备战高考化学化学能与电能综合题含答案.docx

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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____________________

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