OH)4]

(3)a(4)5361(5)><

【解析】(1)根據(jù)圖示可知，Zn電極失去電子生成Zn2+,與溶液中的OH-結(jié)合形成[Zn(OH)4]2,所以Zn電

極為負(fù)極；在A區(qū)域的電解質(zhì)為KOH,在B區(qū)域的電解質(zhì)為K2s。4,C區(qū)域電解質(zhì)為H2so4。(2)負(fù)極電極

反應(yīng)式為Zn—2e-+4OJr=[Zn(OH)4]2,正極的電極反應(yīng)式為PbO2+2e-+4H++SO/=PbSO4+2H2。，

2-

總反應(yīng)方程式為：PbO2+SOF+Zn+2H2O=PbSO4+[Zn(OH)4]0(3)A區(qū)域是KOH溶液，OhF發(fā)生反應(yīng)

生成[Zn(OH)4p，為了維持溶液呈電中性，多余的K+通過交換膜進(jìn)入到B區(qū)域，由于陽離子交換膜只允許

陽離子通過，因此a膜為陽離子交換膜。(4)6.5gZn的物質(zhì)的量是〃(Zn)=而6|蕓5g產(chǎn)=0.1moL則轉(zhuǎn)移電子

tt（e"）=0.2mol,lmol電子的電量為1F,1F=96500C-mol-1,轉(zhuǎn)移0.2mol電子的電量Q=0.2molx96500

io30f）x103

Cmo「=19300C,則理論上可產(chǎn)生的容量（電量）為一361mAh。（5）由于Zn比Pb活動(dòng)性

E

強(qiáng)，正極材料都是PbCh，所以Zn—PbCh的電勢差比Pb—PbCh的電勢差大，貝U4心Pbo>Pb-Pbo；不同

電池的電勢差越大，電池反應(yīng)的自由能變就越小，由于Zn—PbCh的電勢差比Pb—PbCh的電勢差大，所以

△Gzn-pbO?<AGpb_pbOz°

7.KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示

陽離子交換膜

惰性電極a

惰性電極b

KOH+I2

（1）寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式：?

（2）電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為,其遷移方向是。

【答案】（l）2H2O+2e-—2OFF+H2T

（2）K+由電極a到電極b

【解析】（1）電解液是KOH溶液，陰極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e「==2OH「+H2b

-

（2）電解過程中陽極反應(yīng)為F+6OH-6e-=IO3+3H2O0陽極的K卡通過陽離子交換膜由電極a遷移到電

極bo

8.有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固

氮的新型燃料電池，裝置如圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是,A是。

稀的

A溶液

濃的A溶液

【答案】N2+8H++6e-=2NH：氯化鏤（或NH4CI）

【解析】該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨的反應(yīng)，電池中氫氣失去電子，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾玫诫娮?/p>

在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)為N2+8H++6e「=2NH：,氨氣和氯化氫反應(yīng)生成氯化鍍，則電解質(zhì)

溶液為氯化鍍。

9.利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示。該電池中。2-可以在固體介質(zhì)

NAS1CON（固溶體）內(nèi)自由移動(dòng)，工作時(shí)CP-的移動(dòng)方向（填“從a到b”或“從b到a”），負(fù)極發(fā)生的電

極反應(yīng)式為o

co

；多孔

傳電極a

感

CON

器NASI

空氣

多孔

電極b

-

O

e=C

--2

O+O

aC

b到

】從

【答案

2

生

，發(fā)

化碳

二氧

生成

反應(yīng)

離子

子和氧

去電

化碳失

，一氧

電池

燃料

形成

空氣

碳和

一氧化

知，

圖可

】根據(jù)

【解析

原

極，

為正

一極

氣的

入空

極，通

為負(fù)

在極

碳所

氧化

以一

2,所

-=cO

--2