1、备战高考化学化学能与电能提高练习题压轴题训练含答案2020-2021 备战高考化学(化学能与电能提高练习题)压轴题训练含答案一、化学能与电能1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6 mL)和检验氯气的氧化性(不应将多余的氯气排入空气中)。(1)试从上图图1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)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)假定装入的饱和食盐水为50 mL(电解前后溶液体积变化可忽略),当测得的氢气为5.6 mL(已折算成标准状况)时,溶液的pH为_。(5)工业上
2、采用离子交换膜法电解饱和食盐水,如上图图2,该离子交换膜是_(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜,溶液A是_(填溶质的化学式)【答案】G、F、I D、E、C 2Cl-2e-=Cl2 淀粉-KI溶液变成蓝色 12 阳离子 NaOH 【解析】【分析】(1)实验的目的是电解饱和食盐水,并测量电解产生的氢气的体积(约6 mL)和检验氯气的氧化性,结合装置的作用来连接装置;(2)实验目的生成氢气和氯气,所以铁应为阴极,碳棒为阳极;(3)氯气具有氧化性,能氧化碘离子生成碘单质,使淀粉碘化钾溶液变蓝色说明;(4)电解饱和食盐水的方程式:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,利用公式c=来计算NaOH
3、的物质的量浓度,然后求出氢离子的浓度,最后求出pH;(5)氢气在阴极生成,则b为阴极,a为阳极,阳离子向阴极移动,则离子交换膜允许阳离子通过;a极上氯离子失电子,生成氯气同时溶液中生成NaOH。【详解】(1)产生的氢气的体积用排水量气法,预计H2的体积6ml左右,所以选I不选H,导管是短进长出,所以A接G,用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时,导管要长进短出,所以B接D,氯气要进行尾气处理,即E接C;(2)实验目的生成氢气和氯气,所以铁应为阴极,连接电源负极,碳棒为阳极,所以炭棒接直流电源的正极,电极反应:2Cl-2e-Cl2;(3)氯气具有氧化性,能氧化碘离子生成碘单质,碘单质遇到淀粉变蓝
4、色,使淀粉碘化钾溶液变蓝色说明氯气具有氧化性;(4)因电解饱和食盐水的方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2,当产生的H2的体积为5.6mL时,物质的量n=2.510-4mol,生成氢氧化钠的物质的量为510-4mol,所以溶液中NaOH的物质的量浓度=0.01mol/L,所以氢离子的浓度=mol/L=110-12mol/L,pH=12;(5)氢气在阴极生成,则b为阴极,a为阳极,阳离子向阴极移动,则离子交换膜允许阳离子通过,所以离子交换膜为阳离子交换膜;a极上氯离子失电子,生成氯气同时溶液中生成NaOH,所以溶液A是NaOH。【点睛】分析电解过程的思维程序:首先判断阴阳极,分析
5、阳极材料是惰性电极还是活性电极;再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴阳离子两组;然后排出阴阳离子的放电顺序:阴极:阳离子放电顺序:Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+H+;阳极:活泼电极S2-I-Br-Cl-OH-;如果阳极材料是活性金属如Fe或Cu为阳极,则阳极本身被氧化。2亚硝酰氯NOCl可用于合成清洁剂等。它可用Cl2与NO在常温常压下合成:它的熔点为-64.5,沸点为-5.5,常温下是黄色的有毒气体,遇水易水解。 请按要求回答下列相关问题:(1)过量铁屑和稀硝酸充分反应制备NO的离子方程式为:_。(2)制备NOCl的装置如下图所示,连接顺序为:a_(按气流自左向右方向,用小写
