备战高考化学 化学能与电能 综合题附详细答案.docx

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备战高考化学化学能与电能综合题附详细答案

2020-2021备战高考化学化学能与电能综合题附详细答案

一、化学能与电能

1．某小组设计不同实验方案比较Cu2+、Ag+的氧化性。

查阅资料：

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

（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，说明氧化性Ag+＞Cu2+。

反应的离子方程式是___________________________________________________。

（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

KI溶液

KI溶液AgNO3溶液

ab

KI溶液CuSO4溶液

cd

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-。

其原因一是从K值分析：

______；二是从Cu2+的反应特点分析：

______________________________________________。

【答案】Cu+2Ag+＝2Ag+Cu2+；AgICu2+AgClCuI+2Ag+＝Cu2++Ag+AgI2I――2e－＝I2将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/LNa2SO4溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转K1＞K2，故Ag+更易与I_发生复分解反应，生成AgI2Cu2++4I-=2CuI+I2，生成了CuI沉淀，使得Cu2+的氧化性增强

【解析】

【分析】

【详解】

（1）向酸化的硝酸银中插入铜丝，析出黑色固体，溶液变蓝，说明银离子氧化铜，反应生成银单质和铜离子，反应的离子方程式为：

Cu+2Ag+＝2Ag+Cu2+；

（2）经过检验，Ⅱ中溶液含有碘单质，推测铜离子做氧化剂，白色沉淀Ａ为碘化亚铜，沉淀Ａ中加入足量硝酸银溶液得到灰黑色沉淀，过滤得到滤液为蓝色，说明生成了铜离子，滤渣加入浓硝酸得到黄色沉淀为碘化银，溶液中加入稀盐酸生成白色沉淀，说明Ｂ为氯化银。

①经检验，Ⅰ中溶液不含I2，黄色沉淀为AgI。

②a．检验滤液无I2。

溶液呈蓝色说明溶液含有铜离子；b．白色沉淀B是氯化银；c．白色沉淀A与AgNO3溶液反应的离子方程式是CuI+2Ag+＝Cu2++Ag+AgI。

（３）.①ａ中溶液较快变棕黄色，ｂ中电极上析出银，说明形成原电池，ａ为负极失去电子发生氧化反应，溶液变黄色是生成了碘单质，电极反应为2I――2e－＝I2。

②实验３不能说明铜离子氧化碘离子，依据是空气中的氧气也有氧化作用，设计实验验证了该依据，实验方案及现象为：

将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/LNa2SO4溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转。

③方案２中，铜离子氧化碘离子，而银离子未能氧化碘离子的原因，K1＞K2，故Ag+更易与I_发生复分解反应，生成AgI。

铜离子氧化碘离子的方程式为：

2Cu2++4I-=2CuI+I2，生成了CuI沉淀，使得Cu2+的氧化性增强。

2．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。

3．如图所示,A为电源,B为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,C、D为电解槽,其电极材料及电解质溶液如图所示。

（1）关闭K1,打开K2,通电后,B的KMnO4紫红色液滴向c端移动,则电源b端为极，通电一段时间后,滤纸d端的电极反应式是。

（2）已知C装置中溶液的溶质为Cu（NO3）2和X（NO3）3,且均为0.1mol,打开K1,关闭K2,通电一段时间后,阴极析出固体质量m（g）与通过电子的物质的量n（mol）关系如图所示,则Cu2+、X3+、H+氧化能力由大到小的顺序是。

（3）D装置中溶液是H2SO4溶液,则电极C端从开始至一段时间后的实验现象是。

【答案】

（1）负极，2H++2e-=H2

（2）Cu2+>H+>X3+

（3）产生无色气体，溶液变为蓝色，一段时间后有红色物质析出

【解析】

试题分析：

（1）据题意B的KMnO4紫红色液滴向c端移动，说明高锰酸根离子向c端移动，可推出极c端为阳极，则与之相连的电源a端为正极，b端为负极，所以通电滤纸d端为阴极，电极反应式为2H++2e-=H2↑，故答案为：

