高考化学压轴题专题化学能与电能的经典综合题附详细答案.docx

1、高考化学压轴题专题化学能与电能的经典综合题附详细答案高考化学压轴题专题化学能与电能的经典综合题附详细答案一、化学能与电能1某实验小组对FeCl3分别与Na2SO3、NaHSO3的反应进行探究。（甲同学的实验）装置编号试剂X实验现象INa2SO3溶液（pH9）闭合开关后灵敏电流计指针发生偏转IINaHSO3溶液（pH5）闭合开关后灵敏电流计指针未发生偏转(1)怎样配制FeCl3溶液？ _。(2)甲同学探究实验I的电极产物。 取少量Na2SO3溶液电极附近的混合液，加入_，产生白色沉淀，证明产生了SO42-。 该同学又设计实验探究另一电极的产物，其实验方案为_。(3)实验I中负极的电极反应式为_。

2、乙同学进一步探究FeCl3溶液与NaHSO3溶液能否发生反应，设计、完成实验并记录如下：装置编号反应时间实验现象III01 min产生红色沉淀，有刺激性气味气体逸出130 min沉淀迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无色30 min后与空气接触部分的上层溶液又变为浅红色，随后逐渐变为浅橙色(4)乙同学认为刺激性气味气体的产生原因有两种可能，用离子方程式表示的可能原因。 Fe3+3HSO3- Fe(OH)3 3SO2；_。(5)查阅资料：溶液中Fe3+、SO32-、OH三种微粒会形成红色配合物并存在如下转化： 从反应速率和化学平衡两个角度解释130 min的实验现象：_。（实验

3、反思）(6)分别对比I和II、II和III，FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和_有关（写出两条）。【答案】将FeCl3溶于浓盐酸，再稀释至指定浓度 足量盐酸和BaCl2溶液 取少量FeCl3溶液电极附近的混合液，加入铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，证明产生了Fe2+ 3SO32-2e-+H2O=SO42-+2HSO3- H+HSO3-=H2O+SO2 生成红色配合物的反应速率快，红色配合物生成橙色配合物的速率较慢；在O2的作用下，橙色的HOFeOSO2浓度下降，平衡不断正向移动，最终溶液几乎无色 溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同（或Na2S

4、O3与NaHSO3不同，或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同）、反应物是否接触形成红色配合物（任写两条） 【解析】【分析】甲同学实验：利用铁离子能够将SO32-氧化设计原电池，则原电池中氯化铁溶液为正极得电子发生还原反应，试剂X为负极，失电子发生氧化反应；实验中X为Na2SO3溶液时电流计指针发生偏转，说明铁离子将SO32-氧化；实验中X为NaHSO3溶液时电流计指针未发生偏转，说明二者可能不反应；乙同学进一步探究FeCl3溶液与NaHSO3溶液能否发生反应：01 min产生红色沉淀，有刺激性气味气体逸出，红色沉淀应为Fe(OH)3，气体应为二氧化硫，说明二者发生双水解；130 min沉淀

5、迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无色，结合查阅的资料可知生成了HOFeOSO2，该物质存在平衡HOFeOSO2HOFeOSO2，在氧气的作用下不断正向进行，最终溶液几乎无色；30min后反应现象是空气接触部分的上层溶液又变为浅红色，随后逐渐变为浅橙色，反应后的亚铁离子被空气中氧气氧化为铁离子，过量的HSO3-电离提供SO32-，溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会继续反应形成红色配合物。【详解】(1)实验室配制FeCl3溶液时，为了防止铁离子水解，先将FeCl3固体溶解在较浓的盐酸中然后加水稀释；(2)若有硫酸根生成，则加入盐酸酸化的氯化钡溶液会有白色沉淀生成；氯化