6、字母表示)。装置A和B作用是干燥NO和Cl2,_。装置D的作用是_。 装置E中NOCl发生反应的化学方程式为_。(3)工业生产过程中NO尾气处理方法有多种,其中间接电化学法,其原理如图所示: 该过程中阴极的电极反应式为:_。【答案】3Fe+8H+2NO3=3Fe2+2NO+4H2O efcbd或fecbd 观察气泡调节气体流速 防止E中水蒸气进入F,引起NOCl的水解 NOCl+2NaOH=NaCl+NaNO2+H2O 2HSO3+2e+2H+= S2O42+ 2H2O 【解析】【分析】(1)过量铁屑和稀硝酸反应生成硝酸亚铁、一氧化氮和水;(2)将氯气和NO干燥后在装置F中发生反应,在冰盐中冷
7、凝收集NOCl,氯气、NO以及NOCl均不能排放到空气中,用氢氧化钠溶液吸收,注意NOCl遇水易水解。(3)由间接电化学法示意图可知,阴极上HSO3放电生成S2O42,S2O42在吸收塔中将NO还原为N2。【详解】(1)过量铁屑和稀硝酸反应生成硝酸亚铁、一氧化氮和水,反应的离子方程式为3Fe+8H+2NO3=3Fe2+2NO+4H2O,故答案为3Fe+8H+2NO3=3Fe2+2NO+4H2O;(2)将氯气和NO干燥后在装置F中发生反应,在冰盐中冷凝收集NOCl,氯气、NO以及NOCl均不能排放到空气中,用氢氧化钠溶液吸收,NOCl遇水易水解,故在收集装置和尾气处理装置之间需加一个干燥装置,故
8、答案为ef(或fe)cbd;装置A和B作用是除干燥NO、Cl2外,另一个作用是通过观察气泡调节气体的流速控制反应的发生,故答案为观察气泡调节气体流速;NOCl遇水易水解,装置D中氯化钙做干燥剂,吸收水蒸气,防止E中水蒸气进入反应器F中,引起NOCl的水解,故答案为防止E中水蒸气进入F,引起NOCl的水解;装置E的目的吸收尾气,防止污染环境,NOCl与氢氧化钠溶液反应生成NaCl、NaNO2和H2O,反应的化学方程式为NOCl+2NaOH=NaCl+NaNO2+H2O,故答案为NOCl+2NaOH=NaCl+NaNO2+H2O;(3)由间接电化学法示意图可知,阴极上HSO3放电生成S2O42,S
9、2O42在吸收塔中将NO还原为N2,阴极的电极反应式为2HSO3+2e+2H+= S2O42+ 2H2O,故答案为2HSO3+2e+2H+= S2O42+ 2H2O。【点睛】本题考查化学实验方案的设计与评价,侧重考查分析问题和解决问题的能力,注意化学方程式的书写和排列实验先后顺序的方法,掌握电极反应式的书写方法是解答关键,3FeSO4 溶液放置在空气中容易变质,因此为了方便使用 Fe2,实验室中常保存硫酸亚铁铵晶体俗称“摩尔盐”,化学式为(NH4)2Fe(SO4)26H2O,它比绿矾或绿矾溶液更稳定。(稳定是指物质放置 在空气中不易发生各种化学反应而变质) I硫酸亚铁铵晶体的制备与检验(1)某
10、兴趣小组设计实验制备硫酸亚铁铵晶体。 本实验中,配制溶液以及后续使用到的蒸馏水都必须煮沸、冷却后再使用,这样处理蒸馏水的目的是_。向 FeSO4 溶液中加入饱和(NH4)2SO4 溶液,经过操作_、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥后得到一 种浅蓝绿色的晶体。(2)该小组同学继续设计实验证明所制得晶体的成分。如图所示实验的目的是_,C 装置的作用是_。取少量晶体溶于水,得淡绿色待测液。取少量待测液,_ (填操作与现象),证明所制得的晶体中有 Fe2。取少量待测液,经其它实验证明晶体中有NH4和SO42II实验探究影响溶液中 Fe2稳定性的因素(3)配制 0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液(pH=
11、4.5)和 0.8 mol/L 的(NH4)2Fe(SO4)2 溶液(pH=4.0),各取 2 ml 上述溶液于两支试管中,刚开始两种溶液都是浅绿色,分别同时滴加 2 滴 0.01mol/L 的 KSCN 溶液,15 分钟后观察可见:(NH4)2Fe(SO4)2溶液仍然为浅绿色透明澄清溶液;FeSO4溶液则出现淡黄色浑浊。(资料 1)沉淀Fe(OH)2Fe(OH)3开始沉淀pH7.62.7完全沉淀pH9.63.7请用离子方程式解释 FeSO4 溶液产生淡黄色浑浊的原因_。讨论影响 Fe2稳定性的因素,小组同学提出以下 3 种假设:假设 1:其它条件相同时,NH4的存在使(NH4)2Fe(SO4
