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备战高考化学专题题库化学能与电能的综合题及答案

2020-2021备战高考化学专题题库∶化学能与电能的综合题及答案

一、化学能与电能

1．方法与规律提炼：

（1）某同学利用原电池装置证明了反应Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋能够发生，设计的装置如下图所示。

为达到目的，其中石墨为_________极，甲溶液是____________，证明反应Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋能够发生的实验操作及现象是_________________________

（2）用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO

）已成为环境修复研究的热点之一。

Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。

上图中作负极的物质是___________。

正极的电极反应式是______________。

（3）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：

阴极区的电极反应式为_______________。

电路中转移1mol电子，需消耗氧气_______L（标准状况）。

（4）KClO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

写出电解时阴极的电极反应式___________________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_____________（填a→b或b→a）。

学法题：

通过此题的解答，请归纳总结书写电极反应式的方法____

【答案】负FeSO4或FeCl2溶液分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深铁NO3-＋8e－＋10H＋=NH4+＋3H2OFe3+＋e－=Fe2+5.6L2H＋＋2e－=H2↑K+a→b原电池中先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失；注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。

电解池中电极反应式的书写看阳极材料，如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写。

【解析】

【分析】

根据原电池原理，负极发生氧化反应；根据电解池原理，阴极发生还原反应，通过物质的化合价变化判断反应发生原理，阳离子移动方向与电子移动方向相同，据此回答问题。

【详解】

（1）已知电池总反应为反应Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋，银离子化合价降低，得到电子，作正极，故石墨一侧仅为导电材料，作负极，甲溶液是含Fe2+的溶液，可以为FeSO4或FeCl2溶液。

证明反应能够发生，实际上即证明有Fe3+生成，实验操作及现象是分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深。

（2）由图可知，电子从铁电极移到外侧，故铁电极失去电子，发生氧化反应，做负极。

正极NO3-得到电子变为NH4+，NO3-＋8e－＋10H＋=NH4+＋3H2O；

（3）由题可知，HCl失去电子变为Cl2，发生氧化反应，做阳极。

阴极区的电极反应式为Fe3+＋e－=Fe2+，外侧Fe2+与氧气反应4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，电路中转移1mol电子，需消耗氧气0.25mol，即5.6L（标准状况）。

（4）由图可知，阴极溶液为KOH，根据阳离子放电顺序H+>K+，即电解时阴极的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑。

阴极得到电子，阳离子向阴极移动，即电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+，其迁移方向是a→b。

归纳电极反应式的书写方法：

原电池中先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失；注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。

电解池中电极反应式的书写看阳极材料，如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写。

2．电解原理在化学工业中有广泛应用。

如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。

请回答以下问题。

若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则：

（1）电解池中X极上的电极反应式是____________，在X极附近观察到的现象是_________________。

（2）Y电极上的电极反应式是____________，检验该电极反应产物的方法是____________。

【答案】2H++2e－=H2↑放出气体，溶液变红2Cl－－2e－=Cl2↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝

【解析】

【详解】

由题意或图像可知，此池为电解池，X极为阴极，Y极为阳极。

电极为惰性电极，饱和NaCl溶液中存在Na+、Cl－、H+、OH－，在阴极上，H+放电能力强于Na+，故阴极上发生的电极反应式为2H++2e－=H2↑，因而导致X极附近有气体放出，溶液呈碱性，溶液颜色由无色变为红色；在阳极上，Cl－放电能力强于OH－，故阳极上发生的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑。

3．现需设计一套实验装置来电解饱和食盐水,并测量电解产生的氢气的体积（约6mL）和检验氯气的氧化性（不应将多余的氯气排入空气中）。

（1）试从上图图1中选用几种必要的仪器,连成一整套装置,各种仪器接口的连接顺序（填编号）是:

A接______,B接______。

（2）碳棒上发生的电极反应为_______。

（3）能说明氯气具有氧化性的实验现象是_______。

（4）假定装入的饱和食盐水为50mL（电解前后溶液体积变化可忽略）,当测得的氢气为5.6mL（已折算成标准状况）时,溶液的pH为____。

（5）工业上采用离子交换膜法电解饱和食盐水，如上图图2，该离子交换膜是__（填“阳离子”或“阴离子”）交换膜，溶液A是_______（填溶质的化学式）

【答案】G、F、ID、E、C2Cl--2e-=Cl2↑淀粉-KI溶液变成蓝色12阳离子NaOH

【解析】

【分析】

（1）实验的目的是电解饱和食盐水，并测量电解产生的氢气的体积（约6mL）和检验氯气的氧化性，结合装置的作用来连接装置；

（2）实验目的生成氢气和氯气，所以铁应为阴极，碳棒为阳极；

（3）氯气具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，使淀粉碘化钾溶液变蓝色说明；

（4）电解饱和食盐水的方程式：

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑，利用公式c=

来计算NaOH的物质的量浓度，然后求出氢离子的浓度，最后求出pH；

（5）氢气在阴极生成，则b为阴极，a为阳极，阳离子向阴极移动，则离子交换膜允许阳离子通过；a极上氯离子失电子，生成氯气同时溶液中生成NaOH。

【详解】

（1）产生的氢气的体积用排水量气法，预计H2的体积6ml左右，所以选I不选H，导管是短进长出，所以A接G，用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B接D，氯气要进行尾气处理，即E接C；

（2）实验目的生成氢气和氯气，所以铁应为阴极，连接电源负极，碳棒为阳极，所以炭棒接直流电源的正极，电极反应：

2Cl--2e-═Cl2↑；

（3）氯气具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，碘单质遇到淀粉变蓝色，使淀粉碘化钾溶液变蓝色说明氯气具有氧化性；

（4）因电解饱和食盐水的方程式：

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑，当产生的H2的体积为5.6mL时，物质的量n=

=2.5×10-4mol，生成氢氧化钠的物质的量为5×10-4mol，所以溶液中NaOH的物质的量浓度=

═0.01mol/L，所以氢离子的浓度=

mol/L=1×10-12mol/L，pH=12；

（5）氢气在阴极生成，则b为阴极，a为阳极，阳离子向阴极移动，则离子交换膜允许阳离子通过，所以离子交换膜为阳离子交换膜；a极上氯离子失电子，生成氯气同时溶液中生成NaOH，所以溶液A是NaOH。

【点睛】

分析电解过程的思维程序：

①首先判断阴阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极；②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴阳离子两组；③然后排出阴阳离子的放电顺序：

阴极:

阳离子放电顺序：

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+；阳极：

活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH-；如果阳极材料是活性金属如Fe或Cu为阳极，则阳极本身被氧化。

4．

（1）利用原电池装置可以验证Fe3+与Cu2+氧化性相对强弱，如下图所示。

该方案的实验原理是自发进行的氧化还原反应可以设计为原电池。

写出该氧化还原反应的离子方程式：

__________。

该装置中的负极材料是______（填化学式），正极反应式是_______。

（2）某研究性学习小组为证明2Fe3++2I－⇌2Fe2++I2为可逆反应，设计如下两种方案。

方案一：

取5mL0.1mol/LKI溶液，滴加2mL0.1mol/L的FeCl3溶液，再继续加入2mLCCl4，充分振荡、静置、分层，再取上层清液，滴加KSCN溶液。

①方案一中能证明该反应为可逆反应的现象是______。

②有同学认为方案一设计不够严密，即使该反应为不可逆反应也可能出现上述现象，其原因是（用离子方程式表示）_____。

方案二：

设计如下图原电池装置，接通灵敏电流计，指针向右偏转（注：

灵敏电流计指针总是偏向电源正极），随着时间进行电流计读数逐渐变小，最后读数变为零。

当指针读数变零后，在右管中加入1mol/LFeCl2溶液。

③方案二中，“读数变为零”是因为____________.

④“在右管中加入1mol/LFeCl2溶液”后，观察到灵敏电流计的指针______偏转（填“向左”、“向右”或“不”），可证明该反应为可逆反应。

【答案】Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+CuFe3++e－=Fe2+下层（CCl4层）溶液呈紫红色，且上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+该可逆反应达到了化学平衡状态向左

【解析】

【分析】

（1）验证Fe3+与Cu2+氧化性强弱时，应将反应Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成原电池，原电池中铜作负极发生氧化反应被损耗，选用金属性弱于铜的金属或非金属C作正极，电解质溶液为可溶性的铁盐；

