2020-2021备战高考化学培优易错试卷(含解析)之化学能与电能附答案解析

2020-2021备战高考化学培优易错试卷(含解析)之化学能与电能附答案解析

一、化学能与电能

1．二氧化氯(ClO2)具有强氧化性，在工业上常用作水处理剂、漂白剂。ClO2是一种易溶于水的黄绿色气体，其体积分数超过10%时易引起爆炸。某研究小组欲用以下三种方案制备ClO2，回答下列问题：

（1）以黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO2，黄铁矿中的硫元素在酸性条件下被ClO3-氧化成SO42-，写出制备ClO2的离子方程式__。

（2）用过氧化氢作还原剂，在硫酸介质中还原NaClO3制备ClO2，并将制得的ClO2用于处理含CN-废水。实验室模拟该过程的实验装置(夹持装置略)如图所示。

①装置A的名称是__，装置C的作用是__。 ②反应容器B应置于30℃左右的水浴中，目的是__。

③通入氮气的主要作用有3个，一是可以起到搅拌作用，二是有利于将ClO2排出，三是__。

④ClO2处理含CN-废水的离子方程式为__，装置E的作用是__。 （3）氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2的方法。

①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质。某次除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的__（填化学式），至沉淀不再产生后，再加入过量的Na2CO3和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去。

②用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2，工作原理如图所示，写出阳极产生ClO2的电极反应式__。

【答案】FeS2+15ClO3-+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O 恒压漏斗 安全瓶 提高化学反应速率，同时防止过氧化氢受热分解 稀释ClO2，防止其爆炸 2CN-+2ClO2=2CO2+N2+2Cl- 吸收ClO2等气体，防止污染大气 BaCl2 Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+

【解析】 【分析】

二氧化氯(ClO2)具有强氧化性，在工业上常用作水处理剂、漂白剂。分别利用无机反应和电解原理制备二氧化氯，三种方法均利用了氧化还原反应。 【详解】

（1）以黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO2，黄铁矿中的硫元素在酸性条件下被ClO3-氧化成SO42-，根据氧化还原反应中电子守恒和元素守恒，可以写出制备ClO2的离子方程式为FeS2+15ClO3-+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O。

（2）①装置A的名称为恒压漏洞，装置C为安全瓶，起到防止液体倒吸的作用。 ②升高温度可以提高化学反应速率，但是原料中含有过氧化氢，过氧化氢在过高的温度下可以发生分解反应，因此反应容器B应置于30℃左右的水浴中。

③根据题文可知，ClO2是一种易溶于水的黄绿色气体，其体积分数超过10%时易引起爆炸，故通入氮气的主要作用有3个，一是可以起到搅拌作用，二是有利于将ClO2排出，三是稀释ClO2，防止其爆炸。

④ClO2处理含CN-废水发生氧化还原反应，将CN-转化为无污染的CO2和N2，故离子方程式为2CN-+2ClO2=2CO2+N2+2Cl-；装置E在整套装置之后，起到吸收尾气，防止环境污染的作用。

（3）①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质，需要过量的碳酸根离子、氢氧根离子和钡离子，过量的钡离子可以用碳酸根离子除去，因此在加入Na2CO3之前应先加入过量BaCl2。

②用石墨做电极，电解池的阳极发生氧化反应，元素化合价升高，因此氯离子在阳极失电子和水反应得到ClO2，电极反应式为Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+。

2．某小组同学利用如图所示装置进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验： 装置 分别进行的操作 i．连好装置一段时间后，向烧杯中滴加酚酞 现象 ii．连好装置一段时间后，向烧杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液 铁片表面产生蓝色沉淀

(1)小组同学认为以上两种检验方法，均能证明铁发生了吸氧腐蚀。 ①实验i中的现象是___。

②用电极反应式解释实验i中的现象：___。 (2)查阅资料：K3[Fe(CN)6]具有氧化性。

①据此有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是___。

②进行下列实验，在实验几分钟后的记录如下： 实验 滴管 试管 iii．蒸馏水 0.5mol·L1-现象 无明显变化 铁片表面产生大量蓝色沉淀 无明显变化 iv．1.0mol·L-1NaCl溶液 K3[Fe(CN)6]溶液 v．0.5mol·L-1Na2SO4溶液

以上实验表明：在有Cl-存在条件下，K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应。为探究Cl-的存在对反应的影响，小组同学将铁片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗净)后再进行实验iii，发现铁片表面产生蓝色沉淀。此补充实验表明Cl-的作用是___。

(3)有同学认为上述实验仍不够严谨。为进一步探究K3[Fe(CN)6]的氧化性对实验ii结果的影响，又利用（2）中装置继续实验。其中能证实以上影响确实存在的是__(填字母序号)。 实验 试剂 A B C D 酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2) 酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2) 铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2) 铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2) 现象 产生蓝色沉淀 产生蓝色沉淀 产生蓝色沉淀 产生蓝色沉淀

