化学化学能与电能的专项培优练习题含答案及答案解析.docx

化学化学能与电能的专项培优练习题含答案及答案解析.docx

《化学化学能与电能的专项培优练习题含答案及答案解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化学化学能与电能的专项培优练习题含答案及答案解析.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化学化学能与电能的专项培优练习题含答案及答案解析

2020-2021化学化学能与电能的专项培优练习题（含答案）及答案解析

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．甲同学向做过银镜反应的试管滴加0.1mol/L的Fe（NO3）3溶液（pH=2），发现银镜部分溶解，和大家一起分析原因：

甲同学认为：

Fe3+具有氧化性，能够溶解单质Ag。

乙同学认为：

Fe（NO3）3溶液显酸性，该条件下NO3－也能氧化单质Ag。

丙同学认为：

Fe3+和NO3－均能把Ag氧化而溶解。

（1）生成银镜反应过程中银氨溶液发生_____________（氧化、还原）反应。

（2）为得出正确结论，只需设计两个实验验证即可。

实验I：

向溶解了银镜的Fe（NO3）3的溶液中加入____________（填序号，①KSCN溶液、②K3[Fe（CN）6]溶液、③稀HC1），现象为___________，证明甲的结论正确。

实验Ⅱ：

向附有银镜的试管中加入______________溶液，观察银镜是否溶解。

两个实验结果证明了丙同学的结论。

（3）丙同学又把5mLFeSO4溶液分成两份：

第一份滴加2滴KSCN溶液无变化；第二份加入1mL0.1mol/LAgNO3溶液，出现白色沉淀，随后有黑色固体产生（经验证黑色固体为Ag颗粒），再取上层溶液滴加KSCN溶液变红。

根据上述的实验情况，用离子方程式表示Fe3+、Fe2+、Ag+、Ag之间的反应关系_______________。

（4）丁同学改用如图实验装置做进一步探究：

①K刚闭合时，指针向左偏转，此时石墨作_________，（填“正极”或“负极。

此过程氧化性：

Fe3+_______Ag+（填>或<）。

②当指针归零后，向右烧杯中滴加几滴饱和AgNO3溶液，指针向右偏转。

此过程氧化性：

Fe3+_______Ag+（填>或<）。

③由上述①②实验，得出的结论是：

_______________________。

【答案】还原②产生蓝色沉淀pH=20.3mol/LKNO3或NaNO3溶液Ag+Fe3+⇌Ag++Fe2+或（Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+）正极＞＜其它条件不变时，物质的氧化性与浓度有关系，浓度的改变可导致平衡的移动

【解析】

【分析】

（1）根据元素化合价的变化判断；

（2）实验Ⅰ：

甲同学认为：

Fe3+具有氧化性，能够溶解单质Ag，则要证明甲的结论正确，可验证Fe3+的还原产物Fe2+的存在；

实验Ⅱ：

进行对照实验；

（3）根据实验现象判断溶液中发生的反应；

（4）根据指针偏转方向判断正负极，判断电极反应，并结合氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物分析解答。

【详解】

（1）往AgNO3溶液中逐滴加入氨水，银离子和氨水反应生成白色的氢氧化银沉淀和铵根离子，Ag++NH3•H2O═AgOH↓+NH4+；继续滴入氨水白色沉淀溶解，氢氧化银和氨水反应生成银氨溶液和水，AgOH+2NH3•H2O═Ag（NH3）2OH+2H2O，若用乙醛进行银镜反应，再加入乙醛溶液后，水浴加热，生成乙酸铵，氨气、银和水，化学反应方程式为：

CH3CHO+2Ag（NH3）2OH

CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O，银氨溶液中的银为+1价，被醛基还原生成0价的银单质，故答案为：

还原；

（2）实验Ⅰ：

甲同学认为：

Fe3+具有氧化性，能够溶解单质Ag，则要证明甲的结论正确，可验证Fe3+的还原产物Fe2+的存在即可，验证Fe2+的实验是取少量除尽Ag+后的溶液于试管中，加入K3[Fe（CN）6]溶液会和Fe2+反应生成蓝色沉淀，故答案为：