6、铁溶液为原电池正极，发生还原反应，Fe3+被还原成Fe2+，铁氰化钾溶液可以与亚铁离子反应生成蓝色沉淀，所以方案为取少量FeCl3溶液电极附近的混合液，加入铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，证明产生了Fe2+；(3)实验I中试剂X为原电池负极，SO32-被氧化生成硫酸根，电极方程式为3SO322e-+H2O=SO42-+2HSO3-；(4)pH=1的氯化铁溶液中有大量的氢离子，亚硫酸氢根离子结合氢离子生成二氧化硫气体，反应的离子方程式：H+HSO3-=H2O+SO2；(5)FeCl3溶液与NaHSO3溶液混合反应，在130 min出现现象为：沉淀迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无

7、色，根据资料：溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会形成红色配合物并存在转化：HOFeOSO2HOFeOSO2Fe2+SO42-，可知原因是：生成红色配合物的反应速率快，红色配合物生成橙色配合物的速率较慢；在氧气的作用下橙色的HOFeOSO2浓度下降平衡HOFeOSO2HOFeOSO2，不断正向进行，最终溶液几乎无色。(6)分别对比和、和，FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同(或Na2SO3与NaHSO3不同，或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同)、反应物是否接触形成红色配合物有关。【点睛】第3题

8、写电极反应方程式时要注意pH=9的溶液是由于SO32-水解，OH-来自于水的电离，电极方程式不能写成SO32-2e-+2OH-=SO42-+H2O。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

9、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

10、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

11、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，S2O42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+

12、= 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，3（1）天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。以甲烷、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池。该电池的负极反应式为_。将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl2溶液中，铁棒接甲烷燃料电池负极，石墨棒接该电池正极，一段时间后测得铁棒比石墨棒增加了6.4克。写出铁棒电极上发生的电极反应式_；则理论上消耗CH4的体积在标准状况下为_。（2）如图所示的实验装置中，丙为用碘化钾溶液润湿的滤纸

13、，m、n为夹在滤纸两端的铂夹；丁为直流电源，x、y为电源的两极；G为电流计；A、B、C、D四个电极均为石墨电极。若在两试管中充满H2SO4溶液后倒立于H2SO4溶液的水槽中，闭合K2，断开K1。丙电解时反应的离子方程式为_。继续电解一段时间后，甲池中A、B极均部分被气体包围，此时断开K2，闭合K1，电流计G指针发生偏转，则B极的电极反应式为_，C极的电极反应为_。【答案】 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O Cu22e=Cu 0.56L 2I-+2H2O I2+H2+2OH- O2+4e-+4H+=2H2O 4OH-4e=O2+2H2O【解析】（1）总反应为甲烷和氧气反应生成二氧

14、化碳和水，二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾，所以总方程式为：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O。正极是氧气得电子：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-，总反应减去正极反应（将正极反应扩大2倍，以消去氧气），得到负极反应为：CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O。将质量相等的铁棒和石墨棒分别插入CuCl2溶液中，铁棒接甲烷燃料电池负极，石墨棒接该电池正极，则铁棒为电解的阴极，反应为：Cu2+ + 2e- = Cu；石墨棒为电解的阳极，反应为：2Cl- - 2e- = Cl2。一段时间后测得铁棒比石墨棒增加了6.4克，这6.4g是生成的单质铜（0.1m

15、ol），则根据电极反应得到转移电子为0.2mol，1个甲烷生成碳酸根失去8个电子，所以参加反应的甲烷为0.025mol，即0.56L。（2）丙是碘化钾溶液，电解时阴阳两极分别是水电离的氢离子和碘化钾电离的碘离子反应，所以总方程式为2I-+2H2OI2+H2+2OH-闭合K2，断开K1时，是用直流电源对甲乙丙进行串联电解。A中得到氢气，B中得到氧气（因为A中气体的体积大约是B的2倍），所以A为电解的阴极，B为电解的阳极，进而得到直流电源x为正极，y为负极。断开K2，闭合K1，电流计G指针发生偏转，说明形成原电池。由题意只可能是甲中形成氢气氧气燃料电池，对乙丙进行电解。所以B电极为原电池的正极，反

