高考化学知识点过关培优训练化学能与电能附答案解析.docx

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高考化学知识点过关培优训练化学能与电能附答案解析

高考化学知识点过关培优训练∶化学能与电能附答案解析

一、化学能与电能

1．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。

2．某同学设计了甲烷燃料电池并探究某些工业电解原理（如图所示），其中乙装置为探究氯碱工业原理（X为阳离子交换膜，C为石墨电极），丙装置为探究粗铜精炼原理。

请回答下列问题：

（1）从a口通入的气体为_______。

（2）B电极的电极材料是________。

（3）写出甲中通甲烷一极的电极反应式：

________________________________。

（4）写出乙中发生的总反应的离子方程式为________________________________。

【答案】氧气粗铜CH4-8e-+10OH-=CO32－+7H2O2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－

【解析】

【分析】

乙装置为探究氯碱工业原理，说明铁电极为阴极，则b为电源的负极，即通入甲烷，a为电源的正极，通入氧气。

丙为电解精炼铜，则A为精铜，B为粗铜。

【详解】

乙装置为探究氯碱工业原理，说明铁电极为阴极，则b为电源的负极，即通入甲烷，a为电源的正极，通入氧气。

丙为电解精炼铜，则A为精铜，B为粗铜。

（1）根据分析a极通入的为氧气；

（2）B连接电源的正极，是电解池的阳极，应为粗铜；

（3）根据电解质溶液为氢氧化钾分析，甲烷失去电子生成碳酸根离子，电极反应为CH4-8e-+10OH-=CO32－+7H2O；

（4）乙为电解氯化钠溶液，电解反应方程式为2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－。

【点睛】

掌握电解池的工作原理。

若阳极为活性电极，即是除了铂金以外的其它金属时，金属放电，不是溶液中的阴离子放电。

阴极为溶液中的阳离子放电。

掌握燃料电池的电极的书写。

注意电解质的酸碱性。

3．研究金属腐蚀和防腐的原理很有现实意义。

（1）甲图为人教版教材中探究钢铁的吸氧腐蚀的装置。

某兴趣小组按该装置实验，导管中液柱的上升缓慢，下列措施可以更快更清晰观察到水柱上升现象的有________（填序号）。

A．用纯氧气代替试管内空气B．用酒精灯加热试管提高温度

C．将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末D．换成更细的导管，水中滴加红墨水

（2）该小组将甲图装置改进成乙图装置并进行实验，导管中红墨水液柱高度随时间的变化如下表，根据数据判断腐蚀的速率随时间逐渐_______________（填“加快”、“不变”、“减慢”），你认为影响因素为________________________________________

时间/min

1

3

5

7

9

液柱高度/cm

0.8

2.1

3.0

3.7

4.2

（3）为探究铁钉腐蚀实验a、b两点所发生的反应，进行以下实验，请完成表格空白：

实验操作

实验现象

实验结论

向NaCl溶液中滴加2~3滴酚酞指示剂

a点附近溶液出现红色

a点电极反应为①___________________

然后再滴加2~3滴②________________

b点周围出现蓝色沉淀

b点电极反应为③___________________

根据以上实验探究，试判断____________（填“a”或“b”）为负极，该点腐蚀更严重。

（4）设计下面装置研究弱酸性环境中腐蚀的主要形式。

测定锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时间变化见下图，从图中可分析，t1~t2之间主要发生__________腐蚀（填吸氧或析氢），原因是__________________________________________。

（5）金属阳极钝化是一种电化学防腐方法。

将Fe作阳极置于H2SO4溶液中，一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜，试写出该阳极电极反应式________________________。

【答案】ACD减慢氧气的浓度O2+4e—+2H2O=4OH—铁氰化钾溶液Fe-2e—=Fe2+b吸氧氧气含量和瓶内压强都降低，因此主要是吸氧腐蚀3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+

【解析】

【分析】

（1）由影响化学反应速率的几大因素进行推导，其中a为浓度、b为温度、c为固体表面积，但b项直接加热会使具支试管内温度持续升高，导管一端只会产生气泡不会形成气柱，d项换成更细的导管旨在放大实验现象，以便于明显观察到水柱的上升，答案为ACD；

（2）通过表格，间隔2分钟液面高度的变化，5~7，7~9变化趋势逐渐减小，则反应速率逐渐减慢，随着反应的进行，空气中的氧气浓度含量逐渐减小，反应速率逐渐减慢；

（3）铁钉的吸氧腐蚀中，滴有酚酞的a点附近出现红色，则产生氢氧根离子，电极反应式：

O2+4e—+2H2O=4OH—；b点则为Fe失电子生成二价铁或三价铁，b点周围出现蓝色沉淀则加入铁氰化钾验证二价铁的存在，电极反应：

Fe-2e—=Fe2+；b点做电池的负极，腐蚀更严重；

（4）从图中分析t1~t2之间氧气的体积分数逐渐减小，压强逐渐减小，可确定此时发生吸氧腐蚀；

（5）将Fe作阳极置于H2SO4溶液中，一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜，3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+。

【详解】

（1）由影响化学反应速率的几大因素进行推导，其中a为浓度、b为温度、c为固体表面积，但b项直接加热会使具支试管内温度持续升高，导管一端只会产生气泡不会形成气柱，d项换成更细的导管旨在放大实验现象，以便于明显观察到水柱的上升，答案为ACD；

（2）通过表格，间隔2分钟液面高度的变化，5~7，7~9变化趋势逐渐减小，则反应速率逐渐减慢，随着反应的进行，空气中的氧气浓度含量逐渐减小，反应速率逐渐减慢；答案为：

