备战高考化学化学能与电能大题培优 易错 难题附答案解析.docx
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备战高考化学化学能与电能大题培优易错难题附答案解析
2020-2021备战高考化学化学能与电能（大题培优易错难题）附答案解析
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．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．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．请在下面的方框中画出该装置：
⑵某课外活动小组设计了以下实验方案验证Cu与浓硝酸反应的过程中可能产生NO。
其实验流程图如下：
①若要测定NO的体积，从上图所示的装置中，你认为应选用_______装置进行Cu与浓硝酸反应实验，选用的理由是____________________________________。
②选用如上图所示仪器组合一套可用来测定生成NO体积的装置，其合理的连接顺序是
__________________（填各导管口编号）。
③在测定NO的体积时，若量筒中水的液面比集气瓶的液面要低，此时应将量筒的位置_______（“下降”或“升高”），以保证量筒中的液面与集气瓶中的液面持平。
⑶工业制硫酸时，硫铁矿（FeS2）高温下空气氧化产生二氧化硫：
4FeS2＋11O2→8SO2＋2Fe2O3，设空气中N2、O2的含量分别为0.800和0.200（体积分数），4.8tFeS2完全制成硫酸，需要空气的体积（标准状况）为_______L。
【答案】Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O
A因为A装置可以通N2将装置中的空气排尽,防止NO被空气中O2氧化1235471.68
107
【解析】
【分析】
【详解】
（1）双氧水具有氧化性，在酸性环境下能将金属铜氧化，化学方程式为:
Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O，用电解原理实现铜和盐酸的反应，根据电解原理阳极必须是金属铜，电解质必须是稀盐酸，作图：
以铜为阳极，以盐酸为电解质溶液的电解池装置为：
因此，本题正确答案是:
Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O;
；
（2）①一氧化氮不溶于水,易被氧气氧化;实验方案验证Cu与浓硝酸反应的过程中可能产生NO,装置中不含氧气,选A装置,其中氮气不和一氧化氮反应,可以起到把装置中的空气赶净的作用,防止一氧化氮被氧气氧化;
因此，本题正确答案是:
A;因为A装置可以通N2将装置中的空气排尽,防止NO被空气中O2氧化；
②组合一套可用来测定生成NO体积的装置,需要先通过水吸收挥发出的硝酸和生成的二氧化氮气体,然后用排水量气的方法测定生成的一氧化氮的体积;根据装置导气管的连接顺序,洗气应长进短处,量气应短进长出,因此，本题正确答案是:
123547;
③在测定NO的体积时,若量筒中水的液面比集气瓶里的液面要低,此时应将量筒的位置升高,以保证量筒中的液面与集气瓶中的液面持平,保持内外大气压相同。
因此，本题正确答案是:
升高;
（3）工业制硫酸时,硫铁矿主要成分为FeS2，高温下被空气中的氧气氧化产生二氧化硫，其反应方程式为：
4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3,已知空气中N2、O2的含量分别为0.800和0.200（体积分数）,要使4.8tFeS2完全制成硫酸,设硫铁矿完全反应需要氧气物质的量为X;生成二氧化硫物质的量为Y;二氧化硫氧化为三氧化硫需要氧气物质的量为Z;
4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3,
4
120 11 8
4.8
106X Y
解得X=1.1
105mol,Y=8
104mol
2SO2+O2=2SO3
2 1
8
104Z
解得Z=4
104mol；空气的体积=
22.4=1.68
107L。
因此，本题正确答案是:
1.68
107。
4．请从图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水（含酚酞）的实验，要求测定产生的氢气的体积（大于25mL），并检验氯气的氧化性。
（1）A极发生的电极反应式是__________；B极发生的电极反应式是_______________
（2）电极A可能观察到的
现象是_________________
（3）设计检测上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为_______接_______、_______接A，B接_______、_______接_______。
（4）实验中，在盛有KI 淀粉溶液的容器中发生反应的离子方程式为__________________。
【答案】
（1）2H＋＋2e－==H2↑2Cl－—2e
－==Cl2↑＋2e－
（2）溶液变红，有气体产生（3）HFGDEC
（4）Cl2＋2I－===2Cl－＋I2
【解析】
试题分析：
（1）要达到电解食盐水的目的，则电解池中铁棒必须连接电源的负极而作阴极，碳棒则连接电源的正极而作阳极，反之，铁作阳极则Fe2＋进入溶液，无法实现电解食盐水的目的。