负；2H++2e-=H2↑；

（2）根据电解C的图象可知，通电后就有固体生成，当通过电子为0.2mol时，析出固体质量达最大，证明此时析出的固体是铜．如果是X3+析出，电子数应该是0.3mol，则氧化能力为Cu2+＞X3+，当电子超过0.2mol时，固体质量没变，说明这是阴极产生的是氢气，即电解水，说明氧化能力H+＞X3+，故氧化能力为Cu2+＞H+＞X3+；故答案为：

Cu2+＞H+＞X3+；

（3）D装置中溶液是H2SO4，电极C端与b负极相连即为阴极，开始为氢离子得电子生成氢气，后阳极的铜失电子生成铜离子进入溶液，溶液变为蓝色，一段时间后有红色物质在阴极析出，所以看到的现象为在C端开始时有无色无味气体产生，溶液变为蓝色，一段时间后有红色物质析出；故答案为：

在C端开始时有无色无味气体产生，溶液变为蓝色，一段时间后有红色物质析出。

【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理

【名师点晴】本题综合考查电解原理以及根据图象获取信息、运用知识综合分析能力，根据KMnO4紫红色液滴向c端移动判断电源的正负极为解答该题的关键。

打开K1，关闭K2，则为电解C、D两池，根据电解C的图象可知，开始即析出固体，总共0.2mol电子通过时，析出固体质量达最大，证明此时析出的固体是铜，此后，继续有电子通过，不再有固体析出，说明X3+不放电，H+放电，从而判断离子氧化性；D装置中溶液是H2SO4，电极C端与b负极相连即为阴极，开始氢离子得电子生成氢气，后阳极的铜失电子生成铜离子进入阴极在阴极析出。

注意电极方程式的判断，为易错点。

4．某课外活动小组设计了如下图所示的装置，调节滑动变阻器，控制电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验（此时，止水夹a处于打开状态，止水夹b处于关闭状态）。

实验过程中看到了令人很高兴的现象（阳离子交换膜只允许阳离子和水通过）。

请帮助他们分析并回答下列问题：

（1）写出B装置中的电极反应：

阴极：

__________________________________；

阳极：

__________________________________。

（2）先后观察到A装置中的现象是：

①烧杯A中导管产生气泡数秒后溶液变红，；

②烧瓶中液面______________________________，烧杯A中导管又有气泡冒出。

（3）当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b。

再观察C装置（此溶液经过煮沸，且上层有油膜），若无现象，请说明理由；若有现象，请写出有关反应的化学方程式（是离子反应的写离子方程式）：

_______________________；片刻后再向烧杯C中吹大量空气，则C中的现象是。

【答案】

（1）2H2O+2e-=H2↑+2OH-（或2H++2e-===H2↑），Fe-2e-=Fe2+；

（2）①A烧杯中的水倒吸并产生红色喷泉；②上升到高于左侧导管一定程度后又逐渐下落至与导管相平；（3）Fe2++2OH-===Fe（OH）2↓，白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。

【解析】

试题分析：

（1）根据电解原理，铁做阳极，活动金属作阳极，先失电子，其电极反应式为：

Fe－2e－=Fe2＋，Pt作阴极，其电极反应式为：

2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；

（2）①B装置产生的氢气，进入烧瓶中，使NH3和水接触，利用NH3极易溶于水，造成导管内的压强突然减小，产生喷泉，因此溶液变红，A烧杯中水倒吸并产生红色喷泉；②烧杯A中导管又有气泡冒出，说明B中不断产生氢气，因此上升到高于左侧导管一定程度后又逐渐下落至与导管相平；（3）关闭止水夹a，打开止水夹b，生成的Fe2＋和NaOH反应，Fe2＋＋2OH－=Fe（OH）2↓，Fe（OH）2容易被氧气所氧化，出现白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。

