全国高考化学化学能与电能的综合高考模拟和真题分类汇总及详细答案.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分类汇总及详细答案
2020-2021全国高考化学化学能与电能的综合高考模拟和真题分类汇总及详细答案
一、化学能与电能
1．某实验小组对FeCl3分别与Na2SO3、NaHSO3的反应进行探究。
（甲同学的实验）
装置
编号
试剂X
实验现象
I
Na2SO3溶液（pH≈9）
闭合开关后灵敏电流计指针发生偏转
II
NaHSO3溶液（pH≈5）
闭合开关后灵敏电流计指针未发生偏转
（1）怎样配制FeCl3溶液？
________________________________________________________。
（2）甲同学探究实验I的电极产物。
①取少量Na2SO3溶液电极附近的混合液，加入_________________________________，产生白色沉淀，证明产生了SO42-。
②该同学又设计实验探究另一电极的产物，其实验方案为_______________________________。
（3）实验I中负极的电极反应式为______________________________________________________。
乙同学进一步探究FeCl3溶液与NaHSO3溶液能否发生反应，设计、完成实验并记录如下：
装置
编号
反应时间
实验现象
III
0~1min
产生红色沉淀，有刺激性气味气体逸出
1~30min
沉淀迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无色
30min后
与空气接触部分的上层溶液又变为浅红色，随后逐渐变为浅橙色
（4）乙同学认为刺激性气味气体的产生原因有两种可能，用离子方程式表示②的可能原因。
①Fe3+＋3HSO3-
Fe（OH）3＋3SO2；②_____________________________________________。
（5）查阅资料：
溶液中Fe3+、SO32-、OH－三种微粒会形成红色配合物并存在如下转化：
从反应速率和化学平衡两个角度解释1~30min的实验现象：
______________________________。
（实验反思）
（6）分别对比I和II、II和III，FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和______________________有关（写出两条）。
【答案】将FeCl3溶于浓盐酸，再稀释至指定浓度足量盐酸和BaCl2溶液取少量FeCl3溶液电极附近的混合液，加入铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，证明产生了Fe2+3SO32--2e-+H2O=SO42-+2HSO3-H++HSO3-=H2O+SO2↑生成红色配合物的反应速率快，红色配合物生成橙色配合物的速率较慢；在O2的作用下，橙色的HOFeOSO2浓度下降，平衡
不断正向移动，最终溶液几乎无色溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同（或Na2SO3与NaHSO3不同，或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同）、反应物是否接触形成红色配合物（任写两条）
【解析】
【分析】
甲同学实验：
利用铁离子能够将SO32-氧化设计原电池，则原电池中氯化铁溶液为正极得电子发生还原反应，试剂X为负极，失电子发生氧化反应；实验中X为Na2SO3溶液时电流计指针发生偏转，说明铁离子将SO32-氧化；实验中X为NaHSO3溶液时电流计指针未发生偏转，说明二者可能不反应；
乙同学进一步探究FeCl3溶液与NaHSO3溶液能否发生反应：
0~1min产生红色沉淀，有刺激性气味气体逸出，红色沉淀应为Fe（OH）3，气体应为二氧化硫，说明二者发生双水解；1~30min沉淀迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无色，结合查阅的资料可知生成了HOFeOSO2，该物质存在平衡HOFeOSO2⇌HOFeOSO2，在氧气的作用下不断正向进行，最终溶液几乎无色；30min后反应现象是空气接触部分的上层溶液又变为浅红色，随后逐渐变为浅橙色，反应后的亚铁离子被空气中氧气氧化为铁离子，过量的HSO3-电离提供SO32-，溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会继续反应形成红色配合物。
【详解】
（1）实验室配制FeCl3溶液时，为了防止铁离子水解，先将FeCl3固体溶解在较浓的盐酸中然后加水稀释；
（2）①若有硫酸根生成，则加入盐酸酸化的氯化钡溶液会有白色沉淀生成；
