高考化学复习化学能与电能专项易错题.docx
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高考化学复习化学能与电能专项易错题
2020-2021高考化学复习化学能与电能专项易错题
一、化学能与电能
1．以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。
某研究小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。
（1）将滤纸用3.5%的NaCl溶液润湿，涂上铁粉、碳粉的混合物，贴在表面皿上。
在滤纸上加几滴检验试剂，再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸，操作如下所示：
①实验ⅰ的现象说明，得电子的物质是_______________________________。
②碳粉的作用是___________________________________________________。
③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是_____________________。
（2）向如图示装置的烧杯a、b中各加入30mL3.5%的NaCl溶液，闭合K，指针未发生偏转。
加热烧杯a，指针向右偏转。
①取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，a中出现蓝色沉淀，b中无变化，b中铁片作________极。
②加热后，指针发生偏转的原因可能是_____________________。
（3）用
（2）中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响，向烧杯a、b中各加入30mL不同质量分数的NaCl溶液，实验记录如下表所示。
实验
a
b
指针偏转方向
I
0.1%
0.01%
向右
II
0.1%
3.5%
向左
Ⅲ
3.5%
饱和溶液
向右
①Ⅱ中，b中电极发生的电极反应式是_______________________________。
②Ⅲ中，铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀。
查阅资料可知：
在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀。
设计实验证明：
_______________________________。
（4）根据上述实验，对钢铁腐蚀有影响的因素是_______________________________。
【答案】O2与铁组成原电池，作原电池的正极用水代替NaCl溶液进行上述实验正温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快Fe－2e-=Fe2+另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe（CN）6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度
【解析】
【分析】
（1）铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池，发生吸氧腐蚀生成氢氧根离子，溶液显碱性，遇到酚酞变红；
（2）①K3[Fe（CN）6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀；
②温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快；
（3）①依据不同浓度下，检流计指针偏转方向判断电极，书写电极反应式；
②要证明在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀，可以设计对比试验，一个实验中通入氧气，另一个实验中不通入氧气，观察铁的腐蚀情况；
（4）依据上述实验总结归纳解答。
【详解】
（1）①铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池，酚酞变红说明生成氢氧根离子，发生吸氧腐蚀，故得电子的物质是O2；
②铁与碳以氯化钠溶液为电解质形成原电，铁做原电池负极，碳做正极；
③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是，用水做电解质，代替氯化钠进行上述实验；
（2）①K3[Fe（CN）6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀，而取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，a中出现蓝色沉淀，说明a中生成二价铁离子，b中无变化，b中没有二价铁离子生成，所以a做负极，b做正极；
②加热后，指针发生偏转的原因可能是：
温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快；
（3）①依据图表中Ⅱ组数据及指针向左偏转，则可知：
b极为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式：
Fe－2e-=Fe2+；
②要证明氧气浓度对金属腐蚀速率的影响，可以设计对比实验，如下：
另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe（CN）6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象；
（4）通过上述实验可知：
对钢铁腐蚀有影响的因素是有温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度。
2．某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+，发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。
（1）检验产物