（2）方案一：

如该反应为可逆反应，加入四氯化碳，四氯化碳层呈紫红色，上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色；但在振荡过程中，Fe2+离子易被空气中氧气生成Fe3+，不能证明Fe3+未完全反应；

方案二：

图中灵敏电流计的指针指向右，右侧烧杯为正极，当指针读数变零后，在右管中加入1mol/LFeCl2溶液，如为可逆反应，可发生2Fe2++I2⇌2Fe3++2I-，I2被还原，指针应偏向左。

【详解】

（1）Fe3+氧化性比Cu2+强，可发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+反应，反应中Cu被氧化，Cu电极为原电池的负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，选用金属性弱于铜的金属或石墨作正极，正极上Fe3+发生还原反应，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，故答案为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+；Cu；Fe3++e－=Fe2+；

（2）①若该反应为可逆反应，反应中有碘单质生成，但不足量的Fe3+不能完全反应，溶液中依然存在Fe3+，则证明有碘单质和Fe3+存在的实验设计为：

向反应后的溶液再继续加入2mLCCl4，充分振荡、静置、分层，下层（CCl4层）溶液呈紫红色，再取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液呈血红色，故答案为下层（CCl4层）溶液呈紫红色，且上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色；

②在振荡过程中，Fe2+离子易被空气中氧气生成Fe3+，不能证明反应可逆，反应的化学方程式为4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+，故答案为4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+；

③若该反应为可逆反应，“读数变为零”说明该可逆反应达到了化学平衡状态，故答案为该可逆反应达到了化学平衡状态；

④当指针读数变零后，在右管中加入1mol/LFeCl2溶液，如为可逆反应，可发生2Fe2++I2⇌2Fe3++2I-，I2被还原，灵敏电流计指针总是偏向电源正极，指针应偏向左，故答案为向左。

【点睛】

本题考查化学反应原理的探究，侧重于分析问题和实验能力的考查，注意把握发生的电极反应、原电池工作原理，注意可逆反应的特征以及离子检验的方法为解答的关键。

5．某小组设计不同实验方案比较Cu2+、Ag+的氧化性。

（1）方案1：

通过置换反应比较

向酸化的AgNO3溶液插入铜丝，析出黑色固体，溶液变蓝。

反应的离子方程式是_______，说明氧化性Ag+＞Cu2+。

（2）方案2：

通过Cu2+、Ag+分别与同一物质反应进行比较

实验

试剂

编号及现象

试管

滴管

1.0mol/L

KI溶液

1.0mol/LAgNO3溶液

Ⅰ．产生黄色沉淀，溶液无色

1.0mol/LCuSO4溶液

Ⅱ．产生白色沉淀A，溶液变黄

①经检验，Ⅰ中溶液不含I2，黄色沉淀是________。

②经检验，Ⅱ中溶液含I2。

推测Cu2+做氧化剂，白色沉淀A是CuI。

确认A的实验如下：

a．检验滤液无I2。

溶液呈蓝色说明溶液含有________（填离子符号）。

b．白色沉淀B是________。

c．白色沉淀A与AgNO3溶液反应的离子方程式是____，说明氧化性Ag+＞Cu2+。

（3）分析方案2中Ag+未能氧化I-，但Cu2+氧化了I-的原因，设计实验如下：

编号

实验1

实验2

实验3

实验

现象

无明显变化

a中溶液较快变棕黄色,b中电极

上析出银；电流计指针偏转

c中溶液较慢变浅黄色；

电流计指针偏转

（电极均为石墨，溶液浓度均为1mol/L，b、d中溶液pH≈4）

①a中溶液呈棕黄色的原因是_______（用电极反应式表示）。

②“实验3”不能说明Cu2+氧化了I-。

依据是空气中的氧气也有氧化作用，设计实验证实了该依据，实验方案及现象是_______。

③方案2中，Cu2+能氧化I-,而Ag+未能氧化I-的原因：

_______。

（资料：

Ag++I-=AgI↓K1=1.2×1016；2Ag++2I-=2Ag↓+I2K2=8.7×108）

【答案】Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+AgICu2+AgClCuI+2Ag+=Cu2++Ag+AgI

