高考化学培优易错试卷(含解析)之化学能与电能含答案解析

高考化学培优易错试卷(含解析)之化学能与电能含答案解析

一、化学能与电能

1．钛工厂TiCl4烟尘中含有大量的ScCl3、MgCl2及SiO2小颗粒等物质，某研究所利用上述烟尘回收Sc2O3，并制备钛白粉(TiO2)，其工艺流程如下所示：

（1）酸浸过程中，HCl的作用是_______________________。 （2）已知Sc+3HTBP

3+

Sc(TBP)3+3H，则上述洗脱剂最好选择___________(选填“酸

+

性”、“碱性”或“中性”)溶液。在实验室模拟完成上述操作Ⅰ和操作Ⅱ所涉及的玻璃仪器有______________。

（3）草酸“沉钪”得到草酸钪的化学反应类型为____________________________。 （4）在空气中灼烧草酸钪即可得到氧化钪(Sc2O3)，其化学反应方程式为__________________________。

（5）“水相”的主要离子有TiOCl4、H、Cl及________，写出加入大量的水并加热发生的相关离子反应方程式__________________________。 （6）钛的冶炼新法是剑桥电解法（如右图）。

2-+

-

以含少量CaCl2的CaO熔融物作为介质，电解时。在阴极生成的Ca进一步还原TiO2得钛。写出阳极电极主要反应方程式：__________________________；利用中学所学知识可以预测CaCl2的作用包含增强导电性、___________；F=96500C/mol，当I=0.5A，通电80分钟，理论上获得Ti的质量为__________g（计算表达式）。

【答案】抑制TiOCl4的进一步水解（多答Mg、Sc水解亦给分） 酸性 分液漏斗、烧杯 复分解反应 3O2+2Sc2（C2O4）3H2O

+

-2--2-2+

3+

2Sc2O3+12CO2 Mg TiOCl4+（1+x）

2+2-

TiO2·xH2O+2H+4Cl 2O-4e=O2↑ 降低CaO的熔点

【解析】

(1)为了防止TiOCl42-、Mg2+、Se3+水解，酸浸过程中加入HCl可以，故答案为：抑制TiOCl42-的进一步水解； (2)根据Sc3++3HTBP

Sc(TBP)3+3H+，则上述洗脱剂最好选择酸性溶液洗涤，可以抑制Sc3+

与HTBP的反应；操作Ⅰ和操作Ⅱ为分液，所涉及的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯，故答案

为：酸性；分液漏斗、烧杯；

(3)ScCl3与草酸发生复分解反应生成草酸钪，故答案为：复分解反应；

(4)在空气中灼烧草酸钪即可得到氧化钪(Sc2O3)，同时草酸根离子被氧化生成二氧化碳，反应的化学反应方程式为3O2+2Sc2(C2O4)33O2+2Sc2(C2O4)3

2Sc2O3+12CO2；

2Sc2O3+12CO2，故答案为：

(5)根据流程图，钛工厂TiCl4烟尘中含有大量的ScCl3、MgCl2及SiO2小颗粒等物质，酸浸后，过滤除去了二氧化硅，再用有机溶剂萃取，“水相”中主要离子有TiOCl42-、H+、Cl- 及Mg2+，在水相中加入大量的水并加热促进TiOCl42-水解生成TiO2·xH2O，反应的离子方程式为TiOCl42-+(1+x)H2O+(1+x)H2O

TiO2·xH2O+2H++4Cl-，故答案为：Mg2+；TiOCl42-

TiO2·xH2O+2H++4Cl-；

(6)在阴极，氧化钙被还原生成Ca，被还原的Ca进一步还原TlO2获得钛，电极反应为Ca2++2e-=Ca、2Ca+TlO2=2CaO+Ti，阳极石墨上氧离子失去电子生成氧气，电极反应式为2O2--4e-=O2↑，电解质为混有氯化钙的熔融的氧化钙，加入氯化钙可以增强电解质的导电性，同时可以降低CaO的熔点，节约能量；电流强度为0.5A，电池工作80分钟，则电量为0.5A×80×60s=2400C，转移电子的物质的量==的熔点；

×48g/mol=

×48。

，生成Ti的质量

×48g，故答案为：2O2--4e-=O2↑；降低CaO

2．某兴趣小组利用电解装置，探究“铁作阳极”时发生反应的多样性，实验过程如下。 I.KCl作电解质

（1）一定电压下，按图-1装置电解，现象如下：

石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解。

5min后U型管下部出现灰绿色固体，之后铁电极附近也出现灰绿色固体，10min后断开K。按图-2进行实验。

①石墨电极上的电极反应式是________。

②确认灰绿色固体中含有Fe2+的实验现象是_______。

③灼烧晶体X，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色。结合平衡移动原理，解释“试管i中析出白色晶体”的原因是_______。

（2）其他条件不变时，用图-3装置重复实验，10min后铁电极附近溶液依然澄清，断开K。按图-4进行实验

①盐桥的作用是_______。

②与实验I中vi、vii与ii~v中的现象比较，可以得出的结论是（答两点）：_______。 II.KOH作电解质

（3）用图-1装置电解浓KOH溶液，观察到铁电极上立即有气体生成，附近溶液逐渐变为淡紫色（

），没有沉淀产生。

-①铁电极上OH能够放电的原因是______。

②阳极生成

的总电极反应式是______。

的必要条件是浓碱环境，将图-5中的实验方案补充完整，证实推

③某同学推测生成测成立。

______

【答案】 2H+ + 2e－= H2↑（或2H2O + 2e－ = 2OH－ + H2↑） 试管iii中生成蓝色沉淀，试管v中没有蓝色沉淀 试管i中存在溶解平衡：KCl（s）

