高考化学复习《化学能与电能》专项综合练习及详细答案.docx
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高考化学复习《化学能与电能》专项综合练习及详细答案
2020-2021高考化学复习《化学能与电能》专项综合练习及详细答案
一、化学能与电能
1．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：
保持污水的pH在5.0~6.0之间，通过电解生成Fe（OH）3沉淀。
Fe（OH）3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。
阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净化的作用。
某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图，如图所示。
（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。
此时，应向污水中加入适量的__________。
a．H2SO4b．BaSO4c．Na2SO4d．NaOH
（2）电解池阳极发生了两个电极反应，电极反应式分别是
Ⅰ.___________________；Ⅱ._________________；
（3）电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe（OH）3沉淀的离子方程式是__________________；
（4）该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料做电极。
①负极的电极反应是____________________；
②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环（见上图）。
A物质的化学式是_________________；
（5）实验过程中，若在阴极产生了44.8L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4（标准状况）____L。
【答案】CFe－2e－=Fe2＋4OH--4e-=2H2O+O2 ↑4Fe2＋＋10H2O＋O2=4Fe（OH）3↓＋8H＋CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2OCO211.2L
【解析】
【分析】
（1）从所加入物质能增大溶液离子的浓度，并能保持污水的pH在5.0~6.0之间进行分析；
（2）根据阳极电极材料和离子的放电顺序分析放电的离子，书写电极反应；
（3）二价铁离子具有还原性，能被氧气氧化为三价；
（4）①燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；
②根据两极上发生的反应确定循环使用的物质；
（5）在燃料电池和电解池的串联电路中，转移的电子数目是相同的。
【详解】
（1）为了增强溶液的导电性，可选用易溶的强电解质溶液，排除B项，考虑到污水的pH在5.0~6.0之间，因此不能使用氢氧化钠，硫酸能将Fe（OH）3溶解，因此应向污水中加入适量的硫酸钠；
（2）电解时，铁作阳极，失电子，发生反应Fe-2e-=Fe2+，同时溶液中的OH-失电子被氧化为O2，因此，电极反应为：
Ⅰ.Fe-2e-=Fe2+，Ⅱ.4OH--4e-=2H2O+O2 ↑；
（3）Fe2+具有还原性，能被氧气氧化为三价，那么得到Fe（OH）3沉淀的离子方程式为：
4Fe2＋＋10H2O＋O2=4Fe（OH）3↓＋8H＋；
（4）①燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应为：
CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O；
②由电极反应可知电池工作时参加循环的物质为CO2；
（5）阴极的电极反应为2H++2e-=H2↑，阴极产生了44.8L（即2mol）气体，转移的电子的物质的量为4mol，由CH4-8e-+4CO32-=5CO2+2H2O可知，当转移的电子的物质的量为4mol时，消耗CH4的体积为V=nVm=
×4mol×22.4L/mol=11.2L。
2．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。
3．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。
4．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。
5．（I）某同学设计实验探究构成原电池的条件，装置如下：
实验一：
实验探究电极的构成〈甲图〉
①A、B两极均选用石墨作电极，发现电流计指针不偏转；②A、B两极均选用铜片作电极，发现电流计指针不偏转；③A极用锌片，B极用铜片，发现电流计指针向左偏转；④A极用锌片，B极用石墨，发现电流计指针向左偏转。