将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/L

溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转K1＞K2，故

更易与

发生复分解反应，生成AgI2Cu2++4I-=2CuI+I2，生成了CuI沉淀，使得

的氧化性增强

【解析】

（1）向酸化的AgNO3溶液插入铜丝，析出黑色固体，溶液变蓝，说明铜置换出了金属银，反应的离子方程式为

，说明氧化性Ag+＞Cu2+，故答案为

；

（2）①经检验，Ⅰ中溶液不含I2，黄色沉淀是碘离子与银离子形成的碘化银沉淀，故答案为AgI；

②Ⅱ中溶液含I2，说明Cu2+做氧化剂，将碘离子氧化，本身被还原为Cu+，因此白色沉淀A是CuI。

a．检验滤液无I2。

溶液呈蓝色说明溶液含有Cu2+，故答案为Cu2+；

b．滤渣用浓硝酸溶解后，在上层清液中加入盐酸，生成的白色沉淀B为AgCl，故答案为AgCl；

c．白色沉淀A与AgNO3溶液反应生成了Cu2+和灰黑色沉淀，灰黑色沉淀用浓硝酸溶解后的溶液中含有银离子，黄色沉淀为AgI，说明灰黑色沉淀中含有金属银，反应的离子方程式为

，说明氧化性Ag+＞Cu2+，故答案为

；

（3）①碘化钾溶液与硝酸银溶液构成了原电池，a中溶液中的碘离子发生氧化反应生成碘单质，溶液呈棕黄色，电极反应式为

，故答案为

；

②“实验3”不能说明Cu2+氧化了I-。

依据是空气中的氧气也有氧化作用，只需设计没有铜离子的情况下，也能看到相似的现象即可，可以设计实验：

将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/L

溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转，故答案为将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/L

溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转；

③Ag++I-=AgI↓K1=1.2×1016；2Ag++2I-=2Ag↓+I2K2=8.7×108，K1＞K2，故

更易与

发生复分解反应，生成AgI。

2Cu2++4I-=2CuI+I2，生成了CuI沉淀，使得

的氧化性增强，因此方案2中，Cu2+能氧化I-，而Ag+未能氧化I-，故答案为K1＞K2，故

更易与

发生复分解反应，生成AgI。

2Cu2++4I-=2CuI+I2，生成了CuI沉淀，使得

的氧化性增强。

点睛：

本题考查了化学实验方案的设计与探究，本题的难度较大，理解实验的设计意图是解题的关键。

本题的难点为（3）③，要注意根据反应进行的趋势大小和化学平衡移动的原理分析解答。

6．钨是我国丰产元素，是熔点最高的金属，广泛用于拉制灯泡的灯丝，有“光明使者”的美誉。

钨在自然界主要以钨（+6价）酸盐的形式存在。

有开采价值的钨矿石是白钨矿和黑钨矿。

白钨矿的主要成分是钨酸钙（CaWO4）；黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐，化学式常写成（FeWO4和MnWO4），钨酸（H2WO4）酸性很弱，难溶于水。

已知：

①CaWO4与碳酸钠共热发生复分解反应。

②钨在高温下可与焦炭（C）反应生成硬质合金碳化钨（WC）。

（1）74W在周期表的位置是第_______周期。

（2）写出黑钨矿中FeWO4与氢氧化钠，空气熔融时的化学反应方程式________________________________；白钨矿粉与碳酸钠共热的化学反应方程式_______________。

（3）工业上，可用一氧化碳、氢气或铝还原WO3冶炼W。

理论上，等物质的量的CO、H2、Al作还原剂，可得到W的质量之比为______。

用焦炭也能还原WO3，但用氢气更具有优点，其理由是_____________________________________。

（4）已知氢氧化钙和钨酸钙（CaWO4）都是微溶电解质，两者的溶解度均随温度升高而减小。

下图为不同温度下Ca（OH）2、CaWO4的沉淀溶解平衡曲线，则T1时Ksp（CaWO4）＝_________（mol/L）2。

将钨酸钠溶液加入石灰乳得到大量钨酸钙，发生反应的离子方程式为_____________________________，T2时该反应的平衡常数为__________。