－

K (aq)+ Cl(aq)，滴加12

－

+－

mol/L的盐酸， 增大c（Cl），平衡逆向移动，析出KCl晶体 阻碍OH向阳极迁移，避免灰绿色固体生成 本实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+ ，Fe2+在碱性条件下更容易

3+－－ － 2-被氧化为Fe c(OH)增大，反应速率加快（更容易放电） Fe －6e+ 8OH= FeO4 +4H2O

水；生成红褐色沉淀和无色气体

【解析】(1)①石墨电极为阴极，溶液中的氢离子放电生成氢气，电极反应式为2H+ + 2e－= H2↑(或2H2O + 2e－ = 2OH－ + H2↑)，故答案为：2H+ + 2e－= H2↑(或2H2O + 2e－ = 2OH－ + H2↑)；

②灰绿色固体用盐酸溶解后的溶液中加入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，灰绿色悬浊液过滤后的溶液中加入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生成，说明灰绿色悬浊液中含有Fe2+，故答案为：试管iii中生成蓝色沉淀，试管v中没有蓝色沉淀；

③灼烧晶体X，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色，说明含有钾元素，是因为试管i中存在溶解平衡：KCl(s)

K+

K+

(aq)+ Cl－(aq)，滴加12 mol/L的盐酸， 增大c(Cl－)，平衡逆向移

动，析出KCl晶体，白色晶体为氯化钾晶体，故答案为：试管i中存在溶解平衡：KCl(s)

(aq)+ Cl－(aq)，滴加12 mol/L的盐酸， 增大c(Cl－)，平衡逆向移动，析出KCl晶

体；

(2)①盐桥中的氯离子代替氢氧根离子向阳极移动，避免灰绿色固体生成，故答案为：阻碍OH－向阳极迁移，避免灰绿色固体生成；

②根据实验I中vi、vii与ii~v中的现象比较可知，①vii中加入铁氰化钾溶液后生成大量蓝色沉淀，说明在使用盐桥的实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+ ，vi中溶液在加入KSCN溶液后呈浅红色，说明Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为Fe3+，故答案为：本实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+ ；Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为Fe3+；

(3)①c(OH－)增大，反应速率加快，使得铁电极上OH-能够放电，故答案为：c(OH－)增大，反应速率加快(更容易放电)；

②阳极上生成的氧气能够将亚铁离子氧化生成FeO42-，反应的总电极反应式为Fe －6e－ + 8OH－ = FeO42- +4H2O，故答案为：Fe －6e－ + 8OH－ = FeO42- +4H2O；

③要推测生成FeO42-的必要条件是浓碱环境，只需要改变溶液的碱性，看是否仍然生成FeO42-即可，实验方案为：将淡紫色(FeO42-)溶液加入水中稀释，使溶液的碱性减弱，4FeO42-+10H2O?4Fe(OH)3↓+8OH-+3O2↑，看到生成红褐色沉淀和无色气体，即可说明生成FeO42-的必要条件是浓碱环境，故答案为：水；生成红褐色沉淀和无色气体。 点睛：本题以“铁作阳极”时发生反应的多样性探究实验考查了电解原理的应用。本题的难度中等，掌握铁及其化合物的性质和离子的检验是解题的关键。本题的易错点和难点为(3)③实验的设计，需要理解实验的目的并掌握高铁酸根离子的水解方程式。

3．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现反应条件不同，反应速率不同。请回答下列问题：

（1）在用稀硫酸与锌制氢的实验中，加入少量下列物质可加快氢气生成速率的是_____（填序号）

A．Na2SO4 溶液 B．MgSO4 溶液 C．SO3 D．CuSO4 溶液

（2）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的实验：将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的容器中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。

请完成此实验设计，其中：V1＝____ mL， V6＝______ mL。

该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析速率下降的主要原因__________ 。

（3）该同学为探究其它因素对锌与稀硫酸反应速率的影响，又做了以下实验，记录数据如下，回答下列问题：

①由实验可推知，反应物的总能量_______产物的总能量（填“＜”、 “＞” 或“＝”）。 ②实验2和5表明，______对反应速率有影响。

③实验4和5表明，______对反应速率有影响，能表明同一规律的实验还有 _________ （填实验序号）。

④本实验中影响反应速率的其他因素还有________。

【答案】 C D 30 10 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 ＞ 浓度 固体表面积 1和2 温度

【解析】（1）在用稀硫酸与锌制氢气的实验中，加入Na2SO4 溶液，减小了硫酸的浓度，使速率减小，故A错误；B、加入MgSO4 溶液，减小了硫酸的浓度，使速率减小，故B错误；C、通入SO3 相当于加入了硫酸，增大了硫酸的浓度，加快了化学反应速率；D、加入CuSO4 溶液，锌为活泼金属，发生Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，置换出铜，与锌形成原电池反应，化学反应速率加快；故选CD；

（2）研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响要求硫酸的量不变，所以V1=30，分析可以看出为了消除硫酸的物质的量浓度不同引起的误差，所以加入的硫酸铜和水的体积和要求一