结论一：
____________________________________。
实验二：
探究溶液的构成〈甲图，A极用锌片，B极用铜片）
①液体采用无水乙醇，发现电流计指针不偏转；
②改用硫酸溶液，发现电流计指针偏转，B极上有气体产生。
结论二：
____________________________________。
实验三：
对比实验，探究乙图装置能否构成原电池
将锌、铜两电极分别放入稀硫酸溶液中，发现锌片上有气泡产生，铜片上无明显现象，电流计指针不发生偏转。
结论三：
____________________________________。
思考：
对该同学的实验，同学乙提出了如下疑问，请你帮助解决。
（1）在甲图装置中，若A为镁片，B为铝片，电解质溶液为NaOH溶液，电流计的指针应向_______偏转。
（2）一根金属丝两端分别放在图乙的两个烧杯之中，电流计指针_______（填“能”或“不能”）偏转。
（II）依据氧化还原反应：
2Ag+（aq）+Cu（s）=Cu2+（aq）+2Ag（s）设计的原电池如图所示。
请回答下列问题：
（1）电极X的材料是_________；电解质溶液Y是_________；
（2）当电路中转移0.01mol电子时，两电极的质量差为______g。
【答案】电极必须是两活泼性不同的电极溶液必须是电解质溶液必须构成闭合回路右不能CuAgNO31.4g
【解析】
【分析】
（I）实验一：
由①②可知，当两极相同时，不能形成原电池；由③④可知，当两极是两种活泼性不同的金属或一种是金属一种是非金属时，可以形成原电池；
实验二：
①中乙醇是非电解质，溶液中无自由移动离子；②中硫酸是电解质，硫酸溶液中有自由移动离子，能形成原电池；
实验三：
要有电流，必须能形成闭合回路。
思考：
（1）相对于电解质溶液来讲，哪个电极更活泼，哪个电极做负极，指针向哪偏转；
（2）要形成原电池产生电流，必须形成闭合回路。
（II）根据反应“2Ag+（aq）+Cu（s）═Cu2+（aq）+2Ag（s）”分析，在反应中，Cu被氧化，失电子，应为原电池的负极，电极反应为Cu-2e-=Cu2+，则正极为活泼性较Cu弱的Ag，Ag+在正极上得电子被还原，电极反应为Ag++e=Ag，电解质溶液为AgNO3，原电池中，电子从负极经外电路流向正极，由此分析解答。
【详解】
（I）实验一：
由①②可知，当两极相同时，不能形成原电池；由③④可知，当两极是两种活泼性不同的金属或一种是金属一种是非金属时，可以形成原电池；
实验二：
①中乙醇是非电解质，溶液中无自由移动离子；②中硫酸是电解质，硫酸溶液中有自由移动离子，能形成原电池；
实验三：
要有电流，必须能形成闭合回路；
思考：
（1）相对于氢氧化钠溶液来讲，铝比镁更活泼，故铝做负极，电流计的指针应向右偏转；
（2）一根金属丝两端分别放在图乙的两个烧杯之中，不能形成闭合回路，而要形成原电池产生电流，必须形成闭合回路；
（II）
（1）由反应“2Ag+（aq）+Cu（s）═Cu2+（aq）+2Ag（s）”可知，在反应中，Cu被氧化，失电子，应为原电池的负极，Ag+在正极上得电子被还原，电解质溶液为AgNO3；
（2）若刚开始Cu电极和银电极的质量相等，当电路中通过0.01mol电子时，正极上生成Ag为0.01mol，即1.08g，负极上Cu溶解的物质的量为0.005mol，即0.32g，所以两个电极的质量差为0.32g+1.08g=1.4g。
6．某课外活动小组用如右图所示装置进行实验，请回答下列问题：
（1）若开始实验时开关K与a连接，则A极的电极反应式为____________。
（2）若开始时开关K与b连接，下列说法正确的是___________（填序号）。
①从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝
②反应一段时间后，加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
③若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子
（3）根据氯碱工业原理用如图所示装置电解K2SO4溶液。
①该电解槽的阳极反应式为，通过阴离子交换膜的离子数（填“＞”、”=”或“＜”）通过阳离子交换膜的离子数。
②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由小到大的顺序为。
③电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为。
【答案】
（1）O2+2H2O+4e-=4OH-
（2）①（3）①4OH--4e-=2H2O+O2↑＜②b＜a＜c＜d③8︰1
【解析】
试题分析：
（1）若开始实验时开关K与a连接，则构成原电池，铁是负极，石墨A电极是正极，溶液中的氧气得到电子，则A极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-。
（2）若开始时开关K与b连接，则构成电解池。
