高考化学化学能与电能(大题培优易错试卷)附答案解析

高考化学化学能与电能(大题培优易错试卷)附答案解析

一、化学能与电能

1．方法与规律提炼：

(1)某同学利用原电池装置证明了反应Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋能够发生，设计的装置如下图所示。

＋＋

为达到目的，其中石墨为_________极，甲溶液是____________，证明反应Ag＋Fe2=Ag

＋Fe3＋能够发生的实验操作及现象是_________________________

(2)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。

上图中作负极的物质是___________。正极的电极反应式是______________。

(3)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：阴极区的电极反应式为_______________。 电路中转移1 mol电子，需消耗氧气_______L(标准状况)。

(4)KClO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

写出电解时阴极的电极反应式___________________电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_________，其迁移方向是_____________（填a→b或b→a）。

学法题：通过此题的解答，请归纳总结书写电极反应式的方法____

【答案】负 FeSO4 或FeCl2溶液 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，

－＋－

同时滴加KSCN溶液，后者红色加深 铁 NO3-＋8e＋10H=NH4+＋3H2O Fe3+＋e= Fe2+

5.6L 2H＋＋2e－= H2 ↑ K+ a→b 原电池中先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失；注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。电解池中电极反应式的书写看阳极材料，如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写。 【解析】 【分析】

根据原电池原理，负极发生氧化反应；根据电解池原理，阴极发生还原反应，通过物质的化合价变化判断反应发生原理，阳离子移动方向与电子移动方向相同，据此回答问题。 【详解】

(1) 已知电池总反应为反应Ag＋＋Fe2＋=Ag＋Fe3＋，银离子化合价降低，得到电子，作正极，故石墨一侧仅为导电材料，作负极，甲溶液是含Fe2+的溶液，可以为FeSO4 或FeCl2溶液。证明反应能够发生，实际上即证明有Fe3+生成，实验操作及现象是分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色加深。

(2) 由图可知，电子从铁电极移到外侧，故铁电极失去电子，发生氧化反应，做负极。正极NO3-得到电子变为NH4+，NO3-＋8e－＋10H＋=NH4+＋3H2O；

(3)由题可知，HCl失去电子变为Cl2，发生氧化反应，做阳极。阴极区的电极反应式为Fe3+＋e－= Fe2+， 外侧Fe2+与氧气反应4Fe2++O2+4H+= 4Fe3++2H2O，电路中转移1 mol电子，需消耗氧气0.25mol，即5.6L(标准状况)。

(4)由图可知， 阴极溶液为KOH，根据阳离子放电顺序H+>K+，即电解时阴极的电极反应式

＋－

为2H＋2e= H2 ↑。阴极得到电子，阳离子向阴极移动，即电解过程中通过阳离子交换膜

的离子主要为K+，其迁移方向是a→b。

归纳电极反应式的书写方法：原电池中先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失；注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。电解池中电极反应式的书写看阳极材料，如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写。

2．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50 mL，一段时间后，产生5.6 mL(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GFI B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GFI B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↑

2mol 22.4L n（NaOH） 5.6×10L

-3

2?5.6?10?3n（NaOH）=mol=0.0005mol

22.4c(NaOH)=

n?NaOH?0.0005mol==0.01mol/L ?350?10VpH=-lg

c?OH??kw1?10?14=-lg=12

0.01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。

3．某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+，发现和探究过程如下。 L-1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有向硝酸酸化的0.05 mol·黑色固体，溶液呈黄色。 (1)检验产物

①取少量黑色固体，洗涤后，_______（填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。 ②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有_______________。 (2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是___________________（用离子方程式表示）。针对两种观点继续实验： ①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下： 序号 ⅰ ⅱ 取样时间/min 3 30 现象 产生大量白色沉淀；溶液呈红色 产生白色沉淀；较3 min时量少；溶液红色较3 min时加深 产生白色沉淀；较30 min时量少；溶液红色较30 min时变浅 ⅲ 120 (资料：Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN) ② 对Fe3+产生的原因作出如下假设：

假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；

假设b：空气中存在O2，由于________（用离子方程式表示），可产生Fe3+； 假设c：酸性溶液中NO3-具有氧化性，可产生Fe3+；

假设d：根据_______现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。

③ 下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。 实验Ⅰ：向硝酸酸化的________溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。 实验Ⅱ：装置如图。其中甲溶液是________，操作及现象是________________。