2020-2021高考化学化学能与电能(大题培优易错试卷)及答案解析

2020-2021高考化学化学能与电能(大题培优易错试卷)及答案解析

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．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．某课外小组分别用图中所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。

请回答：

Ⅰ.用甲图装置进行第一组实验。

（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu作电极的是________(填序号)。 A．铝 B．石墨 C．银 D．铂

（2）N极为_______（填 “正” “负” “阴” “阳”）电极，发生反应的电极反应式为__________。

（3）实验过程中，SO42－________(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动；滤纸上能观察到的现象有_____。

Ⅱ.用乙图装置进行第二组实验。实验过程中，观察到与第一组实验不同的现象：两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清。查阅资料得知，高铁酸根离子(FeO)在溶液中呈紫红色，且需碱性环境才可产生。 （4）电解过程中，X极区溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

（5）电解过程中，Y极发生的电极反应为_______________和____________________。 （6）若在X极收集到672 mL气体，在Y极收集到168 mL气体(均已折算为标准状况时气体体积)，则Y电极(铁电极)质量减少________g。

（7）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为

2K2FeO4＋3Zn===Fe2O3＋ZnO＋2K2ZnO2。该电池正极发生的反应的电极反应式为__________________________________。

【答案】A 阴 2H＋＋2e－=H2↑(或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－) 从右向左 滤纸上有红褐色斑点产生(答出“红褐色斑点”或“红褐色沉淀”即可) 增大 Fe－6e－＋8OH－=FeO42－＋4H2O 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 0.28 2FeO42－＋6e－＋5H2O=Fe2O3＋10OH－ 【解析】

(1)在保证电极反应不变的情况下，仍然是锌作负极，则正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属，铝是比锌活泼的金属，所以不能代替铜，故选A；

(2)N电极连接原电池负极，所以是电解池阴极，阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为：2H++2e-═H2↑(或2H2O+2e-═H2↑+2OH-)，故答案为2H++2e-═H2↑(或2H2O+2e-═H2↑+2OH-)；

(3)原电池放电时，阴离子向负极移动，所以硫酸根从右向左移动，电解池中，阴极上氢离子得电子生成氢气，阳极上铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧

化亚铁，氢氧化亚铁被氧气氧化生成氢氧化铁，所以滤纸上有红褐色斑点产生，故答案为从右向左，滤纸上有红褐色斑点产生；

(4)电解过程中，阴极上氢离子放电生成氢气，则阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子溶液，溶液呈碱性，溶液的pH增大，故答案为：增大；

(5)铁是活泼金属，电解池工作时，阳极上铁失电子发生氧化反应，氢氧根离子失电子发生氧化反应，所以发生的电极反应式为：Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O和4OH--4e-═2H2O+O2↑，故答案为Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O；4OH--4e-═2H2O+O2↑；

(6)X电极上析出的是氢气，Y电极上析出的是氧气，且Y电极失电子进入溶液，设铁质量减少为xg，根据转移电子数相等有：

0.672L0.168Lxg×2＝×4+×6，x=0.28，故答案为0.28g；

22.4L/mol22.4L/mol56g/mol(7)正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应，反应方程式为2FeO42-+6e-+5H2O═Fe2O3+10OH-，故答案为2FeO42-+6e-+5H2O═Fe2O3+10OH-。

点睛：本题考查了原电池和电解池原理，注意：电解池中如果活泼金属作阳极，则电解池工作时阳极材料失电子发生氧化反应，为易错点。

4．MnSO4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 开始沉淀时的pH Fe2+ 7.6 Fe3+ 2.7 Al3+ 3.8 Mn2+ 8.3 Pb2+ 8.0