（5）工业上，可用电解法从碳化钨废料中回收钨。

碳化钨作阳极，不锈钢作阴极，盐酸为电解质溶液，阳极析出滤渣D并放出CO2。

写出阳极的电极反应式_______________。

【答案】六4FeWO4+8NaOH+O2

2Fe2O3+4Na2WO4+4H2OCaWO4+Na2CO3

CaCO3+Na2WO42∶2∶3焦炭为固体，得到的金属钨会混有固体杂质，并且用焦炭还可能产生CO等有污染的尾气1×10-10WO42-+Ca（OH）2=CaWO4+2OH-1×103mol/LWC－10e-+6H2O=H2WO4+CO2+10H+

【解析】

（1）W为74号元素，第五周期最后一种元素为56号，第六周期最后一种元素为84号，因此74号在元素周期表的第六周期，故答案为：

六；

（2）FeWO4中的铁为+2价，与氢氧化钠在空气熔融时被空气中的氧气氧化，反应的化学反应方程式为4FeWO4+8NaOH+O2

2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O；白钨矿粉与碳酸钠共热的化学反应方程式为CaWO4+Na2CO3

CaCO3+Na2WO4，故答案为：

4FeWO4+8NaOH+O2

2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O；CaWO4+Na2CO3

CaCO3+Na2WO4；

（3）工业上，可用一氧化碳、氢气或铝还原WO3冶炼W。

理论上，1mol的CO、H2、Al作还原剂时，转移的电子分别为2mol，2mol，3mol，根据得失电子守恒，得到W的质量之比为2∶2∶3。

用焦炭也能还原WO3，但用氢气更具有优点，因为焦炭为固体，得到的金属钨会混有固体杂质，并且用焦炭还可能产生CO等有污染的尾气，故答案为：

2∶2∶3；焦炭为固体，得到的金属钨会混有固体杂质，并且用焦炭还可能产生CO等有污染的尾气；

（4）根据图像，T1时KSP（CaWO4）=c（Ca2+）•c（WO42-）=1×10-5×1×10-5=1×10-10，将钨酸钠溶液加入石灰乳，发生复分解反应，氢氧化钙和钨酸根离子反应生成钨酸钙沉淀，反应的离子方程式为：

WO42-+Ca（OH）2=CaWO4+2OH-，T2时，C（OH-）=10-2mol/L，c（WO42-）=10-7mol/L，平衡常数K等于生成物平衡浓度系数次方之积和反应物平衡浓度系数次方之积，即K=

=

=1×103，故答案为：

1×10-10；WO42-+Ca（OH）2=CaWO4+2OH-；1×103；

（5）电解时，阴极是氢离子放电生成氢气，电极反应式是2H++2e-=H2↑，阳极是碳化钨失去电子，发生氧化反应：

WC+6H2O-10e-=H2WO4+CO2↑+10H+，故答案为：

WC+6H2O-10e-=H2WO4+CO2↑+10H+。

7．某课外小组分别用图中所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。

请回答：

Ⅰ.用甲图装置进行第一组实验。

（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是________（填序号）。

A．铝B．石墨C．银D．铂

（2）N极为_______（填“正”“负”“阴”“阳”）电极，发生反应的电极反应式为__________。

（3）实验过程中，SO42－________（填“从左向右”“从右向左”或“不”）移动；滤纸上能观察到的现象有_____。

Ⅱ.用乙图装置进行第二组实验。

实验过程中，观察到与第一组实验不同的现象：

两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清。

查阅资料得知，高铁酸根离子（FeO

）在溶液中呈紫红色，且需碱性环境才可产生。

（4）电解过程中，X极区溶液的pH________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（5）电解过程中，Y极发生的电极反应为_______________和____________________。

（6）若在X极收集到672mL气体，在Y极收集到168mL气体（均已折算为标准状况时气体体积），则Y电极（铁电极）质量减少________g。

（7）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为2K2FeO4＋3Zn===Fe2O3＋ZnO＋2K2ZnO2。

该电池正极发生的反应的电极反应式为__________________________________。

【答案】A阴2H＋＋2e－=H2↑（或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－）从右向左滤纸上有红褐色斑点产生（答出“红褐色斑点”或“红褐色沉淀”即可）增大Fe－6e－＋8OH－=FeO42－＋4H2O4OH－－4e－=2H2O＋O2↑0.282FeO42－＋6e－＋5H2O=Fe2O3＋10OH－

【解析】

（1）在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，铝是比锌活泼的金属，所以不能代替铜，故选A；

（2）N电极连接原电池负极，所以是电解池阴极，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：