高考化学冲刺专题综合练习 专题03 电化学冲刺问题的综合探究.docx

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高考化学冲刺专题综合练习专题03电化学冲刺问题的综合探究

专题03电化学冲刺问题的综合探究

1．Ⅰ．（8分）利用下图装置作电解50mL0.5mol·L－1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

IO3－）；

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），试分析生成该物质的原因。

Ⅱ．（10分）A、B、C、D、E、F六种元素的原子序数依次递增，A＋核外无电子，B元素的一种单质是自然界中最硬的物质，C、D、E的简单离子具有相同的核外电子排布，舍勒是D元素单质的发现者之一，戴维最早制得了E元素的单质，F元素的单质历史上曾作为流通货币，A、C、D、F四种元素形成的化合物W可用于制镜工业。

（1）D、E两元素通常可形成两种离子化合物，其中一种化合物X可用做供氧剂，X与A2D反应

会产生大量气体，该气体能使带火星的木条复燃。

请写出X与A2D反应的化学方程式

。

（2）A、B、D、E四种元素形成的某化合物，摩尔质量为68g·mol－1，请用离子方程式解释其水溶液呈碱性的原因。

（3）B、C的氧化物是汽车尾气中的主要有害物质，通过钯碳催化剂，两者能反应生成无毒物质，请写出该反应的化学方程式。

（4）W的水溶液久置会析出一种沉淀物Z，Z由C、F两元素形成且两元素原子个数比为1:

3，Z极易爆炸分解生成两种单质。

请写出Z分解的化学方程式。

请从化学反应原理的角度解释Z能发生分解反应的原因。

【答案】Ⅰ．

（1）①Cl2+2I−==I2+2Cl−

②5Cl2+I2+6H2O==2IO3−+10Cl−+12H+

（2）CuCl2Cu（OH）2（2分）

电解较长时间后，Cu2＋浓度下降，H＋开始放电，溶液pH增大，Cu2＋转化为Cu（OH）2（2分）

Ⅱ．

（1）2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑（2分）

（2）HCOO−＋H2O

HCOOH＋OH－（2分）

（3）2NO＋2CO＝N2＋2CO2或者2NO2＋4CO＝N2＋4CO2（2分）

（4）2Ag3N＝6Ag＋N2↑（2分）该分解反应熵增、放热（2分，注：

反应物不稳定、产物稳定，所以反应放热。

此空答出熵增就给满分）

【解析】

试题分析：

Ⅰ．

（1）阳极上产生的黄绿色气体是氯气，氯气把I−氧化为I2而使湿润的淀粉碘化钾显蓝色，

反应的离子方程式为Cl2+2I−==I2+2Cl−，又因为Cl2氧化性大于IO3－，所以Cl2可以再进一步把I2氧化为

IO3－，其反应的离子方程式为5Cl2+I2+6H2O==2IO3−+10Cl−+12H+。

（2）B中的浅蓝色沉淀可能为Cu（OH）2，生成该沉淀的可能原因是：

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

Ⅱ．A+核外无电子，则A为氢元素，B元素的一种单质是自然界中最硬的物质，则B为碳元素，A、C、D、F四种元素形成的化合物W可用于制镜工业，则W应为Ag（NH3）2OH，F元素的单质历史上曾作为流通货币，C、D、F六种元素的原子序数依次递增，可推知C、D、F分别为氮、氧和银元素。

又因为E离子的核外电子排布与氧

离子相同，且其单质由戴维最早制得，则E为钠元素。

故A、B、C、D、E、F分别为H、C、N、O、Na、Ag六种元素。

（1）氧、钠形成的化合物与A2D（H2O）反应生成的气体能使带火星的木条复燃，说明有氧气生成，说明该项钠的氧化物为过氧化钠，其化学方程式为2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑

（2）氢、碳、氧、钠形成的化合物，其摩尔质量为68g·mol－1，该化合物应为甲酸钠，即HCOONa，其水溶液显碱性是由于HCOO−水解造成，其离子方程式为HCOO−＋H2O

HCOOH＋OH－

（3）汽车尾气中所含C、N的氧化物为CO、NO或NO2，在催化剂作用下，两者发生反应生成无毒物质的化学方程式为2NO＋2CO＝N2＋2CO2或者2NO2＋4CO＝N2＋4CO2