②氯化铁溶液为原电池正极，发生还原反应，Fe3+被还原成Fe2+，铁氰化钾溶液可以与亚铁离子反应生成蓝色沉淀，所以方案为取少量FeCl3溶液电极附近的混合液，加入铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，证明产生了Fe2+；
（3）实验I中试剂X为原电池负极，SO32-被氧化生成硫酸根，电极方程式为3SO32—2e-+H2O=SO42-+2HSO3-；
（4）pH=1的氯化铁溶液中有大量的氢离子，亚硫酸氢根离子结合氢离子生成二氧化硫气体，反应的离子方程式：
H++HSO3-=H2O+SO2↑；
（5）FeCl3溶液与NaHSO3溶液混合反应，在1～30min出现现象为：
沉淀迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无色，根据资料：
溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会形成红色配合物并存在转化：
HOFeOSO2⇌HOFeOSO2
Fe2++SO42-，可知原因是：
生成红色配合物的反应速率快，红色配合物生成橙色配合物的速率较慢；在氧气的作用下橙色的HOFeOSO2浓度下降平衡HOFeOSO2⇌HOFeOSO2，不断正向进行，最终溶液几乎无色。
（6）分别对比Ⅰ和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ，FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同（或Na2SO3与NaHSO3不同，或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同）、反应物是否接触形成红色配合物有关。
【点睛】
第3题写电极反应方程式时要注意pH=9的溶液是由于SO32-水解，OH-来自于水的电离，电极方程式不能写成SO32--2e-+2OH-===SO42-+H2O。
2．如图所示，E为浸有Na2SO4溶液的滤纸，并加入几滴酚酞。
A、B均为Pt片，压在滤纸两端，R、S为电源的电极。
M、N为惰性电极。
G为检流计，K为开关。
试管C、D和电解池中都充满KOH溶液。
若在滤纸E上滴一滴紫色的KMnO4溶液，断开K，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。
（1）R为电源的__，S为电源的__。
（2）A极附近的溶液变为红色，B极的电极反应式为__。
（3）滤纸上的紫色点移向__（填“A极”或“B极”）。
（4）当试管C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间，C、D中气体逐渐减少，主要是因为_，写出有关的电极反应式：
__。
【答案】负极正极2H2O－4e-=4H＋＋O2↑B极氢气和氧气在碱性环境下发生原电池反应，消耗了氢气和氧气2H2＋4OH-－4e-=4H2O（负极），O2＋2H2O＋4e-=4OH-（正极）
【解析】
【分析】
（1）根据电极产物判断电解池的阴阳极及电源的正负极；
（2）根据电解池原理及实验现象书写电极反应式；（3）根据电解池原理分析电解质溶液中离子移动方向；（4）根据燃料电池原理分析解答。
【详解】
（1）断开K，通直流电，电极C、D及氢氧化钾溶液构成电解池，根据离子的放电顺序，溶液中氢离子、氢氧根离子放电，分别生成氢气和氧气，氢气和氧气的体积比为2:
1，通过图象知，C极上气体体积是D极上气体体积的2倍，所以C极上得氢气，D极上得到氧气，故R是负极，S是正极，故答案为：
负极；正极；
（2）A极是阴极，电解高锰酸钾时，在该极上放电的是氢离子，所以该极上碱性增强，酚酞显红色，B极是阳极，该极附近发生的电极反应式为：
2H2O-4e-=4H++O2↑，故答案为：
2H2O-4e-=4H++O2↑；
（3）浸有高锰酸钾的滤纸和电极A、B与电源也构成了电解池，因为R是负极，S是正极，所以B极是阳极，A极是阴极，电解质溶液中的阴离子高锰酸根离子向阳极移动，紫色点移向B极，故答案为：
B极；
（4）当C、D里的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，构成氢氧燃料电池，氢气和氧气在碱性环境下发生原电池反应，消耗了氢气和氧气；在燃料电池中，燃料氢气为负极，在碱性环境下的电极反应式为：
2H2+4OH--4e-=4H2O，C中的电极作负极，D中的电极作正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：
氢气和氧气在碱性环境下发生原电池反应，消耗了氢气和氧气；2H2＋4OH-－4e-=4H2O（负极），O2＋2H2O＋4e-=4OH-（正极）。
【点睛】