12、)2 溶液中 Fe2+稳定性较好。假设 2:其它条件相同时,在一定 pH 范围内,溶液 pH 越小 Fe2稳定性越好。假设 3:_。(4)小组同学用如图装置(G为灵敏电流计),滴入适量的硫酸溶液分 别控制溶液 A(0.2 mol/L NaCl)和溶液 B(0.1mol/L FeSO4)为不同的 pH,观察记录电流计读数,对假设 2 进行实验研究,实验结果如表所示。序号A:0.2molL1NaClB:0.1molL1FeSO4电流计读数实验1pH=1pH=58.4实验2pH=1pH=16.5实验3pH=6pH=57.8实验4pH=6pH=15.5(资料 2)原电池装置中,其它条件相同时,负极反应
13、物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原 电池的电流越大。(资料 3)常温下,0.1mol/L pH=1 的 FeSO4 溶液比 pH=5 的 FeSO4 溶液稳定性更好。 根据以上实验结果和资料信息,经小组讨论可以得出以下结论:U 型管中左池的电极反应式_。对比实验 1 和 2(或 3 和 4) ,在一定 pH 范围内,可得出的结论为_。对比实验_和_,还可得出在一定pH 范围内溶液酸碱性变化对 O2 氧化性强弱的影响因素。 对(资料 3)实验事实的解释为_。【答案】除去水中溶解的氧气,防止氧化Fe2+ 蒸发浓缩 检验晶体中是否含有结晶水 防止空气中水蒸气逆向进入装有无水CuSO4的试管
14、,影响实验结果 滴入少量K3Fe(CN)6溶液,出现蓝色沉淀(或先滴入2滴KSCN溶液,无明显变化,再加入几滴新制氯水,溶液变成红色) 4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H+ 当其它条件相同时,硫酸根离子浓度大小影响Fe2+的稳定性。(或当其它条件相同时,硫酸根离子浓度越大,Fe2+的稳定性较好。) O2 + 4e- +4H+= 2H2O 溶液酸性越强,Fe2+的还原性越弱 1 3(或2和4) 其它条件相同时,溶液酸性增强对Fe2+的还原性减弱的影响,超过了对O2的氧化性增强的影响。故pH=1的FeSO4溶液更稳定。 【解析】【分析】I.(1)亚铁离子具有还原性
15、,在空气中容易被氧化;向 FeSO4 溶液中加入饱和(NH4)2SO4 溶液,需要经过蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤和干燥后得到一 种浅蓝绿色的晶体;(2) 无水硫酸铜遇水变蓝色;空气中也有水蒸气,容易对实验产生干扰;检验Fe2+,可以向样品中滴入少量K3Fe(CN)6溶液,出现蓝色沉淀,说明存在Fe2+;或先滴入2滴KSCN溶液,无明显变化,再加入几滴新制氯水,溶液变成红色,说明存在Fe2+;II.(3) 由表可知,pH=4.5的0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液中,会产生Fe(OH)3沉淀,说明二价铁被氧化成了三价铁,同时和水反应生成Fe(OH)3沉淀;0.8 mol/L 的 FeS
16、O4 溶液(pH=4.5)和 0.8 mol/L 的(NH4)2Fe(SO4)2 溶液中硫酸根的浓度也不同,可以以此提出假设;(4) FeSO4中的铁的化合价为+2价,具有还原性,在原电池中做负极,则左池的碳电极做正极,NaCl中溶解的氧气得电子生成,在酸性环境中生成水;实验1 和 2(或 3 和 4)中NaCl溶液的pH相同,FeSO4溶液的pH不同,且FeSO4溶液的pH越小,电流越小,结合原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大,可以得出结论;对比实验1和3(或2和4)发现,FeSO4溶液的pH相同时,NaCl溶液的pH越大,电流越