A极发生的电极反应式是2H＋＋2e－==H2↑；B极发生的电极反应式是2Cl－—2e
－==Cl2↑＋2e－
（2）电源负极接电解池的铁棒，负极区氢离子放电生成氢气和氢氧化钠，所以电极A可能观察到的
现象是溶液变红，有气体产生。
（3）电解池左边A导管口产生H2，右边B导管口产生Cl2，以电解池为中心，则有：
H←F、G←A、B→D、E→C，相应装置的作用：
（4）实验中，在盛有KI 淀粉溶液的容器中发生反应的离子方程式为Cl2＋2I－===2Cl－＋I2。
考点：
本题考查化学反应中的能量变化。
5．
（一）下图是实验室用氢气还原氧化铜实验的简易装置。
其中的铜质燃烧匙可以在试管M中上下移动，实验时,先将细铜丝一端被弯成螺旋状，先在空气中加热变黑后再迅速伸入球型干燥管中。
（1）铜质燃烧匙的作用有，。
（2）实验过程中，在试管M中可观察到的现象是，。
（二）原电池与电解池在化学工业中有广泛应用。
如图装置，a为CuCl2溶液，X为Fe棒，Y为碳棒，回答以下问题：
（1）若断开k1，闭合k2，则装置为_____；X电极上的电极反应式为_____________；电解质溶液中的阳离子向______极移动（填X或Y）；
（2）若线路中通过3.01×1022的电子，则Y极上析出物质的质量为。
【答案】
（一）
（1）控制反应的发生和停止与锌构成原电池加快反应速率
（2）铜匙和锌粒表面都有气泡产生锌粒逐渐变小或消失
（二）
（1）原电池Fe－2e－＝Fe2+Y
（2）1.6g
【解析】
试题分析：
（一）
（1）铜质燃烧匙可以上下移动，因此作用之一是的作用有控制反应的发生和停止；其次铜与锌构成原电池加快反应速率。
（2）锌能与盐酸反应生成氢气，其次铜锌构成原电池，铜是正极，其在表明氢离子放电，所以实验过程中，在试管M中可观察到的现象是铜匙和锌粒表面都有气泡产生、锌粒逐渐变小或消失。
（二）
（1）若断开k1，闭合k2，则装置为原电池，铁是活泼的金属，铁是负极，则X电极上的电极反应式为Fe－2e－＝Fe2+；电解质溶液中的阳离子向正极移动，即向Y极移动；
（2）若线路中通过3.01×1022的电子，即0.05mol电子，Y极是铜离子得到电子，电极反应式为Cu2＋＋2e—＝Cu，所以Y极上析出物质的质量为
。
【考点定位】本题主要是考查原电池原理的应用
【名师点晴】掌握原电池的工作原理是解答的关键，原电池是把化学能转化为电能的装置，原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。
电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应，解答时注意灵活应用。
6．某课外活动小组用如右图所示装置进行实验，请回答下列问题：
（1）若开始实验时开关K与a连接，则A极的电极反应式为____________。
（2）若开始时开关K与b连接，下列说法正确的是___________（填序号）。
①从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝
②反应一段时间后，加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
③若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子
（3）根据氯碱工业原理用如图所示装置电解K2SO4溶液。
①该电解槽的阳极反应式为，通过阴离子交换膜的离子数（填“＞”、”=”或“＜”）通过阳离子交换膜的离子数。
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为。
③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为。
【答案】
（1）O2+2H2O+4e-=4OH-
（2）①（3）①4OH--4e-=2H2O+O2↑＜②b＜a＜c＜d③8︰1
【解析】
试题分析：
（1）若开始实验时开关K与a连接，则构成原电池，铁是负极，石墨A电极是正极，溶液中的氧气得到电子，则A极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。
（2）若开始时开关K与b连接，则构成电解池。
①A与电源的正极相连，作阳极，溶液中的氯离子放电产生氯气，因此从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝，正确；②阴极是氢离子放电，则反应一段时间后，加适量氯化氢可恢复到电解前电解质的浓度，错误；③溶液不能传递电子，只能通过导线传递，错误，答案选①。
（3）根据氯碱工业原理用如图所示装置电解K2SO4溶液。
①该电解槽的阳极是氢氧根放电产生氧气，则反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑。
通过阴离子交换膜的离子是硫酸根，通过阳离子交换膜的离子是钾离子，因此根据电荷守恒可知通过阴离子交换膜的离子数＜通过阳离子交换膜的离子数
②电解后硫酸和氢氧化钾的浓度增大，则a、b、c、d由小到大的顺序为b＜a＜c＜d。
③左侧产生硫酸，则B口生成的是氧气，右侧C口生成的氢气，因此电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为16:
2＝8:
1。
考点：
考查电化学原理的应用
【答案】
（1）A、B、C