①取少量黑色固体，洗涤后，_______（填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液，滴加K3[Fe（CN）6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有_______________。
（2）针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是___________________（用离子方程式表示）。
针对两种观点继续实验：
①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。
同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：
序号
取样时间/min
现象
ⅰ
3
产生大量白色沉淀；溶液呈红色
ⅱ
30
产生白色沉淀；较3min时量少；溶液红色较3min时加深
ⅲ
120
产生白色沉淀；较30min时量少；溶液红色较30min时变浅
（资料：
Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN）
②对Fe3+产生的原因作出如下假设：
假设a：
可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；
假设b：
空气中存在O2，由于________（用离子方程式表示），可产生Fe3+；
假设c：
酸性溶液中NO3-具有氧化性，可产生Fe3+；
假设d：
根据_______现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。
③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。
实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ：
向硝酸酸化的________溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3min时溶液呈浅红色，30min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ：
装置如图。
其中甲溶液是________，操作及现象是________________。
【答案】加入足量稀盐酸（或稀硫酸），固体未完全溶解（或者加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀）Fe2+Fe+2Fe3+=3Fe2+4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O白色沉淀0.05mol·L-1NaNO3溶液FeCl2、FeCl3混合溶液按图连接好装置，电流表指针发生偏转，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，后者红色更深
【解析】
【详解】
（1）①黑色固体中含有过量铁，如果同时含有银，则可以加入HCl或H2SO4溶解Fe，而银不能溶解，故答案为：
加入足量稀盐酸（或稀硫酸）酸化，固体未完全溶解；
②K3[Fe（CN）3]是检验Fe2+的试剂，所以产生蓝色沉淀说明含有Fe2+，故答案为：
Fe2+；
（2）过量铁粉与Fe3+反应生成Fe2+，即Fe+2Fe3+=3Fe2+，故答案为：
Fe+2Fe3+=3Fe2+；
②O2氧化Fe2+反应为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，白色沉淀是AgSCN，所以实验可以说明含有Ag+，Ag+可能氧化Fe2+生成Fe3+，故答案为：
4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；白色沉淀；
③实验Ⅰ：
证明假设abc错误，就是排除Ag+对实验的影响，相当于没有Ag+存在的空白实验，考虑其他条件不要变化，可以选用0.05mol•L-1NaNO3，故答案为：
0.05mol·L-1NaNO3溶液；
实验Ⅱ：
原电池实验需要证明的是假设d的反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+能够实现，所以甲池应当注入FeCl2、FeCl3混合溶液，按图连接好装置，如电流表指针发生偏转，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，后者红色更深，可说明d正确，故答案为：
FeCl2、FeCl3混合溶液；按图连接好装置，电流表指针发生偏转，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，后者红色更深。
3．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：
2H++2e-═H2↑（或2H2O+2e-═H2↑+2OH-），故答案为2H++2e-═H2↑（或2H2O+2e-═H2↑+2OH-）；
（3）原电池放电时，阴离子向负极移动，所以硫酸根从右向左移动，电解池中，阴极上氢离子得电子生成氢气，阳极上铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧气氧化生成氢氧化铁，所以滤纸上有红褐色斑点产生，故答案为从右向左，滤纸上有红褐色斑点产生；
（4）电解过程中，阴极上氢离子放电生成氢气，则阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子溶液，溶液呈碱性，溶液的pH增大，故答案为：
增大；
（5）铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：
Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O和4OH--4e-═2H2O+O2↑，故答案为Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O；4OH--4e-═2H2O+O2↑；