17、小,结合原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大,可以得出结论;对比实验1 和 4,NaCl溶液的pH增大酸性减弱,FeSO4溶液的pH减小酸性增强,但是电流却减小,结合的结论分析。【详解】I.(1)亚铁离子具有还原性,在空气中容易被氧化,在配制溶液时使用到的蒸馏水都必须煮沸、冷却后再使用,目的是:除去水中溶解的氧气,防止氧化Fe2+;向 FeSO4 溶液中加入饱和(NH4)2SO4 溶液,需要经过蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤和干燥后得到一 种浅蓝绿色的晶体;(2) 无水硫酸铜遇水变蓝色,该装置的实验目的是:检验晶体中是否含有结晶水;空
18、气中也有水蒸气,容易对实验产生干扰,需要使用浓硫酸防止空气中水蒸气逆向进入装有无水CuSO4的试管,影响实验结果;检验Fe2+,可以向样品中滴入少量K3Fe(CN)6溶液,出现蓝色沉淀,说明存在Fe2+;或先滴入2滴KSCN溶液,无明显变化,再加入几滴新制氯水,溶液变成红色,说明存在Fe2+;II.(3) 由表可知,pH=4.5的0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液中,会产生Fe(OH)3沉淀,说明二价铁被氧化成了三价铁,同时和水反应生成Fe(OH)3沉淀,离子方程式为:4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H+;0.8 mol/L 的 FeSO4 溶液(pH=
19、4.5)和 0.8 mol/L 的(NH4)2Fe(SO4)2 溶液中硫酸根的浓度也不同,0.8 mol/L 的(NH4)2Fe(SO4)2 溶液中硫酸根浓度更大,故可以假设:当其它条件相同时,硫酸根离子浓度大小影响Fe2+的稳定性;或者当其它条件相同时,硫酸根离子浓度越大,Fe2+的稳定性较好;(4) FeSO4中的铁的化合价为+2价,具有还原性,在原电池中做负极,则左池的碳电极做正极,NaCl中溶解的氧气得电子生成,在酸性环境中生成水,故电极方程式为:O2 + 4e- +4H+= 2H2O;实验1 和 2(或 3 和 4)中NaCl溶液的pH相同,FeSO4溶液的pH不同,且FeSO4溶液
20、的pH越小,电流越小,结合原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大,可以得出的结论是:溶液酸性越强,Fe2+的还原性越弱;对比实验1和3(或2和4)发现,FeSO4溶液的pH相同时,NaCl溶液的pH越大,电流越小,结合原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大,可以得出在一定pH 范围内溶液的碱性越强, O2 氧化性越强;对比实验1 和 4,NaCl溶液的pH增大酸性减弱,FeSO4溶液的pH减小酸性增强,但是电流却减小,结合的结论,和其它条件相同时,溶液酸性增强对Fe2+的还原性减
21、弱的影响,超过了对O2的氧化性增强的影响。故pH=1的FeSO4溶液更稳定。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:SOCl2 沸点为 78.8,SCl2 的沸点为 50,且两种液体可互溶。SOCl2 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
22、 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 ZnCl22H2O 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FeCl36H2O 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+SCl22SOCl2 2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2+5Cl2+8H2O 球形冷凝管 cdcdb 吸收SO2、Cl2,防止外界水蒸气进入装置 分馏(或蒸馏) 2H+2ClH2+Cl2 SOCl2可能会与Fe3+发生氧化还原反
23、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SO