（4）由题意知，Z为氮化银Ag3N，其分解的化学方程式为2Ag3N＝6Ag＋N2↑。

从熵变来看，该反应由固体生成气体，是一个熵增的反应；从焓变来看，Ag3N极易分解说明不稳定，能量高，而生成物很稳定，能量低，即该反应为放热反应，焓变小于0。

ΔS＞0，ΔH＜0，故该反应任何温度下都能自发进行。

考点：

考查电解原理及其应用、氧化还原反应方程式的书写、元素和物质推断，考查分析和解决实际化学

问题的能力。

2．（12分）如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中

X为阳离子交换膜。

请按要求回答相关问题：

（1）甲烷燃料电池负极反应式是；

（2）石墨（C）极的电极反应式为；

（3）若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L，丙装置中阴极析出铜的质量为________g；

（4）某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe（OH）2的实验装置（如图所示）。

若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________；若用于制Fe（OH）2，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用________作电极。

【答案】（12分）

（1）CH4+10OH--8e－＝CO32-+7H2O；（3分）

（2）2Cl－－2e－＝Cl2↑；（2分）（3）4.48L，（2分）12.8g；（2分）

（4）负（1分）饱和氯化钠溶液或食盐水（1分）铁（1分）

【解析】

试题分析：

燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极。

（1）燃料电池中，负极上投放燃料，所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极

反应式为：

CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2O；

（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反

应，电极反应式为：

2Cl--2e-＝Cl2↑；

（3）串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，氧气的物质的量是2.24L

÷22.4L/mol÷0.1mol，则则转移电子的物质的量＝0.1mol×4＝0.4mol，乙装置中铁电极上氢离子放

电生成氢气，设生成氢气的体积为xL；丙装置中阴极上析出铜，设析出铜的质量为yg，

则2H++2e-＝H2↑

2mol22.4L

0.4molxL

解得x=4.48

Cu2++2e-＝Cu

2mol64g

0.4molyg

解得y=12.8

（4）电解饱和食盐水时，阴极上析出氢气，阳极上析出氯气，氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次

氯酸钠是漂白液的有效成分，B电极上生成氯气，氯气的密度小于溶液的密度，所以生成的氯气上升，

能和氢氧化钠溶液充分的接反应生成次氯酸钠，所以A极上析出氢气，即A极是阴极，所以a为电池

负极；若用于制Fe（OH）2，使用硫酸钠做电解质溶液，阴极上氢离子放电生成氢气，如果阳极是惰性

电极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气得不到氢氧化亚铁，所以阳极上应该是铁失电子生成亚铁离子，

亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁。

考点：

考查原电池和电解池原理

及物质的量的有关计算

3．（12分）在右图均用石墨作电极的电解池中，甲池中为500mL含某一溶质的蓝色溶液，乙池中为500mL

稀硫酸，闭合K1，断开K2进行电解，观察到A电极表面有红色的固态物质生成，B电极有无色气体生成；

当溶液中的原有溶质完全电解后，立即停止电解，取出A电极，洗涤、干燥、称量，电极质量增重1.6g。

请回答下列问题：

（1）电解过程中，乙池C电极发生反应的电极反应式。

（2）甲池电解时反应的离子方程式。

（3）甲池电解后溶液的pH=，要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入，

其质量为g。

（假设电解前后溶液的体积不变）

（4）电解后若再将K1断开，闭合K2，电流计指针发生偏转，则D电极发生反应的电极反应式。

【答案】

（1）2H++2e—=H2↑

（2）2Cu2++2H2O

2Cu+O2↑+4H+

（3）1；CuO；2；（4）O2+4e—+4H+=2H2O。

【解析】

试题分析：

（1）甲池为CuSO4溶液，闭合K1,观察到A电极表面有红色的固态物质生成，说明A电极为阴

极，发生反应：

C

u2++2e-=Cu；B为阳极，发生反应：

4OH--4e-=2H2O+O2↑；B电极有无色气体O2生成；则

p为负极，q为正极，则C为阴极；D为阳极。

在乙池C电极发生还原反应，电极反应式是：

2H++2e—=H2↑；

在D电极发生反应：

4OH---4e-=O2↑+2H2O；

（2）根据

（1）分析及电极反应式可知：

甲池电极的总反应方程

式是：

2Cu2++2H2O

2Cu+O2↑+4H+；（3）当溶液中的原有溶质完全电解后，立即停止电解，取出A

电极，洗涤、干燥、称量，电极质量增重1.6g。

n（Cu）=1.6g÷64g/mol=0.025mol，

n（H+）=2n（Cu）=0.025mol×2=0.05mol，所以c（H+）=0.05mol÷0.5L=0.1mol/L，因此pH=1；由于从两个电极分别

产生了Cu、O2，所以要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入CuO；n（CuO）=0.025mol，则m（CuO）=

