全国高考化学化学能与电能的综合高考模拟和真题汇总附答案.docx
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全国高考化学化学能与电能的综合高考模拟和真题汇总附答案
2020-2021全国高考化学化学能与电能的综合高考模拟和真题汇总附答案
一、化学能与电能
1.亚硝酰氯NOCl可用于合成清洁剂等。
它可用Cl2与NO在常温常压下合成:
它的熔点为-64.5℃,沸点为-5.5℃,常温下是黄色的有毒气体,遇水易水解。
请按要求回答下列相关问题:
(1)过量铁屑和稀硝酸充分反应制备NO的离子方程式为:
______________________。
(2)制备NOCl的装置如下图所示,连接顺序为:
a→_________________________(按气流自左向右方向,用小写字母表示)。
①装置A和B作用是①干燥NO和Cl2,②___________________________________________。
②装置D的作用是______________________________________。
③装置E中NOCl发生反应的化
学方程式为________________。
(3)工业生产过程中NO尾气处理方法有多种,其中间接电化学法,其原理如图所示:
该过程中阴极的电极反应式为:
__________________________________________。
【答案】3Fe+8H++2NO3—=3Fe2++2NO↑+4H2Oe→f→c→b→d或f→e→c→b→d观察气泡调节气体流速防止E中水蒸气进入F,引起NOCl的水解NOCl+2NaOH=NaCl+NaNO2+H2O2HSO3—+2e—+2H+=S2O42—+2H2O
【解析】
【分析】
(1)过量铁屑和稀硝酸反应生成硝酸亚铁、一氧化氮和水;
(2)将氯气和NO干燥后在装置F中发生反应,在冰盐中冷凝收集NOCl,氯气、NO以及NOCl均不能排放到空气中,用氢氧化钠溶液吸收,注意NOCl遇水易水解。
(3)由间接电化学法示意图可知,阴极上HSO3—放电生成S2O42—,S2O42—在吸收塔中将NO还原为N2。
【详解】
(1)过量铁屑和稀硝酸反应生成硝酸亚铁、一氧化氮和水,反应的离子方程式为3Fe+8H++2NO3—=3Fe2++2NO↑+4H2O,故答案为3Fe+8H++2NO3—=3Fe2++2NO↑+4H2O;
(2)将氯气和NO干燥后在装置F中发生反应,在冰盐中冷凝收集NOCl,氯气、NO以及NOCl均不能排放到空气中,用氢氧化钠溶液吸收,NOCl遇水易水解,故在收集装置和尾气处理装置之间需加一个干燥装置,故答案为e→f(或f→e)→c→b→d;
①装置A和B作用是除干燥NO、Cl2外,另一个作用是通过观察气泡调节气体的流速控制反应的发生,故答案为观察气泡调节气体流速;
②NOCl遇水易水解,装置D中氯化钙做干燥剂,吸收水蒸气,防止E中水蒸气进入反应器F中,引起NOCl的水解,故答案为防止E中水蒸气进入F,引起NOCl的水解;
③装置E的目的吸收尾气,防止污染环境,NOCl与氢氧化钠溶液反应生成NaCl、NaNO2和H2O,反应的化学方程式为NOCl+2NaOH=NaCl+NaNO2+H2O,故答案为NOCl+2NaOH=NaCl+NaNO2+H2O;
(3)由间接电化学法示意图可知,阴极上HSO3—放电生成S2O42—,S2O42—在吸收塔中将NO还原为N2,阴极的电极反应式为2HSO3—+2e—+2H+=S2O42—+2H2O,故答案为2HSO3—+2e—+2H+=S2O42—+2H2O。
【点睛】
本题考查化学实验方案的设计与评价,侧重考查分析问题和解决问题的能力,注意化学方程式的书写和排列实验先后顺序的方法,掌握电极反应式的书写方法是解答关键,
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.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。
4.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+。
5.MnSO4在工业中有重要应用,用软锰矿浆(主要成分为MnO2和水,含有Fe2O3、FeO、Al2O3和少量PbO等杂质)浸出制备MnSO4,其过程如下:
(资料)部分阳离子形成氢氧化物沉淀的pH
离子
Fe2+
Fe3+
Al3+
Mn2+
Pb2+
开始沉淀时的pH
7.6
2.7
3.8
8.3
8.0
完全沉淀时的pH
9.7
3.7
4.7
9.8
8.8
(1)向软锰矿浆中通入SO2生成MnSO4,该反应的化学方程是___________。
(2)加入MnO2的主要目的是___________;
(3)在氧化后的液体中加入石灰浆,用于调节pH,pH应调至____范围,生成的沉淀主要含有____和少量CaSO4。
(4)阳离子吸附剂可用于主要除去的离子是______________。
(5)用惰性电极电解MnSO4溶液,可以制得高活性MnO2。
电解MnSO4、ZnSO4和H2SO4的混合溶液可制备MnO2和Zn,写出阳极的电极反应方程式________________。
【答案】SO2+MnO2=MnSO4将Fe2+氧化为Fe3+4.7≤pH<8.3Fe(OH)3、Al(OH)3Ca2+、Pb2+Mn2+−2e−+2H2O=MnO2↓+4H+
【解析】
软锰矿浆(主要成分为MnO2和水,含有Fe2O3、FeO、Al2O3和少量PbO等杂质)通入SO2得到浸出液,MnO2与SO2发生氧化还原反应,其中的金属离子主要是Mn2+,浸出液还含有少量的Fe2+、Al3+等其他金属离子,Fe2+具有还原性,可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+,在氧化后的液体中加入石灰浆,杂质中含有Fe2+、Al3+、Ca2+、Pb2+四种阳离子,由沉淀的pH范围知,Fe3+、Al3+阳离子通过调pH值,转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,加入阳离子吸附剂,除去Ca2+、Pb2+,过滤,滤液蒸发浓缩,冷却结晶,获得MnSO4晶体。
