备战高考化学化学能与电能综合题含答案.docx

备战高考化学化学能与电能综合题含答案.docx

《备战高考化学化学能与电能综合题含答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战高考化学化学能与电能综合题含答案.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

备战高考化学化学能与电能综合题含答案

2020-2021备战高考化学化学能与电能综合题含答案

一、化学能与电能

1．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。

请回答下列问题：

（1）上述实验中发生反应的化学方程式有__________________________________；

（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是____________________________；

（3）实验室中现有

、

、

、

等4中溶液，可与实验中

溶液起相似作用的是______________________________________；

（4）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措旌有________（答两种）；

（5）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。

将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。

①请完成此实验设计，其中：

V1=______，V6=______，V9=______；

②该同学最后得出的结论为：

当加入少量

溶液时，生成氢气的速率会大大提高。

但当加入的

溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。

请分析氢气生成速率下降的主要原因________________________________________________________

【答案】Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成铜锌原电池，加快了氢气产生的速率Ag2SO4升高反应温度、适当增加硫酸的浓度（答案合理即可）301017.5当加入一定量的硫酸铜后，生成的单质铜会沉积在锌的表面，降低了锌与溶液的接触面积

【解析】

【详解】

（1）在稀硫酸中加入硫酸铜后发生了两个反应：

CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu、Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。

（2）由于Zn与反应生成的Cu及硫酸铜溶液组成了CuZn原电池，大大加快了生成氢气的反应速率。

（3）只要是比锌的金属性弱的金属都可以与锌组成原电池，都可以加快生成氢气的反应速率，故在所给的物质中只有Ag2SO4符合题意。

（4）要加快生成氢气的反应速率，还可以采取如下措施：

升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。

（5）①因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响，故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同，则硫酸溶液的体积均取 30mL，根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20mL，可以求得V6＝10mL，V9＝17.5mL。

②由于析出的铜的量较多，会覆盖在锌的表面，使得锌与稀硫酸接触面积大大减小，故反应速率反而减慢。

2．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。

3．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现反应条件不同，反应速率不同。

请回答下列问题：

（1）在用稀硫酸与锌制氢的实验中，加入少量下列物质可加快氢气生成速率的是_____（填序号）

A．Na2SO4溶液B．MgSO4溶液C．SO3D．CuSO4溶液

（2）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列的实验：

将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的容器中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。

请完成此实验设计，其中：

V1＝____mL，V6＝______mL。

该同学最后得出的结论为：

当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。

请分析速率下降的主要原因__________。

（3）该同学为探究其它因素对锌与稀硫酸反应速率的影响，又做了以下实验，记录数据如下，回答下列问题：

①由实验可推知，反应物的总能量_______产物的总能量（填“＜”、“＞”或“＝”）。

②实验2和5表明，______对反应速率有影响。

③实验4和5表明，______对反应速率有影响，能表明同一规律的实验还有_________（填实验序号）。

④本实验中影响反应速率的其他因素还有________。

【答案】CD3010当加入一定量的硫酸铜后，生成的单质铜会沉积在锌的表面，降低了锌与溶液的接触面积＞浓度固体表面积1和2温度

【解析】

（1）在用稀硫酸与锌制氢气的实验中，加入Na2SO4溶液，减小了硫酸的浓度，使速率减小，故A错误；B、加入MgSO4溶液，减小了硫酸的浓度，使速率减小，故B错误；C、通入SO3相当于加入了硫酸，增大了硫酸的浓度，加快了化学反应速率；D、加入CuSO4溶液，锌为活泼金属，发生Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，置换出铜，与锌形成原电池反应，化学反应速率加快；故选CD；

（2）研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响要求硫酸的量不变，所以V1=30，分析可以看出为了消除硫酸的物质的量浓度不同引起的误差，所以加入的硫酸铜和水的体积和要求一样为20mL，所以V6＝10，加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。