0.025mol×80g/mol=2g。

（4）电解后若再将K1断开，闭合K2，乙池形成的是氢氧燃料电池，电流计指针发

生偏转，则D电极是原电池的正极，发生反应的电极反应式是O2+4e—+4H+=2H2O。

C电极发生反应是：

H2-2e-=2H+。

考点：

考查原电池、电解质的反应原理及应用的知识。

4．（16分）甲醇又称“木醇”，是无色有酒精气味易挥发的有毒液体。

甲醇是重要的化学工业基础原料和液

体燃料，可用于制造甲醛和农药，并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。

（1）工业上可利用CO2和H2生产甲醇，方程式如下：

CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（l）＋H2O（g）△H＝Q1kJ·mol－1

又查资料得知：

①CH3OH（l）＋1/2O2（g）

CO2（g）＋2H2（g）△H＝Q2kJ·mol－1

②H2O（g）=H2O（l）△H=Q3kJ·mol－1，则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为。

（2）工业上可用CO和H2O（g）来合成CO2和H2，再利用⑴中反应原理合成甲醇。

某温度下，将1molCO和1.5molH2O充入10L固定密闭容器中进行化学反应：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）△H＞0,当反应进行到10min时达到平衡，此时测得H2为0.6mol。

回答下列问题:

①0～10min内H2O（g）的平均反应速率为。

②若想加快正反应速率的同时提高CO的转化率，可以采用的方法是。

a．升高温度b．缩小容器的体积

c．增大H2O（g）的浓度d．加入适当的催化剂

③若保持温度容积不变再向其中充入1molCO和0.5molH2O（g），重新达到化学平衡状态时,此时平衡混合气体中H2的体积分数为。

（3）甲醇燃料电池是符合绿色化学理念的新型燃料电池，下图是以甲醇燃料电池（甲池）为电源的电解装置。

已知：

A、B、C、D、E、F都是惰性电极，丙中为0.1mol/LCuSO4溶液（假设反应前后溶液体积不变），当向甲池通入气体a和b时，D极附近呈红色。

回答下列问题：

①a物质是,A电极的电极反应式为。

②乙装置中的总化学反应方程式为。

③当乙装置中C电极收集到224mL（标况下）气体时,丙中溶液的pH＝。

【答案】

（1）CH3OH（l）+3/2O2（g）==CO2（g）+2H

2O（l

）ΔH=（2Q1＋3Q2＋2Q3）kJ•mol－1；

（2）①6×10－3mol·L－1·min－1；②ac；③25%；

（3）①CH3OH；CH3OH-6e－+8OH－=CO32－+6H2O；②2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑；③1。

【解析】

试题分析：

（1）CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（l）＋H2O（g）△H＝Q1kJ·mol－1①，CH3OH（l）＋1/2

O2（g）

CO2（g）＋2H2（g）△H＝Q2kJ·mol－1②，H2O（g）=H2O（l）△H=Q3kJ·mol－1③，燃烧热：

1mol

可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，甲醇的燃烧热方程式①×2+②×3+③×2得出：

CH3OH（l）+3/2

O2（g）==CO2（g）+2H2O（l）ΔH=（2Q1＋3Q2＋2Q3）kJ•mol－1；

（2）①v（H2）=0.6/（10×10）mol/（L·min）=6×10－3mol/（L·min），根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，v（H2O）=v（H2）=6×10－3mol/（L·min）；②a、此反应是吸热反应，升高温度加快反应速率，平衡向正反应方向移动，正确；b、缩小容器的体积，相当增大压强，增大压强反应速率加快，因为反应前后气体系数之和相等，增大压强平衡不移动，错误；c、增大水蒸气的浓度，增大了反应物的浓度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，正确；d、加入催化剂只加快反应速率，不改变化学平衡，错误，因此选项ac正确；③