（6）X电极上析出的是氢气，Y电极上析出的是氧气，且Y电极失电子进入溶液，设铁质量减少为xg，根据转移电子数相等有：
×2＝
×4+
×6，x=0.28，故答案为0.28g；
（7）正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应，反应方程式为2FeO42-+6e-+5H2O═Fe2O3+10OH-，故答案为2FeO42-+6e-+5H2O═Fe2O3+10OH-。
点睛：
本题考查了原电池和电解池原理，注意：
电解池中如果活泼金属作阳极，则电解池工作时阳极材料失电子发生氧化反应，为易错点。
4．某小组同学利用下图装置对电解氯化铜实验进行了研究。
装置
现象
电解一段时间时，阳极石墨表面产生气体，阴极石墨上附着红色物质，烧杯壁变热，溶液由蓝色变为绿色
（1）甲认为电解过程中阳极产生的是溶液变绿的原因，写出产生该物质的电极反应式：
。
（2）乙查阅资料，CuCl2溶液中存在平衡：
Cu2++4Cl＿
[CuCl4]2＿（黄色）ΔH＞0。
据此乙认为:
电解过程中，[CuCl4]2＿（黄色）浓度增大，与CuCl2蓝色溶液混合呈绿色。
乙依据平衡移动原理推测在电解过程中[CuCl4]2＿浓度增大的原因：
。
（3）丙改用下图装置，在相同条件下电解CuCl2溶液，对溶液变色现象继续探究。
装置
现象
电解相同时间时，阳极石墨表面产生气泡，溶液仍为蓝色；阴极石墨上附着红色物质，溶液由蓝色变为绿色；U型管变热，冷却后阴极附近溶液仍为绿色
丙通过对现象分析证实了甲和乙的观点均不是溶液变绿的主要原因。
丙否定甲的依据是，否定乙的依据是。
（4）丙继续查阅资料：
i.电解CuCl2溶液时可能产生[CuCl2]＿，[CuCl2]＿掺杂Cu2+后呈黄色
ii.稀释含[CuCl2]＿的溶液生成CuCl白色沉淀据此丙认为：
电解过程中，产生[CuCl2]＿掺杂Cu2+后呈黄色，与CuCl2蓝色溶液混合呈绿色。
丙进行如下实验：
a．取电解后绿色溶液2mL，加20mL水稀释，静置5分钟后溶液中产生白色沉淀。
b.另取少量氯化铜晶体和铜粉，向其中加2mL浓盐酸，加热获得含[CuCl2]＿的黄色溶液。
c.冷却后向上述溶液……
d.取c中2mL溶液，加20mL水稀释，静置5分钟后溶液中产生白色沉淀。
①a的目的是。
②写出b中生成[CuCl2]＿的离子方程式：
。
③补充c中必要的操作及现象：
。
丙据此得出结论：
电解时阴极附近生成[CuCl2]＿是导致溶液变绿的原因。
【答案】
（1）Cl2；2Cl－-2e－=Cl2↑
（2）电解过程放热导致温度升高，Cu2++4Cl－
[CuCl4]2－正向移动；
（3）阳极附近溶液仍为蓝色；U型管冷却后阴极附近溶液仍为绿色；
（4）①证明在上述实验条件下，电解后的绿色溶液中存在[CuCl2]－；
②Cu2++4Cl－+Cu=2[CuCl2]－；
③加入CuCl2蓝色溶液，直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同。
【解析】
试题分析：
（1）电解过程中阳极发生氧化反应，溶液中的氯离子放电生成氯气，氯气溶于水，溶液可能呈现绿色，故答案为：
Cl2；2Cl－-2e－=Cl2↑；
（2）电解过程放热导致温度升高，Cu2++4Cl－
[CuCl4]2－正向移动，[CuCl4]2＿浓度增大，故答案为：
电解过程放热导致温度升高，Cu2++4Cl－
[CuCl4]2－正向移动；
（3）阳极生成了氯气，但阳极附近溶液仍为蓝色，说明不是生成氯气的缘故；Cu2++4Cl＿
[CuCl4]2＿（黄色）ΔH＞0，温度降低，平衡正向移动，溶液应该呈现黄色，但U型管冷却后阴极附近溶液仍为绿色，因此乙的推断也不正确，故答案为：
阳极附近溶液仍为蓝色；U型管冷却后阴极附近溶液仍为绿色；
（4）①根据信息，取电解后绿色溶液2mL，加20mL水稀释，静置5分钟后溶液中产生白色沉淀，说明电解后的绿色溶液中存在[CuCl2]－，故答案为：
证明在上述实验条件下，电解后的绿色溶液中存在[CuCl2]－；
②氯化铜晶体和铜粉加入2mL浓盐酸中，加热获得含[CuCl2]＿的黄色溶液，反应的离子方程式为Cu2++4Cl－+Cu=2[CuCl2]－，故答案为：
Cu2++4Cl－+Cu=2[CuCl2]－；
③c的步骤就是证明电解时阴极附近生成[CuCl2]＿是导致溶液变绿的原因，因此操作及现象为加入CuCl2蓝色溶液，直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同，故答案为：
加入CuCl2蓝色溶液，直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同。
考点：
考查了物质性质的探究实验方案的设计的相关知识。
5．
（1）如下图所示，A为电源，B为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，C．D为电解槽，其电极材料见图，电解质溶液：
C装置中溶液为AgNO3溶液，D装置的溶液为Cu（NO3）2溶液，。
关闭K1，打开K2，通电后，B的KMnO4紫红色液滴向d端移动，则电源a端为_______极，通电一段时间后，观察到滤纸c端出现的现象是：
_________；
（2）打开K1，关闭K2，通电一段时间后，D装置中Cu极的电极反应式为______________。
C装置中右端Pt电极上的电极反应式为：
______________________。
C装置中总反应方程式为：
_______________________。
（3）假定C．D装置中电解质溶液足量，电解一段时间后，C装置中溶液的pH值_______（填“变大”.“变小”或“不变”，下同），D装置中溶液的pH值______。
【答案】负变红色Cu–2e-=Cu2+4OH--4e-=2H2O+O2↑
减小不变
【解析】
【分析】
（1）关闭K1，打开K2，为电解饱和食盐水装置，通电后，B的KMnO4紫红色液滴向d端移动，根据电解池工作原理可知阴离子向阳极移动判断电源的正负极并判断反应现象；
（2）打开K1，关闭K2，为电解硝酸银和硝酸铜的串联电路，D装置中Cu极连接电源的正极，为电解池的阳极，发生氧化反应，C装置中右端Pt电极为阳极，氢氧根离子放电生成氧气；
（3）C为电解硝酸银装置，D为电镀装置。