请分析氢气生成速率下降的主要原因是当加入一定量的硫酸铜后，生成的单质铜会沉积在锌的表面，降低了锌与溶液的接触面积；

（3）①从表中看出，反应后的温度高于反应前的温度，说明这是一个放热反应，即反应物的总能量大于产物的总能量；

②实验2和5表明只要硫酸的物质的量浓度不同，是为了探究浓度对反应速率的影响；

③实验4和5、1和2，都是为了探究固体表面积对反应速率的影响，粉末反应的时间短，说明固体表面积越大，反应速率越快；

④由于这是一个放热反应，所以温度也是影响本实验的反应速率的因素之一。

4．保险粉又称连二亚硫酸钠（Na2S2O4），可用于纺织工业的漂白剂、脱色剂，脱氯剂。

Na2S2O4是白色粉末，无味，易溶于水、难溶于乙醇，具有极强的还原性，在空气中易被氧化，在碱性介质中稳定。

Ⅰ.甲酸钠（ HCOONa） 法制备过程如下：

（1）连二亚硫酸钠中硫元素的化合价为______________。

（2）实验室用Na2SO3固体和某酸反应制备SO2气体，制备SO2时所选用的酸，你认为下列最适宜选用的是______________。

A．浓盐酸B．浓硝酸

C．质量分数为70%的硫酸D．质量分数为10%的硫酸

（3）步骤①中制备连二亚硫酸钠的化学方程式可表示为____________________________。

（4）上述步骤②中，加入适量乙醇水溶液的作用是______________。

（5）在包装保存“保险粉”时加入少量的Na2CO3固体，目的是_________________________。

（6）①现将0.05mol/LNa2S2O4溶液在空气中放置，其溶液的pH与时间（t）的关系如图所示。

t1时溶液中只有NaHSO3一种溶质，此时含硫元素的粒子浓度由大到小的顺序为_______________。

②t1~t2段发生化学反应的离子方程式为______________________________。

Ⅱ.电解法制备:

工业上用惰性电极电解NaHSO3溶液得到Na2S2O4。

过程如图所示

（7） ①产品在_________________（填“阳极”、“阴极”）得到。

②若不加隔膜，则连二亚硫酸钠产率降低，其原因是__________________________________。

【答案】+3CNaOH+HCOONa+2SO2=Na2S2O4+CO2+H2O连二亚硫酸钠难溶于乙醇，用乙醇水溶液可降低连二亚硫酸钠的在溶液中的溶解度，有利于Na2S2O4晶体析出Na2CO3为碱性物质，提高“保险粉”的稳定性c（HSO3-）＞c（SO32-）＞c（H2SO3）2HSO3-+O2=2H++2SO42-阴极若不加隔膜，则部分HSO3-到阳极失电子发生氧化反应生成硫酸根离子，得不到连二亚硫酸钠，使连二亚硫酸钠产率下降或部分HSO3-被阳极产生的Cl2氧化生成SO42-，使连二亚硫酸钠产率下降

【解析】Ⅰ.

（1）连二亚硫酸钠（Na2S2O4）中钠元素为+1价，氧元素为-2价，根据正负化合价的代数和为0，硫元素的化合价为+3价，故答案为：

+3；

（2）二氧化硫具有还原性，能被硝酸氧化，盐酸中的氯化氢易挥发，制得的二氧化硫不纯，70%的H2SO4产生二氧化硫的速率较快，故选C；

（3）SO2气体通入甲酸钠的碱性溶液可以生成Na2S2O4和二氧化碳，反应的化学方程式为NaOH+HCOONa+2SO2=Na2S2O4+CO2+H2O，故答案为：

NaOH+HCOONa+2SO2=Na2S2O4+CO2+H2O；

（4）根据题意，Na2S2O4易溶于水、难溶于乙醇。

加入适量乙醇水溶液可以降低连二亚硫酸钠的在溶液中的溶解度，有利于Na2S2O4晶体析出，故答案为：

连二亚硫酸钠难溶于乙醇，用乙醇水溶液可降低连二亚硫酸钠的在溶液中的溶解度，有利于Na2S2O4晶体析出；

（5）由信息可知在碱性介质中稳定，则在包装保存“保险粉”时加入少量的Na2CO3固体，目的是Na2CO3为碱性物质，提高“保险粉”的稳定性，故答案为：

Na2CO3为碱性物质，提高“保险粉”的稳定性；

（6）①NaHSO3的电离程度大于水解程度，溶液显酸性，含硫元素的粒子浓度由大到小的顺序为c（HSO3-）＞c（SO32-）＞c（H2SO3），故答案为：

c（HSO3-）＞c（SO32-）＞c（H2SO3）；

②Na2S2O4溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠，则0～t1段发生离子反应方程式为2S2O42-+O2+2H2O=4HSO3-，t1点是为0.1mol/L的NaHSO3，根据图像t2时pH=1，说明NaHSO3完全被氧化生成硫酸氢钠，t1~t2段发生化学反应的离子方程式为2HSO3-+O2=2H++2SO42-，故答案为：