16、应为氧气在酸性条件下得电子，方程式为O2+4e-+4H+=2H2O。因为B为正极，所以C为电解的阳极，注意此时c电极表面应该有刚才断开K2，闭合K1时，进行电解得到的单质银。所以此时c电极的反应为Age- = Ag+。4MnSO4在工业中有重要应用，用软锰矿浆(主要成分为MnO2和水，含有Fe2O3、FeO、Al2O3和少量PbO等杂质)浸出制备MnSO4，其过程如下：（资料）部分阳离子形成氢氧化物沉淀的pH离子Fe2+Fe3+Al3+Mn2+Pb2+开始沉淀时的pH7.62.73.88.38.0完全沉淀时的pH9.73.74.79.88.8(1)向软锰矿浆中通入SO2生成MnSO4，该反应的

17、化学方程是_。(2)加入MnO2的主要目的是_；(3)在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调至_范围，生成的沉淀主要含有_和少量CaSO4。(4) 阳离子吸附剂可用于主要除去的离子是_。(5) 用惰性电极电解MnSO4溶液，可以制得高活性MnO2。电解MnSO4、ZnSO4和H2SO4的混合溶液可制备MnO2和Zn，写出阳极的电极反应方程式_。【答案】SO2+MnO2=MnSO4 将Fe2+氧化为Fe3+ 4.7pH8.3 Fe(OH)3、Al(OH)3 Ca2+、Pb2+ Mn2+2e+2H2O=MnO2+4H+ 【解析】软锰矿浆(主要成分为MnO2和水，含有Fe2O3、FeO、

18、Al2O3和少量PbO等杂质)通入SO2得到浸出液，MnO2与SO2发生氧化还原反应，其中的金属离子主要是Mn2+，浸出液还含有少量的Fe2+、Al3+等其他金属离子，Fe2+具有还原性，可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+，在氧化后的液体中加入石灰浆，杂质中含有Fe2+、Al3+、Ca2+、Pb2+四种阳离子，由沉淀的pH范围知，Fe3+、Al3+阳离子通过调pH值，转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，加入阳离子吸附剂，除去Ca2+、Pb2+，过滤，滤液蒸发浓缩，冷却结晶，获得MnSO4晶体。(1)I中向软锰矿浆中通入SO2生成MnSO4，MnO2与SO2发生氧化还原反应的化学方程式为SO2+

19、MnO2=MnSO4；故答案为SO2+MnO2=MnSO4；(2)杂质离子中Fe2+具有还原性，可以被MnO2在酸性条件下氧化成Fe3+，故答案为将Fe2+氧化为Fe3+；(3)杂质中含有Fe3+、Al3+阳离子，从图可表以看出，大于4.7可以将Fe3+和Al3+除去，小于8.3是防止Mn2+也沉淀，所以只要调节pH值在4.78.3间即可，Fe3+、Al3+转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，故生成的沉淀主要为Fe(OH)3、Al(OH)3和少量CaSO4；故答案为4.7pH8.3； Fe(OH)3、Al(OH)3；(4)从吸附率的图可以看出，Ca2+、Pb2+的吸附率较高，故答案为Pb2+、Ca2

20、+；(5)电解MnSO4、ZnSO4和H2SO4的混合溶液可制备MnO2和Zn，阳极上是发生氧化反应，元素化合价升高为MnSO4失电子生成MnO2，ZnSO4反应得到电子生成Zn，阳极电极反应为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，故答案为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+。5燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为氢氧燃料电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定，请回答：（1）氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ，在导线中电子流动方向为 (用a、b 表示)。（2）负极反应式为 ，正极反应式为 ；（3）该电池工作时，H2和O2连续由外部

21、供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：2LiH22LiH LiHH2OLiOHH2反应中的还原剂是 ，反应中的氧化剂是 ；（4）如果该电池是甲烷-氧气燃料电池，负极反应式为 ；（5）如果该电池是肼(N2H4)-氧气燃料电池，负极反应式为 。【答案】（1）由化学能转变为电能 由a到b（2）2H24e4OH4H2O，O22H2O4e4OH（3）Li H2O（4）CH48e10OHCO327H2O（5）N2H44e4OHN24H2O【解析】试题分析：（1）氢氧燃料电池属于原电池，所以是将化学能转化为电能的装置，该电池中，通入氢