【详解】
（1）据题意KMnO4紫红色液滴向d端移动，说明高锰酸根离子向d端移动，可推出极为阳极，进一步可确定电源a端为负极，b端为正极，通电一段时间后，滤纸c端发生反应为2H++2e-=H2↑，促进水的电离，滴加酚酞呈红色；
（2）打开K1，关闭K2，为电解硝酸银和硝酸铜的串联电路，D装置中Cu极连接电源的正极，为电解池的阳极，发生氧化反应，电极方程式为Cu-2e-=Cu2+，C装置中右端Pt电极为阳极，氢氧根离子放电生成氧气，电解方程式为4OH--4e-=2H2O+O2↑，电解总反应为4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3；
（3）C装置中总反应方程式为4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3，溶液pH减小，D为电镀装置，溶液浓度不变，则pH不变。
6．
（一）如图所示，甲、乙是电化学实验装置，请回答下列问题：
若甲、乙两个烧杯中均盛放饱和NaCl溶液。
①甲中石墨棒上的电极反应式是_________________________________
②乙中总反应的离子方程式为___________________________________
若乙中含有0.10mol·L-1NaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为560mL（标准状况下）时，溶液的pH=_____________（2分）（假设溶液体积变化忽略不计），转移电子的个数为____________
（二）肼一空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景。
其工作原理如上图所示，回答下列问题：
①该燃料电池中正极通入的物质是__________；
负极发生的反应式为：
__________________________
②电池工作时，OH-移向极________（“a”或“b”）
③当电池放电转移5mol电子时，至少消耗燃料肼________g
（三）全钒液流电池的结构如图所示，其电解液中含有钒的不同价态的离子、H+和SO42﹣．电池放电时，负极的电极反应为：
V2+﹣e﹣=V3+．
①电池放电时的总反应方程式为___________________________
充电时，电极M应接电源的_________极
②若电池初始时左、右两槽内均以VOSO4和H2SO4的混合液为电解液，使用前需先充电激活，充电过程阴极区的反应分两步完成：
第一步VO2+转化为V3+；第二步V3+转化为V2+．则第一步反应过程中阴极区溶液n（H+）_________
_（填“增大”、“不变”或“减小”）（1分），阳极的电极反应式为_________________________
【答案】
（一）
（1）①O2＋4e－＋2H2O===4OH－
②2Cl－＋
2H2O
Cl2↑＋2OH－＋H2↑
③13；3.612×1022或0.
06NA
（二）①空气或氧气N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑②a③40
（三）①VO2++2H++V2+=VO2++H2O+V3+正
②减小VO2++H2O﹣e﹣=VO2++2H+
【解析】
试题分析：
（一）
（1）①甲装置为原电池，石墨作正极，O2放电，电极反应为：
O2＋2H2O＋4e－=4OH－；②乙装置为电解池，Fe是阴极，不参与反应，总反应的离子方程式为：
2Cl－＋
2H2O
Cl2↑＋2OH－＋H2↑；③阳极生成0.025mol的气体,其中先是氯离子失电子，0.04mol氯离子失去0.04mol电子,生成0.02mol的氯气，另外的0.005mol气体是氢氧根离子失电子生成的氧气，可知0.02mol氢氧根失去0.02mol电子，共失去0.06mol电子，同时在阴极氢离子得电子0.06mol电子，刚好反应0.06mol氢离子，也就是留下了0.04mol氢氧根离子，氢离子浓度为0.04/0.4=0.1mol/L.pH为13；转移电子的个数为3.612×1022或0.
06NA；
（二）①在肼（N2H4）燃料电池中，通入燃料气体N2H4为负极，通入空气或氧气的一极为正极；在原电池中，阴离子向负极移动，在碱性电解质中失去电子生成氮气和水，电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；②电池工作时，OH-移向负极，即a极；③当电池放电转移5mol电子时，消耗燃料肼1.25mol，质量为40g；
（三）①左槽的电极反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，为原电池的正极，总反应方程式为VO2++2H++V2+=VO2++H2O+V3+；充电时，电极M应接电源的正极；②第一步VO2+转化为V3+的方程式为：
VO2++4H++2e‾=V3++2H2O，消耗了H+，所以阴极区溶液n（H+）减小；阳极上VO2+失电子生成VO2+，电极方程式为：
VO2++H2O﹣e﹣=VO2++2H+。
考点：
原电池，电解池原理
7．某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验探究。
Ⅰ．利用如图所示装置探究金属的防护措施，实验现象是锌电极不断溶解，铁电极表面有气泡产生。
（1）写出负极的电极反应式：
____________。
（2）某学生认为，铁电极可能参与反应，并对产物作出假设：
假设1：
铁参与反应，被氧化生成Fe2＋；
假设2：
铁参与反应，被氧化生成Fe3＋；
假设3：
__________________________。
（3）为了探究假设1、2，他采取如下操作：
①取0．01mol/LFeCl3溶液2mL于试管中，加入过量铁粉；
②取操作①试管的上层清液加入2滴K3[Fe（CN）6]溶液，生成蓝色沉淀；
③取少量正极附近溶液加入2滴K3[Fe（CN）6]溶液，未见蓝色沉淀生成；
④取少量正极附近溶液加入2滴KSCN溶液，未见溶液变红。
据②、③、④现象得出的结论是______
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