②；产生蓝色沉淀；

实验Ⅱ：

丙同学认为：

Fe3+和NO3－均能把Ag氧化而溶解，且两个实验结果证明了丙同学的结论，而实验I验证了Fe3+具有氧化性，能够溶解单质Ag，则实验II需要验证NO3－也能把Ag氧化而溶解，需进行对照实验，0.1mol/L的Fe（NO3）3溶液（pH=2），NO3－为0.3mol/L，所以需向附有银镜的试管中加入pH=2的0.3mol/LKNO3或NaNO3溶液，故答案为：

pH=2的0.3mol/LKNO3或NaNO3；

（3）Fe3+遇KSCN溶液变红，第一份滴加2滴KSCN溶液无变化，说明FeSO4溶液中无Fe3+，第二份加入1ml0.1mol/LAgNO3溶液，出现白色沉淀，随后有黑色固体Ag产生，再取上层溶液滴加KSCN溶液变红，说明有Fe3+产生，说明Fe2+被Ag+氧化生成Fe3+，Ag+被还原为Ag，又Fe3+具有氧化性，能够溶解单质Ag，则该反应为可逆反应，反应的离子方程式为：

Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+或Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+；

（4）①K刚闭合时，指针向左偏转，则银为负极，石墨为正极，该电池的反应本质为Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+，该反应中铁离子为氧化剂，银离子为氧化产物，则氧化性：

Fe3+＞Ag+，故答案为：

正极；＞；

②当指针归零后，向右烧杯中滴加几滴饱和AgNO3溶液，指针向右偏转，则此时石墨为负极，银为正极，右侧烧杯中银离子浓度增大，反应Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+的平衡左移，发生反应Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+，此时Ag+为氧化剂，Fe3+为氧化产物，则氧化性：

Fe3+＜Ag+；

③由上述①②实验，得出的结论是：

在其它条件不变时，物质的氧化性与浓度有关，浓度的改变可导致平衡移动。

3．

（1）利用原电池装置可以验证Fe3+与Cu2+氧化性相对强弱，如下图所示。

该方案的实验原理是自发进行的氧化还原反应可以设计为原电池。

写出该氧化还原反应的离子方程式：

__________。

该装置中的负极材料是______（填化学式），正极反应式是_______。

（2）某研究性学习小组为证明2Fe3++2I－⇌2Fe2++I2为可逆反应，设计如下两种方案。

方案一：

取5mL0.1mol/LKI溶液，滴加2mL0.1mol/L的FeCl3溶液，再继续加入2mLCCl4，充分振荡、静置、分层，再取上层清液，滴加KSCN溶液。

①方案一中能证明该反应为可逆反应的现象是______。

②有同学认为方案一设计不够严密，即使该反应为不可逆反应也可能出现上述现象，其原因是（用离子方程式表示）_____。

方案二：

设计如下图原电池装置，接通灵敏电流计，指针向右偏转（注：

灵敏电流计指针总是偏向电源正极），随着时间进行电流计读数逐渐变小，最后读数变为零。

当指针读数变零后，在右管中加入1mol/LFeCl2溶液。

③方案二中，“读数变为零”是因为____________.

④“在右管中加入1mol/LFeCl2溶液”后，观察到灵敏电流计的指针______偏转（填“向左”、“向右”或“不”），可证明该反应为可逆反应。

【答案】Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+CuFe3++e－=Fe2+下层（CCl4层）溶液呈紫红色，且上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+该可逆反应达到了化学平衡状态向左

【解析】

【分析】

（1）验证Fe3+与Cu2+氧化性强弱时，应将反应Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成原电池，原电池中铜作负极发生氧化反应被损耗，选用金属性弱于铜的金属或非金属C作正极，电解质溶液为可溶性的铁盐；

（2）方案一：

如该反应为可逆反应，加入四氯化碳，四氯化碳层呈紫红色，上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色；但在振荡过程中，Fe2+离子易被空气中氧气生成Fe3+，不能证明Fe3+未完全反应；

方案二：

图中灵敏电流计的指针指向右，右侧烧杯为正极，当指针读数变零后，在右管中加入1mol/LFeCl2溶液，如为可逆反应，可发生2Fe2++I2⇌2Fe3++2I-，I2被还原，指针应偏向左。