(1)I中向软锰矿浆中通入SO2生成MnSO4,MnO2与SO2发生氧化还原反应的化学方程式为SO2+MnO2=MnSO4;故答案为SO2+MnO2=MnSO4;
(2)杂质离子中Fe2+具有还原性,可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+,故答案为将Fe2+氧化为Fe3+;
(3)杂质中含有Fe3+、Al3+阳离子,从图可表以看出,大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去,小于8.3是防止Mn2+也沉淀,所以只要调节pH值在4.7~8.3间即可,Fe3+、Al3+转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,故生成的沉淀主要为Fe(OH)3、Al(OH)3和少量CaSO4;故答案为4.7≤pH<8.3;Fe(OH)3、Al(OH)3;
(4)从吸附率的图可以看出,Ca2+、Pb2+的吸附率较高,故答案为Pb2+、Ca2+;
(5)电解MnSO4、ZnSO4和H2SO4的混合溶液可制备MnO2和Zn,阳极上是发生氧化反应,元素化合价升高为MnSO4失电子生成MnO2,ZnSO4反应得到电子生成Zn,阳极电极反应为:
Mn2+-2e-+2H2O=MnO2↓+4H+,故答案为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2↓+4H+。
6.氯化铁和高铁酸钾都是常见的水处理剂,下图为制备粗高铁酸钾的工业流程。
请回答下列问题:
(1)氯化铁做净水剂的原因是(结合化学用语表达)。
(2)吸收剂X的化学式为,氧化剂Y的化学式为。
(3)碱性条件下反应①的离子方程式为。
(4)过程②将混合溶液搅拌半小时,静置,抽滤获得粗产品。
该反应的化学方程式为2KOH+NaFeO4=K2FeO4+2NaOH,请根据反应原理分析反应能发生的原因。
(5)K2FeO4在水溶液中易发生反应:
4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑。
在提纯K2FeO4时采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法,则洗涤剂最好选用(填序号)。
A.H2OB.稀KOH溶液C.NH4Cl溶液D.Fe(NO3)3溶液
除了这种洗涤剂外,一般工业生产还要加入异丙醇作为洗涤剂,你认为选择异丙醇的原因是。
(6)高铁电池是正在研制中的充电电池,具有电压稳定、放电时间长等优点。
以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫为原料,硫酸钾为电解质,用惰性电极设计成能在高温下使用的电池,写出该电池的正极反应式。
【答案】
(1)Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3H+;水解产生的Fe(OH)3胶体能够吸附杂质;
(2)FeCl2;NaClO
(3)2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O
(4)K2FeO4溶解度小于NaFeO4,析出晶体,促进反应进行
(5)B;高铁酸钾在异丙醇中的溶解度小于在水中的溶解度,用异丙醇洗涤有利于提高产品回收率
(6)FeO42-+3e-+4SO3=Fe3++4SO42-
【解析】
试题分析:
(1)氯化铁水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性,能够吸附杂质可做净水剂,故答案为:
Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3H+;水解产生的Fe(OH)3胶体能够吸附杂质;
(2)根据流程图,吸收剂X吸收氯气后能够生成氯化铁,因此X为氯化亚铁,氢氧化钠与氯气反应生成氧化剂Y,因此氧化剂Y为次氯酸钠,故答案为:
FeCl2;NaClO;
(3)碱性条件下,氯化铁与次氯酸钠反应生成高铁酸钠,因此反应①的离子方程式为2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O,故答案为:
2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O;
(4)由于K2FeO4溶解度小于NaFeO4,析出晶体,促进2KOH+NaFeO4=K2FeO4+2NaOH反应进行,故答案为:
K2FeO4溶解度小于NaFeO4,析出晶体,促进反应进行;
(5)由于4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑。
在提纯K2FeO4时采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法,洗涤剂最好选用碱性溶液,故选B;除了氢氧化钠外,一般工业生产还要加入异丙醇作为洗涤剂,是因为高铁酸钾在异丙醇中的溶解度小于在水中的溶解度,用异丙醇洗涤有利于提高产品回收率,故答案为:
B;高铁酸钾在异丙醇中的溶解度小于在水中的溶解度,用异丙醇洗涤有利于提高产品回收率;
(6)高铁酸钾具有氧化性,在设计的电池中发生还原反应,二氧化硫具有还原性,能够发生氧化反应,生成三氧化硫,因此电池的正极反应式为FeO42-+3e-+4SO3=Fe3++4SO42-,故答案为:
FeO42-+3e-+4SO3=Fe3++4SO42-。
考点:
考查了铁及其化合物的性质、氧化还原反应、化学实验的基本操作、原电池原理的应用的相关知识。
7.
(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