明确原电池和电解池的工作原理、各个电极上发生的反应是解答本题的关键，难点是电极反应式的书写，注意电解质溶液的性质，以及电解质溶液中阴阳离子移动方向，为易错点。
3．电解原理在化学工业中有广泛应用。
如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。
请回答以下问题。
若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则：
（1）电解池中X极上的电极反应式是____________，在X极附近观察到的现象是_________________。
（2）Y电极上的电极反应式是____________，检验该电极反应产物的方法是____________。
【答案】2H++2e－=H2↑放出气体，溶液变红2Cl－－2e－=Cl2↑把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝
【解析】
【详解】
由题意或图像可知，此池为电解池，X极为阴极，Y极为阳极。
电极为惰性电极，饱和NaCl溶液中存在Na+、Cl－、H+、OH－，在阴极上，H+放电能力强于Na+，故阴极上发生的电极反应式为2H++2e－=H2↑，因而导致X极附近有气体放出，溶液呈碱性，溶液颜色由无色变为红色；在阳极上，Cl－放电能力强于OH－，故阳极上发生的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑。
4．氯化亚砜又称亚硫酰氯，其分子式为SOCl2，常温常压下为淡黄色液体，遇水易水解。
国内的氯化亚砜主要应用于医药、农药、染料等行业。
实验室用干燥纯净的Cl2、SO2和SCl2制备SOCl2的部分装置如图所示：
已知：
①SOCl2沸点为78.8℃，SCl2的沸点为50℃，且两种液体可互溶。
②SOCl2遇水剧烈反应，液面上产生白雾，并有气体产生。
请回答：
（1）实验室制取SOCl2的反应方程式为____________
（2）写出丙中发生的离子反应_____________
（3）仪器e的名称是___________，实验仪器的连接顺序为a→_________（仪器可以重复使用）。
（4）仪器f的作用是____________
（5）实验结束后，将三颈烧瓶中混合物分离的实验操作名称是______。
（6）工业上常用ZnCl2·2H2O与SOCl2共热制取ZnCl2。
写出用惰性电极电解ZnCl2和盐酸的混合溶液的总反应离子反应式为_______。
甲同学认为SOCl2还可用作FeCl3·6H2O制取无水FeCl3的脱水剂，但乙同学对此提出质疑，可能的原因是____
【答案】SO2+Cl2+SCl2
2SOCl22MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O球形冷凝管c→d→c→d→b吸收SO2、Cl2，防止外界水蒸气进入装置分馏（或蒸馏）2H++2Cl—
H2↑+Cl2↑SOCl2可能会与Fe3+发生氧化还原反应
【解析】
【分析】
由实验装置图可知，丙装置中浓盐酸与高锰酸钾反应制备氯气，因氯气中混有氯化氢和水蒸气，所以先将气体通过盛有饱和食盐水的乙装置除去氯化氢，再通过盛有浓硫酸的乙装置除去水蒸气，干燥的氯气、二氧化硫和SCl2在三颈烧瓶中，在活性炭作催化剂作用下，反应制得SOCl2，二氯化硫（SCl2）的沸点低，甲装置中球形冷凝管的作用是起冷凝回流SCl2的作用，干燥管中碱石灰的作用是防止有毒的氯气与二氧化硫逸出污染环境，同时防止空气中的水蒸气进入烧瓶中使氯化亚砜水解。
【详解】
（1）实验室用干燥的氯气、二氧化硫和SCl2在三颈烧瓶中，在活性炭作催化剂作用下，反应制得SOCl2，反应的化学方程式为SO2+Cl2+SCl2
2SOCl2，故答案为SO2+Cl2+SCl2
2SOCl2；
（2）装置丙中浓盐酸与高锰酸钾反应生产氯化锰、氯化钾、氯气和水，反应的离子方程式为2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O，故答案为2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O；
（3）仪器e的名称是球形冷凝管；因氯气中混有氯化氢和水蒸气，实验时应先除去氯化氢和水蒸气，制得干燥的氯气，实验仪器的连接顺序为丙（制氯气）—乙（除氯化氢）—乙（除水蒸气）—甲（制SOCl2），则仪器的接口连接顺序为a→c→d→c→d→b，故答案为球形冷凝管；c→d→c→d→b；
（4）仪器f中盛有碱石灰，碱石灰的作用是吸收逸出的有毒的Cl2和SO2污染环境，防止空气中的水蒸气进入反应装置而使SOCl2水解，故答案为吸收SO2、Cl2，防止外界水蒸气进入装置；
（5）已知氯化亚砜沸点为77℃，SCl2的沸点为50℃，实验结束后，采用分馏（或蒸馏）的方法即可将之分离，故答案为分馏（或蒸馏）；