(4)综合以上实验分析，利用实验ii中试剂能证实铁发生了电化学腐蚀的实验方案是：连好

＋

装置一段时间后，___(回答相关操作、现象)，则说明负极附近溶液中产生了Fe2，即发生

了电化学腐蚀。

【答案】碳棒附近溶液变红 O2＋4e-＋2H2O=4OH- K3[Fe(CN)6]可能氧化Fe生成Fe2＋，会

＋

干扰由于电化学腐蚀负极生成Fe2的检验 Cl-破坏了铁片表面的氧化膜 AC 取铁片(负极)

附近溶液于试管中，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若出现蓝色沉淀 【解析】 【分析】

(1)①实验i中，发生吸氧腐蚀，在碳棒附近溶液中生成OH-，使酚酞变色。 ②在碳棒上，发生O2得电子生成OH-的电极反应。

(2)①据此有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是既然K3[Fe(CN)6]具有氧化性，就可直接与Fe作用。

②用稀硫酸酸洗后，铁片表面的氧化膜去除，再进行实验iii，铁片表面产生蓝色沉淀，则

Cl-的作用与硫酸相同。

(3)A. 酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2)反应产生蓝色沉淀，表明K3[Fe(CN)6]能与铁作用生成Fe2+；

B.酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2) 反应产生蓝色沉淀，可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，也可能是铁片发生了吸氧腐蚀；

C. 铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)反应产生蓝色沉淀，只能是Cl-破坏氧化膜，然后K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+；

D. 铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2) 反应产生蓝色沉淀，可能是铁片与盐酸直接反应生成Fe2+，也可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+。

(4)为证实铁发生了电化学腐蚀，可连好装置一段时间后，不让K3[Fe(CN)6]与Fe接触，而是取Fe电极附近的溶液，进行Fe2+的检验。 【详解】

(1)①实验i中，发生吸氧腐蚀，碳棒为正极，发生O2得电子生成OH-的反应，从而使碳棒附近溶液变红。答案为：碳棒附近溶液变红；

②在碳棒上，O2得电子生成OH-，电极反应式为O2＋4e-＋2H2O=4OH-。 答案为：O2＋4e-＋2H2O=4OH-；

(2)①有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是既然K3[Fe(CN)6]具有氧化性，就有可能发生K3[Fe(CN)6]与Fe的直接作用。答案为：K3[Fe(CN)6]可能氧化Fe生成Fe2，会干扰由于电化学腐蚀负极生成Fe2的检验；

②用稀硫酸酸洗后，铁片表面的氧化膜被破坏，再进行实验iii，铁片表面产生蓝色沉淀，则Cl-的作用与硫酸相同，也是破坏铁表面的氧化膜。答案为：Cl-破坏了铁片表面的氧化膜；

(3)A. 已除O2的铁片不能发生吸氧腐蚀，只能发生铁片、K3[Fe(CN)6]溶液的反应，从而表明K3[Fe(CN)6]能与铁作用生成Fe2+，A符合题意；

B.酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2)，同时满足两个反应发生的条件，既可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，也可能是铁片发生了吸氧腐蚀，B不合题意； C. 铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)，不能发生吸氧腐蚀，只能是Cl-破坏氧化膜，然后K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，C符合题意；

D. 铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2) 反应产生蓝色沉淀，可能是铁片与盐酸直接反应生成Fe2+，也可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，D不合题意。答案为：AC； (4)为证实铁发生了电化学腐蚀，可连好装置一段时间后，取Fe电极附近的溶液，放在另一仪器中，加入K3[Fe(CN)6]溶液，进行Fe2+的检验。答案为：取铁片(负极)附近溶液于试管中，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若出现蓝色沉淀。 【点睛】

在进行反应分析时，我们需明确Cl-的作用，它仅能破坏铁表面的氧化膜，而不是充当铁与K3[Fe(CN)6]反应的催化剂，从硫酸酸洗铁片，命题人就给我们做了暗示。

＋

＋

3．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测

量容器中的压强变化。

（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格)： 编号 ① ② ③ 实验目的 为以下实验作参照 醋酸浓度的影响 __ 碳粉/g 0.5 0.5 0.2 铁粉/g 2.0 __ 2.0 醋酸/% 90.0 36.0 90.0 （2）编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了_____________腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了__(“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是___________________________________。

（3）该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二： 假设一：发生析氢腐蚀产生了气体； 假设二：______________________________； ……

（4）为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。

实验步骤和结论(不要求写具体操作过程)：__________

【答案】2.0 碳粉含量的影响 吸氧 还原反应 2H2O+O2+4e-=4OH- （或4H++O2+4e-=2H2O） 反应放热，温度升高，体积膨胀 实验步骤和结论（不要求写具体操作过程） ①药品用量和操作同编号①实验（多孔橡皮塞增加进、出导管） ②通入氩气排净瓶内空气；

③滴入醋酸溶液，同时测量瓶内压强变化（也可测温度变化，检验Fe2+等）。 如果瓶内压强增大，假设一成立。否则假设一不成立。 （本题属于开放性试题，合理答案均给分） 【解析】 【详解】