22、气的电极为负极、通入氧气的电极为正极，负极上失电子发生氧化反应、正极上得电子发生还原反应，所以电子从a电极流向b电极；（2）负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应为2H24e4OH4H2O；正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应为O22H2O4e4OH；（3）2Li+H22LiH，该反应中锂失电子发生氧化反应，所以锂是还原剂；LiH+H2O=LiOH+H2，该反应中H2O得电子生成氢气，发生还原反应，所以H2O是氧化剂；（4）甲烷-氧气燃料电池，通入甲烷的电极为负极，负极反应式CH48e10OHCO327H2O；（5）肼(N2H4)-氧气燃料电池，通入肼(N2H4)的电极为

23、负极，负极反应式N2H44e4OHN24H2O考点：考查了原电池工作原理【名师点晴】写电极反应式要注意结合电解质溶液书写，如果电解质溶液不同，虽然原料相同，电极反应式也不同，如氢氧燃料电池，当电解质为酸溶液里，正极电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O；当电解质为碱溶液时，负极电极反应式H2-2e-+2OH-=2H2O，正极电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；当电解质为熔融状态时，正极电极反应为为O2+4e-=2O2-；可见搞清楚电解质环境对电极反应式书写影响很大。6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

24、电流表指针偏转方向1Al、Mg稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Al、Mg氢氧化钠溶液偏向Mg5Al、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：铝为_极，电极反应式：_；石墨为_极，电极反应式：_；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）负，2Al6e=2

25、Al3；正，6H6e=3H2；2Al6HCl=2AlCl33H2；（3）负极，在NaOH溶液中，活动性AlMg；（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ZnAl，Al是原电池的正极.，NO3e2HNO2H2O；(5)另一个电极材料的活动性；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：2Al6H=2

26、Al33H2，负极上的反应式为：2Al6e=2Al3，正极反应式为：6H6e=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：2Al2OH2H2O=2AlO23H2；（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：Zn4H2NO3=Zn22NO22H2O，负极反应式为Zn2e=Zn2，正极反应式为：NO32He=NO2H2O；（5）根据以上分析，影响因素是：另一个电极材料的活动性；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。7（一）下图

27、是实验室用氢气还原氧化铜实验的简易装置。其中的铜质燃烧匙可以在试管M中上下移动，实验时,先将细铜丝一端被弯成螺旋状，先在空气中加热变黑后再迅速伸入球型干燥管中。（1）铜质燃烧匙的作用有 ， 。（2）实验过程中，在试管M中可观察到的现象是 ， 。（二）原电池与电解池在化学工业中有广泛应用。如图装置，a为CuCl2溶液，X为Fe棒，Y为碳棒，回答以下问题：（1）若断开k1，闭合k2，则装置为_ ；X电极上的电极反应式为_；电解质溶液中的阳离子向_极移动(填X或Y)；（2）若线路中通过3.011022的电子，则Y极上析出物质的质量为 。【答案】（一）（1）控制反应的发生和停止 与锌构成原电池加快反应速率 (2) 铜匙和锌粒表面都有气泡产生 锌粒逐渐变小或消失（二） (1)原电池 Fe2eFe2+ Y (2) 1.6g【解析】试题分析：（一）（1）铜质燃烧匙可以上下移动，因此作用之一是的作用有控制反应的发生和停止；其次铜与锌构成原电池加快反应速率。（2）锌能与盐酸反应生成氢气，其次铜锌构成原电池，铜是正极，其在表明氢离子放电，所以实验过程中，在试管M中可观察到的现象是铜匙和锌粒表面都有气泡产生、锌粒逐渐变小或消失。（二）（1）若断开k1，闭合k2，则装置为原电池，铁是活泼的金属，铁是负极，则X电极上的电极反应式为Fe2