（6）用惰性电极电解ZnCl2和盐酸的混合溶液时，阳极上氯离子放电能力强于氢氧根离子，阴极上氢离子放电能力强于锌离子，电解的总方程式为2H++2Cl—
H2↑+Cl2↑；FeCl3具有氧化性，SOCl2具有还原性，SOCl2用作FeCl3·6H2O制取无水FeCl3的脱水剂时，SOCl2可能会与FeCl3发生氧化还原反应使FeCl3变质，故答案为2H++2Cl—
H2↑+Cl2↑；SOCl2可能会与Fe3+发生氧化还原反应。
【点睛】
本题考查了性质实验方案的设计与评价，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力，注意掌握化学实验基本操作方法，明确常见物质的性质及化学实验方案设计原则是解答关键。
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．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。
编号
电极材料
电解质溶液
电流表指针偏转方向
1
Al、Mg
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C（石墨）
稀盐酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
（1）实验1、2中Al所作的电极（正极或负极）是否相同（填“是”或“否”）？
____________。
（2）对实验3完成下列填空：
①铝为________极，电极反应式：
__________________________________________；
②石墨为________极，电极反应式：
_________________________________________；
③电池总反应式：
______________________________________________________。
（3）实验4中铝作负极还是正极________，理由是_________________________________。
（4）解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：
____________________________________。
写出铝电极的电极反应式：
_________________________________________________。
（5）根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：
__________________。
【答案】
（1）否；
（2）①负，2Al－6e－=2Al3＋；②正，6H＋＋6e－=3H2↑；③2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑；
（3）负极，在NaOH溶液中，活动性Al＞Mg；
（4）Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中活动性Zn＞Al，Al是原电池的正极.，NO3－＋e－＋2H＋＝NO2↑＋H2O；（5）①另一个电极材料的活动性；②电解质溶液。
【解析】
试题分析：
（1）原电池中一般活泼金属作负极，能和电解质溶液反应，电流表指针指向正极，实验1，电流表指针偏向Al，说明Mg作负极，铝作正极，实验2，Al比铜活泼，且铜不与稀盐酸反应，则Al作负极，故填写“否”；
（2）实验3，电流表指针偏向石墨，说明铝作负极，石墨作正极，铝和盐酸的反应：
2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑，负极上的反应式为：
2Al－6e－=2Al3＋，正极反应式为：
6H＋＋6e－=3H2↑；
（3）虽然Mg比铝活泼，但Mg不与NaOH反应，但铝和氢氧化钠溶液反应，因此铝作负极，其反应离子方程式为：
2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2－＋3H2↑；
（4）虽然铝比锌活泼，但铝和浓硫酸、浓硝酸发生钝化反应，产生一层致密氧化薄膜阻碍反应的进行，锌和硝酸反应的离子方程式为：
Zn＋4H＋＋2NO3－=Zn2＋＋2NO2↑＋2H2O，负极反应式为Zn－2e－=Zn2＋，正极反应式为：
NO3－＋2H＋＋e－=NO2↑＋H2O；（5）根据以上分析，影响因素是：
①另一个电极材料的活动性；②电解质溶液。
考点：
考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写等知识。
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，
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