2HSO3-+O2=2H++2SO42-；

Ⅱ.（7） ①用惰性电极电解NaHSO3溶液得到Na2S2O4，反应过程中S元素的化合降低，被还原，应该在阴极上反应得到Na2S2O4，故答案为：

阴极；

②若不加隔膜，则部分HSO3-到阳极失电子发生氧化反应，也可能被阳极产生的氯气氧化，结果都会生成硫酸根离子，得不到连二亚硫酸钠，使连二亚硫酸钠产率下降，故答案为：

若不加隔膜，则部分HSO3-到阳极失电子发生氧化反应生成硫酸根离子，得不到连二亚硫酸钠，使连二亚硫酸钠产率下降。

5．高铁酸盐（如K2FeO4）是一种高效绿色氧化剂，可用于饮用水和生活用水的处理。

从环境保护的角度看，制备高铁酸盐较好的方法为电化学法。

（1）电化学法制备高铁酸钠采用铁片作阳极，NaOH溶液作为电解质溶液，其电流效率可达到40%。

写出阳极产生高铁酸钠的电极反应方程式：

____________。

（2）铁丝网电极是更理想的阳极材料，相同条件下，可将电流效率提高至70%以上，原因是__________。

研究亦发现，铁电极在某一电压范围内会产生氧气使阳极表面生成Fe2O3膜而“钝化”。

写出产生O2的电极反应方程式：

__________。

（3）FeO42—易与水4h生成絮状氢氧化铁，也会影响高铁酸盐的产率。

若以铁丝网为阳极，在中间环节（对应图中4h后）过滤掉氢氧化铁，反应过程中FeO42—浓度以及电流效率随时间的变化如图1中实线所示（图中曲线是每隔1h测得的数据）。

图中虚线部分对应于没有过滤氢氧化铁而连续电解的情况。

下列判断正确的是___（填编号）

①过滤：

掉氢氧化铁有利于获得较高浓度的高铁酸盐溶液

②过滤掉氢氧化铁对电流效率影响不大

③实验表明不过滤掉氢氧化铁，6h后电流效率几乎为0

（4）在相同的pH条件下，经过相同的反应时间，高铁酸盐的产率与温度关系如图2。

随温度升高，高铁酸盐产率先增大后减小的原因是__________。

（5）人们还对用铁的氧化物作电极制备高铁酸盐进行了研究，例如以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐，该研究方向的价值有__________（至少答一点）。

【答案】Fe-6e－+8OH－═FeO42－+4H2O铁丝网比铁片接触面积更大4OH－-4e－═O2↑+2H2O①③温度升高加快了高铁酸盐的生成速率，另一方面，温度升高加快了高铁酸盐与水反应，10℃～20℃时生成为主要因素，20℃以后分解为主要因素。

以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐消耗电能少；以铁的氧化物为电极，可以实现变废为宝；以磁铁矿作为多孔电极，不会发生钝化现象等合理答案。

【解析】

【分析】

（1）已知反应物和生成物，书写方程式时要根据原子守恒和电荷守恒；

（2）接触面积越大，电流越大；阳极铁失去电子，氢氧根也可能失去电子生成氧气；

（3）比较实线和虚线对应的坐标即可得出答案；

（4）产率增大说明生成速率增大，减小则说明分解速率增大；

（5）从耗能、环保、提高反应速率等角度解析。

【详解】

（1）铁失去电子，在碱性溶液中生成高铁酸根离子，同时有水生成，故阳极产生高铁酸钠的电极反应方程式为：

Fe-6e－+8OH－═FeO42－+4H2O；

（2）铁丝网比铁片接触面积更大，电流效率更高，阳极铁失去电子，氢氧根也可能失去电子生成氧气，再与铁反应生成氧化铁，铁电极上发生析氧反应4OH－-4e－═O2↑+2H2O；