24、2+Cl2+SCl22SOCl2,故答案为SO2+Cl2+SCl22SOCl2;(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acdcdb,故答案为球形冷凝管;cdcdb;(4)仪器 f中盛有碱石灰,碱石灰的作用
25、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+2ClH2+Cl2;FeCl3具有氧化性,SOCl2具有还原性,SOCl2用作FeCl36H2O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
26、答案为2H+2ClH2+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某小组研究 Na2S 溶液与 KMnO4 溶液反应,探究过程如下。资料:.MnO4 在强酸性条件下被还原为 Mn2+,在近中性条件下被还原为 MnO2.单质硫可溶于硫化钠溶液,溶液呈淡黄色。(1)根据实验可知,Na2S 具有_性。(2)甲同学预测实验I中S2被氧化成 SO32-。根据实验现象,乙同学认为甲的预测不合
27、理,理由是_。乙同学取实验中少量溶液进行实验,检测到有 SO42,得出 S2被氧化成 SO42的结论,丙同学否定该结论,理由是_。同学们经讨论后,设计了如右下图的实验,证实该条件下 MnO4-的确可以将 S2氧化成SO42。a.左侧烧杯中的溶液是_。b.连通后电流计指针偏转,一段时间后,_(填操作和现象),证明S2被氧化为SO42。(3)实验 I 的现象与资料 i 存在差异,其原因是新生成的产物(Mn2+)与过量的反应物(MnO4-)发生反应,该反应的离子方程式是_。(4)实验的现象与资料也不完全相符,丁同学猜想其原因与(3)相似,经验证猜想成立,他的实验方案_。(5)反思该实验,反应物相同,
28、而现象不同,体现了物质变化不仅与其自身的性质有关,还与_因素有关。【答案】 还原 溶液呈紫色.说明酸性KMnO4溶液过量SO32-能被其继续氧化 KMnO4溶液是用H2SO4酸化的,故溶液中检测出SO42-不能证明一定是氧化新生成的 0.1mol/LNa2S溶液 取左侧烧杯中的溶液,用盐酸酸化后, 滴加BaCl2溶液.观察到有白色沉淀生成 2MnO4-+3Mn2+2H2O=5MnO2+H+ 将实验I中生成的MnO2分离洗涤后(或取MnO2),加入0.1mol/LNa2S溶液.观察到有浅粉色沉淀.且溶液呈淡黄色F证明新生成的MnO2与过量的S 反应.故没得到MnO2 沉淀 用量、溶液的酸碱性【解
29、析】(1)根据实验I可知,高锰酸钾溶液的紫色变浅,说明Na2S 具有还原性,故答案为:还原;(2)根据实验现象,溶液呈紫色,说明酸性KMnO4溶液过量,SO32-能被其继续氧化,因此甲的预测不合理,故答案为:溶液呈紫色,说明酸性KMnO4溶液过量,SO32-能被其继续氧化;KMnO4溶液是用H2SO4酸化的,故溶液中检测出SO42-不能证明一定是氧化新生成的,因此S2被氧化成 SO42的结论不合理,故答案为:KMnO4溶液是用H2SO4酸化的,故溶液中检测出SO42-不能证明一定是氧化新生成的;a.根据图示,左侧烧杯中发生氧化反应,为原电池的负极,根据题意,要达到MnO4-将 S2氧化成SO42的目的,左侧烧杯中的溶液可以是0.1mol/LNa2S溶液,右侧烧杯中的溶液可以是0.1mol/LKMnO4 溶液,故答案为:0.1mol/LNa2S溶液;b.连通后,高锰酸钾与硫化钠溶液发生氧化还原反应,电流计指针偏转,一段时间后,取左侧烧杯中的溶液,用盐酸酸化后,滴加BaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成,证明 S2被氧化为 SO42,故答案为:取左侧烧杯中的溶液,用盐酸酸化后,滴加BaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成;(3)Mn2+与过量的MnO4-反应生成二氧化锰沉淀
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