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）

起始量：

11.500

变化量：

0.60.60.60.6K=[c（CO2）·c（H2）]/[c（H2O）·c（CO）]=1

平衡量;0.40.90.60.6

在充入1molCO和0.5molH2O（g），相当开始时充入2molCO和2molH2O（g），

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）

起始量：

2200

变化量：

xxxxK=[c（CO2）·c（H2）]/[c（H2O）·c（CO）]=1

平衡量;2-x2-xxx解得x=1

氢气的体积分数=1/4×100%=25%；

（3）①

D极附近呈现红色，说明产生了OH－，即电极反应式：

2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－根据电解池的工作原理，此极为阴极，A为电源的负极，则a为CH3OH，电源负极失电子化合价升高，此电池是燃料电池，且是碱性溶液，则电极反应式：

CH3OH-6e－+8OH－=CO32－+6H2O，另一极为O2＋2H2O＋4e－=4OH－；②电解饱和食盐水，因为电极都是惰性材料，总化学反应方程式：

2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑；③C极反应式：

2Cl－－2e－=Cl2↑，收集到224mL气体，整个电路通过电子的物质的量为0.02mol，丙中阳极：

2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，阴极：

Cu2＋＋2e－=Cu，溶液中c（H+）=0.02/（200×10-3）mol·L－1，pH=1。

考点：

考查反应热、燃烧热、化学反应速率、影响平衡移动的因素、平衡常数的计算、电极反应式的书写

等知识。

5．（共14分）

（1）美国麻省理工学院（MIT）近年来设计出镁锑液态金属电池，其工作原理如图所示，负极

金属失去电子，并通过外电路做功，而负极金属离子化后通过熔盐迁移到正极并与正极金属合金化；充电

则执行相反的过程。

写出电池放电时的正极反应式为。

（2）我国锑的蕴藏量占世界第一位，辉锑矿（Sb2S3）是其主要矿物。

某冶金课题组进行三氯化锑水溶液的电解研究，然后利用电解过程中阳极生成的五氯化锑作为浸出剂，对辉锑矿进行酸性浸出；从而实现浸出-电解的闭路循环，解决了传统炼锑过程中“工业三废”排放量大的问题。

流程如图：

①写出锑元素在周期表中的位置。

②“工业三废”指的是。

③电解过程中阳极主要是Sb3+被氧化成Sb5+。

请写出阴极的电极反应式。

④根据流程图写出“浸出”步骤发生反应的化学方程式。

⑤已知浸出液中除Sb3+外，还有Cu2+、Pb2+等重金属离子，其中c（Cu2+）=1.6×10－3mol·L－1，向浸出液中加入硫化钠至溶液中的Cu2+刚好完全沉淀，则c（S2－）=。

（已知Ksp（CuS）=8×10－45Ksp（PbS）=3.4×10－28）

⑥还原除砷的原理是：

在大于4mol·L－1的HCl溶液中，以次磷酸钠（Na3PO2）做还原剂，保持微沸温度，使AsCl3被还原为棕色单质砷沉淀，请配平该反应的化学方程式:

AsCl3+Na3PO2+HCl+H2O=As↓+H3PO3+NaCl

【答案】（14分）

（1）Mg2++2e-=Mg（2分）

（2）①第五周期第VA族（2分）；②废气、废水（废液）、废渣（2分）

③Sb3++3e-=Sb（2分）；④Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S（2分）

⑤8×10－40

（2分）；⑥2AsCl3+3Na3PO2+3HCl+3H2O=2As↓+3H3PO3+9NaCl（2分）。

【解析】

试题分析：

（1）根据图示可知，在负极Mg失去电子，被氧化，发生氧化反应，电极反应式是：

Mg-2e-=Mg2+，

在正极，Mg2+得到电子，被还原，发生还原反应，电池放电时的正极反应式为Mg2++2e-=Mg；

（2）①写出

锑元素在周期表中的位置是第五周期第VA族；②“工业三废”指的是废气、废水（废液）、废渣；③电解过

程中阳极主要是Sb3+被氧化成Sb5+。

在阴极的电极反应式是：

Sb3++3e-=Sb；④根据流程图可知：

在“浸出”

步骤发生反应的化学方程式是Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S；⑤已知浸出液中除Sb3+外，还有Cu2+、Pb2+等重

金属离子，其中c（Cu2+）=1.6×10－3mol·L－1，向浸出液中加入硫化钠至溶液中的Cu2+刚好完全沉淀，则此时

c（Cu2+）=1.0×10－5mol/L，c（S2－）=8×

10－45÷1.0×10－5=8×10－40mol/L。

⑥根据电子守恒和原子守恒可得，反应

的化学方程式是:

2AsCl3+3Na3PO2+3HCl+3H2O=2As↓+3H3PO3+9NaCl。

考点：

考查原电池的反应原理、元素的位置、沉淀溶解平衡常数的应用、化学反应方程式的书写的知识。

6．（16分）某粗铜含铁、银、金和铂等杂质，通过电解精炼铜后，为充分利用电解后的阳极泥和电解液，

设计如下工艺流程：

回答下列问题：

（1）电解时，以粗铜作______极，______________为电解液，写出阴极的电极反应式______________。

（2）电解后溶液中含有的主要金属阳离子为________________；溶液A是一种绿色氧化剂，则反应①的离子方程式为___________________________________________。

（3）加入的试剂B最好选用___________（填序号）

A．CuB．CuOC．NaOHD．氨水

（4）写出反应③的离子方程式______________________________________________________

（5）若反应②析出10.8kg银单质，则至少需要乙醛_________kg。

【答案】

（1）阳（1分）CuSO4溶液（1分）Cu2+＋2e－＝Cu（2分）

（2）Cu2+、Fe2+（2分）

2Fe2+＋H2O2＋2H+＝2Fe3+＋2H2O（2分）

（3）B（2分）（4）2AuCl4－＋3SO2＋6H2O＝2Au＋8Cl－＋3SO42－＋12H+（3分）（5）2.2（3分）

考点：

铜的精炼、离子方程式的书写、化工流程题的解题方法。

7．（17分）铜在工农业生产中有着广泛的用途。

（1）配制CuSO4溶液时需加入少量稀H2SO4，其原因是（只写离子方程式）。

（2）某同学利用制得的CuSO4溶液，进行以下实验探究。

①图甲是根据反应Fe+CuSO4=Cu+FeSO4设计成铁铜原电池，请图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入（填“CH4”或“O2”），b处电极上发生的电极反应式为==4OH-；

若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为448mL（标准状况下）时，溶液的pH=（假设溶液体积变化忽略不计）。

（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu2+等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下Ksp（FeS）＝6.3×10－18mol2·L－2，Ksp（CuS）＝1.3×10－36mol2·L－2]。

请结合离子方程式说明上述除杂的原理：

当把FeS加入工业废水中后，直至FeS全部

转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu2+。

【答案】

（1）Cu2++2H2O

Cu（OH）2+2H+

（2）①（见图）

②CH4O2+4e-+2H2O13

（3）存在溶解平衡：

FeS（s）

Fe2+（aq）+S2-（aq），其中的Cu2+与S2-生成了溶度积更小的CuS沉淀，使得上述溶解平衡继续向右移动。

[或用平衡FeS（s）+Cu2+（aq）=CuS（s）+Fe2+（aq）解释]

【解析】

试题分析：

（1）加入稀硫酸是为了抑制Cu2+的水解；

（2）图乙在Fe上

镀铜，所以Fe作阴极，则连接

的为

燃料电池的负极，应通入CH4，b极通入O2发生还原反应：

O2+4e-+2H2O=4OH-；电解池中均为惰性电极时，

阳极的电极反应式为：

2Cl--2e-=Cl2↑，阴极反应式为：

2H++2e-=H2↑.由电极反应式计算消耗的H+为

0.04mol，则生成的OH-为0.04mol，c（OH-）=0.1mol/L，则c（H+）=10-13mol/L,pH=13；（3）应用了难溶

电解质的沉淀溶解平衡，溶液中存在溶解平衡：

FeS（s）

Fe2+（aq）+S2-（aq），Cu2+与S2-反应可生成溶度

积更小的CuS沉淀，使得上述溶解平衡继续向右移动。

考点：

盐类水解、原电池原理及计算、难溶电解质的沉淀溶解平衡。

8．（16分）

（1）甲醇可作为燃料电池的原料。

以CH4和H2O为原料，通过下列反应来制备甲醇。

I：

CH4（g）+H2O（g）＝CO（g）+3H2（g）△H＝+206.0kJ·mol－1

II：

CO（g）+2H2（g）＝CH3OH（g）△H＝－129.0kJ·mol－1

CH4（g）与H2O（g）反应生成CH3OH（g）和H2（g）的△H=。

（2）将1.0molCH4和2.0molH2O（g）通入容积为10L的反应器，在一定条件下发生反应I，测得在一定压强下CH4的转化率与温度的关系如图。

假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率为mol·L-1·min-1。

（3）在某温度和压强下，将一定量