（3）由图可知，4h后若没有过滤氢氧化铁，高铁酸根离子浓度及电流效率均降低，①C正确，②错误；虚线所示，6h后电流效率几乎为0，③正确，故选①③；

（4）高铁酸盐产率增高说明温度升高加快了高铁酸盐的生成速率，产率降低说明温度升高加快了高铁酸盐与水反应，10℃～20℃时生成为主要因素，20℃以后分解为主要因素；

（5）以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐，该研究方向的价值有：

以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐消耗电能少；以铁的氧化物为电极，可以实现变废为宝；以磁铁矿作为多孔电极，不会发生钝化现象等。

6．氰化钠（NaCN）是一种重要化工原料，用于化学合成、电镀、冶金等方面。

NaCN有剧毒，含氰废水需经无害化处理才能排放，某电镀厂含氰废水的一种工业处理流程如下：

已知：

HCNO的结构式是：

H-O-C≡N

HCN的Ka=6.02×10-10

[Ag（CN）2]-（aq）

Ag+（aq）+2CN-（aq）K=1.3×10-21

回答下列问题：

（1）CN-中两原子均为8电子稳定结构，请写出CN-的电子式_______________。

（2）氰化钠遇水会产生剧毒氢氰酸，请写出相应的离子方程式_______________。

（3）向发生塔中通水蒸汽的目的是____________。

（4）氧化池中氰化物的降解分两步进行

CN-被氯气氧化成低毒的CNO-，写出相应的离子方程式____________________，

CNO-被氯气氧化成无毒的两种气体，写出相应的离子方程式________________。

（5）贮水池中废水须先经碱化后再进行氧化的原因_______________________。

（6）电镀厂电镀银时需要降低镀层金属的沉积速度，使镀层更加致密。

电解液使用Na[Ag（CN）2]，请写出阴极反应式，解释工业电镀中使用氰离子（CN-）的原因。

【答案】（每空2分，共16分）

（1）

（2）CN-+H2O

HCN+OH-

（3）促使HCN挥发进入吸收塔

（4）CN-+Cl2+2OH-=CNO-+2Cl-+H2O

2CNO-+3Cl2+4OH-=N2↑+CO2↑+6Cl-+2H2O

（5）防止生成HCN其他合理答案均得分

（6）[Ag（CN）2]-+e-="Ag"+2CN-；Ag+和CN-可以结合成稳定的络合物，可以控制银离子浓度，使镀层致密。

【解析】

试题分析：

（1）CN-中各原子均满足8电子稳定结构，存在C≡N键，电子式为

，故答案为

；

（2）氰化钠易发生水解产生氰化氢，方程式为CN-+H2O⇌HCN+OH-，故答案为CN-+H2O⇌HCN+OH-；

（3）向发生塔中通水蒸汽的目的是促使HCN挥发进入吸收塔，故答案为促使HCN挥发进入吸收塔；

（4）CN-被氯气氧化成低毒的CNO-，同时得到还原产物氯离子，即CN-+Cl2+2OH-=CNO-+2Cl-+H2O；CNO-被氯气氧化成无毒的两种气体是氮气和二氧化碳，即2CNO-+3Cl2+4OH-=N2↑+CO2↑+6Cl-+2H2O；

（5）贮水池中废水须先经碱化后再进行氧化，这样可以防止生成HCN，故答案为防止生成HCN；

（6）电解池中，电解液使用Na[Ag（CN）2]，在阴极上发生得电子的还原反应，即：

[Ag（CN）2]-+e-=Ag+2CN-，工业电镀中使用氰离子，这样Ag+和CN-可以结合成稳定的络合物，可以控制银离子浓度，使镀层致密，故答案为[Ag（CN）2]-+e-=Ag+2CN-；Ag+和CN-可以结合成稳定的络合物，可以控制银离子浓度，使镀层致密。

【考点定位】考查电解原理；离子方程式的书写；氧化还原反应

【名师点晴】本题是一道注重了化学与实际生产的联系的综合知识题，考查利用氧化还原反应来实现废水的转化，涉及氧化还原反应等，明确该反应中的生成物是解本题关键，还可以结合原子守恒、转移电子守恒来分析解答。

本题中（4）CN-被氯气氧化成低毒的CNO-，同时得到还原产物氯离子；CNO-被氯气氧化成无毒的两种气体是氮气和二氧化碳，据此书写方程式；（6）电解池的阴极上发生得电子的还原反应；根据Ag+和CN-可以结合成稳定的络合物。

7．

（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____________________