（2）Ag++e－＝Ag（3）滤纸变蓝（4）H2+2OH－－2e－＝2H2O减小
【解析】
试题分析：
闭合K2、断开K1，则构成电解池。
A、B两极产生的气体体积之比为2:
1，所以气体分别是氢气和氧气。
则A是阴极，B是阳极。
所以m是阳极，n是阴极，y是电源的负极，x是电源的正极，D是阳极，C是阴极。
（1）由于甲中生成物是氢气和氧气，即电解的是水，电解硝酸钾、氢氧化钡和稀硫酸均是电解水，电解氯化钠生成氢气、氯气和氢氧化钠，电解硫酸铜生成物是稀硫酸、铜和氧气，DE错误，答案选ABC。
（2）C是阴极，银离子放电，方程式为Ag++e－=Ag。
（3）m是阳极，氢离子放电，则m极周围水的电离平衡被破坏，溶液显碱性，因此滤纸变蓝色。
（4）闭合K2、断开K1一段时间后，断开K2、闭合K1，则此时构成氢氧燃料电池，其中A是负极，B是正极，若M溶液为KOH溶液，则A极电极反应式为H2+2OH－－2e－＝2H2O。
惰性电极电解硝酸银溶液有硝酸生成，因此乙池电解质溶液的pH减小。
考点：
考查电化学原理的应用
7．关于电解池应用的规律提炼题组
某化学兴趣小组用下图所示装置进行电化学原理的实验探究，回答下列问题：
（1）通O2的Pt电极为电池极（填电极名称），其电极反应式为。
（2）若B电池为电镀池，目的是在某镀件上镀一层银，则X电极材料为，电解质溶液为。
（3）若B电池为精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，在电极（填“X”或“Y”）周围有固体沉积，该电极的电极反应式为。
（4）若X、Y均为Pt，B电池的电解质溶液为500mL1.0mol/L的NaCl溶液，当电池工作一段时间断开电源K，Y电极有560mL（标准状况）无色气体生成（假设电极产生气体完全溢出，溶液体积不变）。
恢复到常温下，B电池溶液的pH=，要使该溶液恢复到原来的状态，需加入（填物质并注明物质的量）。
（5）若X、Y均是铜，电解质溶液为NaOH溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu2O，试写出该电极发生的电极反应式为。
（6）若X、Y均是Pt，电解质溶液为Na2SO4溶液，通电一段时间后，在阴极上逸出cmol气体，同时有NgNa2SO4•10H2O晶体析出，若温度不变，此时剩余溶液的溶质的质量分数为。
（学法题）通过以上题目，请总结书写电极反应式的关键。
【答案】
（1）正；O2＋4e－＋2H2O=4OH－；
（2）Ag；AgNO3溶液
（3）X，三个方程式（4）13；0.05molHCl
（5）2Cu＋2OH－－2e－＝Cu2O＋H2O（6）
%
【解析】
试题分析：
（1）根据装置图的特征，A池是氢氧燃料电池，通O2的Pt电极为电池正极，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－；
（2）在电镀池中，镀层金属做阳极，待镀金属做阴极，含镀层金属阳离子的盐溶液做电解质溶液，所以若B电池为电镀池，实现某镀件上镀一层银，则X电极材料为Ag，电解质溶液为AgNO3溶液；（3）精炼铜的过程中，比铜活泼的金属在阳极失电子，不活泼的金属则成为阳极泥，所以粗铜中若含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，则该电池阳极泥的主要成分是Ag、Au。
（4）根据装置图，通入氧气的Pt电极是正极，则Y电极是阴极，电极反应为2H2O+2e－=H2↑+2OH－，氢气的物质的量为0.56L÷22.4L/mol=0.025mol，则溶液中c（OH－）=0.05mol÷0.5L=0.1mol/L,c（H＋）=1×10-13mol/L,PH=13；该电解过程有0.025mol氢气和0.025mol氯气生成，所以要使该溶液恢复到原来的状态，需加入0.05molHCl。
（5）根据装置图，X电极是阳极，Cu失电子生成Cu2O，电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－＝Cu2O＋H2O。
（6）用Pt作电极，电解饱和硫酸钠溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，电解水后，溶液中硫酸钠过饱和导致析出晶体，剩余的电解质溶液仍是饱和溶液，析出的硫酸钠晶体和电解的水组成的也是饱和溶液，
NgNa2SO4·10H2O硫酸钠的质量=Ng×
=
g，设电解水的质量为x：
2H2O
O2↑+2H2↑，
36g2mol
xcmol
解得，x=18cg
所以饱和溶液的质量分数=
÷（N+18a）g×100%=
%。
【考点定位】原电池、电解池的工作原理，电极反应，电解的计算等
【名师点睛】本题考查原电池、电解池的工作原理，电化学是重点也是难点，注意：
构成原电池的条件，①一般来说，能与电解质溶液中的某种成分发生氧化反应的是原电池的负极。
②很活泼的金属单质一般不作做原电池的负极，如K、Na、Ca等。
原电池正负极的判断；电极反应式的书写：
准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键。
要注意电解质溶液的酸碱性，要考虑电子的转移数目。
8．（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——
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