减慢；氧气的浓度；

（3）铁钉的吸氧腐蚀中，滴有酚酞的a点附近出现红色，则产生氢氧根离子，电极反应式：

O2+4e—+2H2O=4OH—；b点则为Fe失电子生成二价铁或三价铁，b点周围出现蓝色沉淀则加入铁氰化钾验证二价铁的存在，电极反应：

Fe-2e—=Fe2+；b点做电池的负极，腐蚀更严重；答案为：

O2+4e—+2H2O=4OH—；铁氰化钾溶液；Fe-2e—=Fe2+；b；

（4）从图中分析t1~t2之间氧气的体积分数逐渐减小，压强逐渐减小，可确定此时发生吸氧腐蚀；答案为：

吸氧；氧气含量和瓶内压强都降低，因此主要是吸氧腐蚀；

（5）将Fe作阳极置于H2SO4溶液中，一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜，答案为：

3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+。

4．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。

5．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+。

6．钢铁分析中常用高氯酸（HClO4）溶解矿样，某研究性学习小组欲制取少量高氯酸。

该学习小组查阅到：

a．HClO4浓度高于60%时遇含碳化合物易爆炸，浓度低于60%时比较稳定;

b．NaClO4与浓硫酸反应可制得高氯酸，若采用真空蒸馏可得纯高氯酸;

c．NaClO3在673K（400℃）分解产生NaClO4、NaCl和一种气体。

该小组同学设计实验分三步制备高氯酸：

（一）制氯气并使制得的氯气与氢氧化纳溶液反应制氯酸纳;

（二）氯酸钠分解制高氯酸钠;

（三）高氯酸纳与浓硫酸反应制高氯酸[2NaClO4+H2SO4（浓）

Na2SO4+2HClO4]。

（1）制取氯酸钠的装置连接顺序为A,___________

（2）B装置中发生反应的离子方程式为__________________________。

（3）为了制备高氯酸钠并推出氯酸钠分解制高氯酸钠的化学方程式，该小组设计了两组装置（甲，乙）如下：

该小组经过分析决定选用甲装置制备高氯酸钠，取NaClO3样品2.13g,加热充分反应后集气瓶中收集到224mL（标准状况下）气体，则该反应的化学方程式为_________________________；不选用乙装置的原因可能为______________________。

（4）用丙裝置制备高氯酸，向烧瓶中加入高氯酸钠，然后加入浓硫酸后，加热可制取高氯酸。

实验开始前，胶塞及导管接口需要包锡箔纸，其原因是___________，仪器E的名称为___________。

该组同学发现操作中少加入一种物质，该物质的名称为___________。

发现后的正确操作为_________________。

（5）工业上大量制备NaClO4常用高电流密度电解NaClO3的方法，试写出以惰性电极电解时的阳极反应式：

_______________________________________________。

【答案】C,B,D3Cl2+6OH-

5Cl-+ClO3-+3H2O2NaClO3

NaClO4+NaCl+O2↑乙装置不能快速判断氯酸钠是否完全反应且反应后气体无法收集橡胶中含有“碳”，若生成的高氯酸浓度高时遇胶塞及导管极有可能会爆炸锥形瓶碎瓷片（或沸石）停止实验，冷却后加入碎瓷片（或沸石）再继续进行实验ClO3--2e+H2O=ClO4-+2H+

【解析】

（1）.装置A制取的氯气通过装置C除去氯化氢杂质，在装置B中，氯气与氢氧化钠溶液反应制得氯酸钠，用D吸收多余的氯气，防止污染环境，所以制取氯酸钠的装置连接顺序为A，C，B，D，故答案为C，B，D；

（2）.在B装置中，氯气和氢氧化钠溶液在加热的条件下发生反应，生成氯化钠、氯酸钠和水，反应的离子方程式为：

3Cl2+6OH-

5Cl-+ClO3-+3H2O，故答案为3Cl2+6OH-

5Cl-+ClO3-+3H2O；

（3）.用甲装置制备高氯酸钠，2.13gNaClO3样品的物质的量为0.02mol，224mL（标准状况下）气体的物质的量为0.01mol，则该反应的化学方程式为2NaClO3

NaClO4+NaCl+O2↑；因乙装置不能快速判断氯酸钠是否完全反应且反应后气体无法收集，所以不选用乙装置，故答案为2NaClO3

NaClO4+NaCl+O2↑；乙装置不能快速判断氯酸钠是否完全反应且反应后气体无法收集；

（4）.实验开始前，胶塞及导管接口需要包锡箔纸，其原因是橡胶中含有“碳”，若生成的高氯酸浓度高时遇胶塞及导管极有可能会爆炸；仪器E的名称为锥形瓶；该组同学发现操作中少加入一种物质，该物质的名称为碎瓷片（或沸石），发现后的正确操作为停止实验，冷却后加入碎瓷片（或沸石）再继续进行实验，故答案为橡胶中含有“碳”，若生成的高氯酸浓度高时遇胶塞及导管极有可能会爆炸；锥形瓶；碎瓷片（或沸石）；停止实验，冷却后加入碎瓷片（或沸石）再继续进行实验；

（5）.工业上大量制备NaClO4常用高电流密度电解NaClO3的方法，以惰性电极电解时，阳极发生氧化反应，则阳极反应式为：

ClO3--2e-+H2O=ClO4-+2H+，故答案为ClO3--2e-+H2O=ClO4-+2H+。

7．盐酸、硫酸和硝酸是中学阶段常见的“三大酸”，请就“三大酸”的性质，回答下列问题：

⑴稀盐酸与铜不反应，但向稀盐酸中加入H2O2后，则可使铜溶解。

该反应的化学方程式为________________________________________________________。

某同学未加入氧化剂，而是设计了一个实验装置，也能使铜很快溶于稀盐酸．