考点：

考查电解原理、铁化合物的性质等知识。

5．

（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

6．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________________________。

（4）该实验原理可应用于防护钢铁腐蚀，请再举一例防护钢铁腐蚀的措施_____________。

Ⅱ．利用如图所示装置做电解50mL0．5mol/L的CuCl2溶液实验。

实验记录：

A．阳极上有黄绿色气体产生，该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色（提示：

Cl2氧化性大于IO

）；

B．电解一段时间以后，阴极表面除有铜吸附外，还出现了少量气泡和浅蓝色固体。

（1）分析实验记录A中试纸颜色变化，用离子方程式解释：

①__________；②___________。

（2）分析实验记录B中浅蓝色固体可能是________________（写化学式）

【答案】Ⅰ．

（1）Zn－2e－===Zn2＋

（2）铁参与反应，被氧化生成Fe2＋和Fe3＋

（3）正极附近溶液不含Fe2＋和Fe3＋（4）油漆（其他合理答案均可）

Ⅱ．

（1）2I－＋Cl2===I2＋2Cl－5Cl2＋I2＋6H2O===10Cl－＋2IO3－＋12H＋

（2）Cu（OH）2

【解析】

试题分析：

Ⅰ．

（1）锌比铁活泼，锌为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。

（2）根据假设1、2进行分析，得出假设3为铁参与反应，被氧化生成Fe2＋和Fe3＋。

（3）从②分析得出①的试管中含有Fe2＋；③现象说明不含Fe2＋；④现象说明不含Fe3＋；因此可得出的结论是正极附近溶液不含Fe2＋和Fe3＋。

（4）防护钢铁腐蚀的措施有油漆、电化学保护法等。

Ⅱ．

（1）阳极上氯离子放电，有氯气产生，由于2I－＋Cl2===I2＋2Cl－，该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝；当氯气过量时，会发生反应5Cl2＋I2＋6H2O===10Cl－＋21O3－＋12H＋，颜色褪去。

（2）电解一段时间后，Cu2＋浓度下降，H＋开始放电，溶液pH增大，Cu2＋转化为Cu（OH）2。

【考点定位】本题主要是考查了原电池和电解池原理的应用与有关判断

【名师点晴】电化学是历年高考的重要考点之一，考查的内容为：

提供电极材料和电解质溶液判断能否形成原电池，原电池电极名称判断及电极反应式的书写，提供反应方程式设计原电池、电解池（包括电镀池、精炼池），根据电解时电极质量或溶液pH的变化判断电极材料或电解质种类，电解产物的判断和计算，结合图像考查电极质量或电解质溶液质量分数的变化。

解答电解池相关题目时，应从几步入手：

①看电极（材料），判断电极本身是否参与反应。

②看溶液，判断电解液中的阳离子、阴离子种类，从而判断在阴极、阳极发生反应的微粒。

③看隔膜，判断两极反应发生后阴离子、阳离子的浓度变化，从而判断溶液中微粒穿过阴（阳）离子隔膜的方向和产物。

7．（14分）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）试从下图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，接,B接，接。

（2）铁棒接直流电源的极；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）,当测得的氢气换算成标准状况下为5．6mL时,溶液的pH为。

【答案】

（1）G、F、ID、E、C

（2）负2Cl——2e—＝Cl2↑

（3）淀粉—KI溶液变成蓝色（4）12

【解析】

试题分析：

（1）根据装置图可知碳棒是阳极，产生氯气。

铁棒是阴极，产生的是氢气，可以通过排水法测量氢气的体积，由于氢气的体积约是6ml，所以选择10ml量筒。

利用淀粉碘化钾检验氯气的氧化性，利用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气，则正确的连接顺序是A、G、F、I；B、D、E、C。

（2）铁棒是阴极，连接电源的负极，碳棒是阳极，氯离子放电，反应式为2Cl——2e—＝Cl2↑。

（3）淀粉—KI溶液变成蓝色能说明氯气具有氧化性。

（4）氢气的物质的量是0．0056L÷22．4L/mol＝0．00025mol，则产生氢氧根的物质的量是0．0005mol，浓度是0．0005mol÷0．05L＝0．01mol/L，所以溶液的pH＝12。

考点：

考查电解原理的应用

8．（16分）某研究