【详解】

（1）Fe3+氧化性比Cu2+强，可发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+反应，反应中Cu被氧化，Cu电极为原电池的负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，选用金属性弱于铜的金属或石墨作正极，正极上Fe3+发生还原反应，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，故答案为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+；Cu；Fe3++e－=Fe2+；

（2）①若该反应为可逆反应，反应中有碘单质生成，但不足量的Fe3+不能完全反应，溶液中依然存在Fe3+，则证明有碘单质和Fe3+存在的实验设计为：

向反应后的溶液再继续加入2mLCCl4，充分振荡、静置、分层，下层（CCl4层）溶液呈紫红色，再取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液呈血红色，故答案为下层（CCl4层）溶液呈紫红色，且上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色；

②在振荡过程中，Fe2+离子易被空气中氧气生成Fe3+，不能证明反应可逆，反应的化学方程式为4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+，故答案为4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+；

③若该反应为可逆反应，“读数变为零”说明该可逆反应达到了化学平衡状态，故答案为该可逆反应达到了化学平衡状态；

④当指针读数变零后，在右管中加入1mol/LFeCl2溶液，如为可逆反应，可发生2Fe2++I2⇌2Fe3++2I-，I2被还原，灵敏电流计指针总是偏向电源正极，指针应偏向左，故答案为向左。

【点睛】

本题考查化学反应原理的探究，侧重于分析问题和实验能力的考查，注意把握发生的电极反应、原电池工作原理，注意可逆反应的特征以及离子检验的方法为解答的关键。

4．现需设计一套实验装置来电解饱和食盐水，并测量电解产生的氢气的体积（约6mL）和检验氯气的氧化性（不应将多余的氯气排入空气中）。

（1）试从下图中选用几种必要的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺序（填编号）是A接__________，B接__________。

（2）铁棒接直流电源的________极；碳棒上发生的电极反应为_______。

（3）能说明氯气具有氧化性的实验现象是_______________________。

（4）假定装入的食盐水为50mL，一段时间后，产生5.6mL（标准状况）H2时，所得溶液在25℃时的pH＝________。

（5）若将B电极换成铁电极，写出在电解过程中U形管底部出现的现象：

__________。

【答案】A接GFIB接DEC负极2Cl－－2e－＝Cl2↑淀粉KI溶液变蓝12白色沉淀迅速变成灰绿色最后变成红褐色

【解析】

【分析】

U形管装置为电解装置，铁棒为阴极，连接电源负极，发生还原反应：

2H＋＋2e－=H2↑；碳棒为阳极，连接电源正极，发生氧化反应：

2Cl－－2e－=Cl2↑，所以从A出来的是H2，应该连接G，然后F连接I。

淀粉KI溶液可以检验Cl2，所以B连接D，E连接C，目的是吸收尾气Cl2。

【详解】

（1）根据以上分析可知：

A接GFI，B接DEC；

答案：

A接GFIB接DEC

（2）铁棒不可连接电源正极，如果连接正极铁会失电子，发生氧化反应，所以必须连接电源负极；碳棒为阳极，连接电源正极，发生氧化反应：

2Cl－－2e－=Cl2↑；

答案：

负极2Cl－－2e－＝Cl2↑

（3）利用Cl2+2KI=2KCl+I2，碘单质使得淀粉溶液变蓝，证明氯气具有氧化性；

答案：

淀粉KI溶液变蓝

（4）2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑

2mol22.4L

n（NaOH）5.6×10-3L

n（NaOH）=

mol=0.0005mol

c（NaOH）=

=

=0.01mol/L

pH=-lg

=-lg

=12

答案：

12

（5）若将B电极换成铁电极，总电极反应为Fe+2H2O

Fe（OH）2↓+H2↑，后续反应4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，因此现象为生成白色沉淀，迅速变成灰绿色最后变成红褐色。