①A与电源的正极相连，作阳极，溶液中的氯离子放电产生氯气，因此从A极处逸出的气体能使湿润淀粉KI试纸变蓝，正确；②阴极是氢离子放电，则反应一段时间后，加适量氯化氢可恢复到电解前电解质的浓度，错误；③溶液不能传递电子，只能通过导线传递，错误，答案选①。
（3）根据氯碱工业原理用如图所示装置电解K2SO4溶液。
①该电解槽的阳极是氢氧根放电产生氧气，则反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑。
通过阴离子交换膜的离子是硫酸根，通过阳离子交换膜的离子是钾离子，因此根据电荷守恒可知通过阴离子交换膜的离子数＜通过阳离子交换膜的离子数
②电解后硫酸和氢氧化钾的浓度增大，则a、b、c、d由小到大的顺序为b＜a＜c＜d。
③左侧产生硫酸，则B口生成的是氧气，右侧C口生成的氢气，因此电解一段时间后，B口与C口产生气体的质量比为16:
2＝8:
1。
考点：
考查电化学原理的应用
【答案】
（1）A、B、C
（2）Ag++e－＝Ag（3）滤纸变蓝（4）H2+2OH－－2e－＝2H2O减小
【解析】
试题分析：
闭合K2、断开K1，则构成电解池。
A、B两极产生的气体体积之比为2:
1，所以气体分别是氢气和氧气。
则A是阴极，B是阳极。
所以m是阳极，n是阴极，y是电源的负极，x是电源的正极，D是阳极，C是阴极。
（1）由于甲中生成物是氢气和氧气，即电解的是水，电解硝酸钾、氢氧化钡和稀硫酸均是电解水，电解氯化钠生成氢气、氯气和氢氧化钠，电解硫酸铜生成物是稀硫酸、铜和氧气，DE错误，答案选ABC。
（2）C是阴极，银离子放电，方程式为Ag++e－=Ag。
（3）m是阳极，氢离子放电，则m极周围水的电离平衡被破坏，溶液显碱性，因此滤纸变蓝色。
（4）闭合K2、断开K1一段时间后，断开K2、闭合K1，则此时构成氢氧燃料电池，其中A是负极，B是正极，若M溶液为KOH溶液，则A极电极反应式为H2+2OH－－2e－＝2H2O。
惰性电极电解硝酸银溶液有硝酸生成，因此乙池电解质溶液的pH减小。
考点：
考查电化学原理的应用
7．取6根铁钉，6支干净的试管及其他材料，如图所示。
试管①放入一根铁钉，再注入蒸馏水，使铁钉和空气及水接触；
试管②在试管底部放入硅胶（是一种干燥剂），再放入铁钉，用棉花团堵住试管口，使铁钉和干燥空气接触；
试管③先放入一根铁钉，趁热倒入煮沸的蒸馏水（已赶出原先溶解在蒸馏水中的空气）浸没铁钉，再加上一层植物油，使铁钉不能跟空气接触；
试管④中放入铁钉注入食盐水，使铁钉和空气及食盐水接触；[来源:
学§科§网Z§X§X§K]
试管⑤放入相连的铁钉和锌片，注入自来水，浸没铁钉和锌片；
试管⑥放入相连的铁钉和铜丝，注入自来水，浸没铁钉和铜丝。
把6支试管放在试管架上，几天后观察铁钉被腐蚀的情况。
（1）上述实验中铁钉发生了电化学腐蚀的是____（填试管序号）；在电化学腐蚀中，负极反应是__________。
（2）从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促
进铁钉被腐蚀的条件是___________。
（3）为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是_______（答两种方法）。
【答案】
（1）①④⑥F
e-2e-=Fe2+
（2）水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在
（3）在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或牺牲阳极保护法（答出其中两种即可）
【解析】
试题分析：
（1）①铁钉与水、空气接触可形成原电池，发生电化学腐蚀；②、③两个试管不具备构成原电池的条件，不能发生电化学腐蚀；④铁钉与食盐水、空气接触可形成原电池，发生电化学腐蚀；⑤尽管具备构成原电池的条件，但锌比铁活泼，在原电池中作负极，使铁成为正极，铁未被腐蚀；⑥铁的活泼性大于铜，铁作原电池的负极，发生电化学腐蚀；则发生了电化学腐蚀的是①④⑥；在电化学腐蚀中，负极反应是F
e-2e-=Fe2+；
（2）从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促
进铁钉被腐蚀需形成原电池，铁做负极，条件是水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在；
（3）利用原电池原理，电解池原理，加保护层的方法都可防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或牺牲阳极保护法。
考点：
化学试剂的保存、鉴别
8．实验室用下面装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，D装置的硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。
（1）如何检查装置A的气密性？
（2）装置A发生的反应有时要向其中加入少量CuSO4溶液，其目
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