答案：

白色沉淀迅速变成灰绿色最后变成红褐色

【点睛】

试题以电解饱和食盐水为载体，旨在考查学生灵活运用电解原理解决实际问题的能力，明确电解原理、物质的性质特点是解答的关键。

5．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+。

6．广泛用于纺织工业的连二亚硫酸钠（Na2S2O4），俗称保险粉，是一种强还原剂，可溶于水，但不溶于乙醇，在碱性介质中稳定。

Ⅰ.工业上制备连二亚硫酸钠的流程如下：

请回答下列问题：

（1）步骤①中的化学方程式为___________________________________；

（2）步骤②中沉淀为_________________________________（填化学式）；

（3）步骤③中加入NaCl固体的作用是______________________________，分离出保险粉方法为_______、洗涤、干燥，洗涤所用试剂是___________________________。

Ⅱ.工业上也可用右图装置电解NaHSO3溶液制Na2S2O4。

（1）惰性电极a连接电源的_________（填“正极”或“负极”），其电极反应式为________________；

（2）若不加隔膜，则得不到连二亚硫酸钠，其原因是____________________________。

Ⅲ.探究Na2S2O4的性质：

某课题小组常温下测定0.050mol•L-1Na2S2O4溶液在空气中的pH变化如下图所示；

（1）0-t1段主要生成HSO3-，根据pH变化图，写出0-t1发生反应的离子方程式为______________；

（2）若t1时溶液中Na2S2O4全部被氧化成NaHSO3，此时溶液中c（SO32-）-c（H2SO3）=__________mol•L-1（填具体数值，不考虑溶液体积变化）

【答案】Zn+2SO2=ZnS2O4Zn（OH）2降低Na2S2O4的溶解度，使更多Na2S2O4析出过滤乙醇负极2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-Na2S2O4被阳极生成的氧气氧化或HSO3-在阳极失电子得到硫酸根2H2O+2S2O42-+O2=4HSO3-10-5-10-9

【解析】Ⅰ.锌粉加水形成分散系，再通入二氧化硫反应得到ZnS2O4，加入18%dNaOH溶液反应得到氢氧化锌沉淀、Na2S2O4，最后加入NaCl降低Na2S2O4的溶解度，析出Na2S2O4，溶液D中含有NaCl。

（1）根据上述分析，步骤①中的化学方程式为Zn+2SO2=ZnS2O4，故答案为：

Zn+2SO2=ZnS2O4；

（2）步骤②中沉淀为Zn（OH）2，故答案为：

Zn（OH）2；

（3）步骤③中加入NaCl固体可以降低Na2S2O4的溶解度，使更多Na2S2O4析出，然后过滤、洗涤、干燥即可分离出保险粉；连二亚硫酸钠（Na2S2O4）是一种强还原剂，可溶于水，但不溶于乙醇。

为了减少Na2S2O4的溶解损失，洗涤液可以选用乙醇，故答案为：

降低Na2S2O4的溶解度，使更多Na2S2O4析出；过滤；乙醇；

Ⅱ.a极上NaHSO3生成Na2S2O4，S元素化合价由+4价降低到+3价，发生还原反应，应为阴极，a连接电源的负极，b极上氢氧化钠溶液中的水被氧化生成氧气，为阳极，b连接电源的正极。

（1）根据上述分析，惰性电极a连接电源的负极”），其电极反应式为2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-，故答案为：

负极；2HSO3-+2e-=S2O42-+2OH-；

（2）若不加隔膜，Na2S2O4被阳极生成的氧气氧化得到硫酸根，得不到连二亚硫酸钠，故答案为：

Na2S2O4被阳极生成的氧气氧化得到硫酸根；

Ⅲ.

（1）Na2S2O4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-，故答案为：

2S2O42-+O2+2H2O=4HSO3-；

（2）若t1时溶液中Na2S2O4全部被氧化成NaHSO3，浓度为0.1mol/L，根据图像，此时溶液的pH=5，溶液中存在物料守恒，c（SO32-）+c（H2SO3）+c（HSO3-）=0.1mol/L，也存在电荷守恒，c（Na+）+c（H+）=2c（SO32-）+c（HSO3-）+c（OH-），则c（SO32-）-c（H2SO3）=c（Na+）+c（H+）-c（OH-）-0.1mol/L=c（H+）-c（OH-）=（10-5-10-9）mol/L，故答案为：

10-5-10-9。

7．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）。