高考化学冲刺专题综合练习 专题03 电化学冲刺问题的综合探究.docx
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高考化学冲刺专题综合练习专题03电化学冲刺问题的综合探究
专题03电化学冲刺问题的综合探究
1.Ⅰ.(8分)利用下图装置作电解50mL0.5mol·L-1的CuCl2溶液实验。
实验记录:
A.阳极上有黄绿色气体产生,该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示:
Cl2氧化性大于
IO3-);
B.电解一段时间以后,阴极表面除有铜吸附外,还出现了少量气泡和浅蓝色固体。
(1)分析实验记录A中试纸颜色变化,用离子方程式解释:
①;
②。
(2)分析实验记录B中浅蓝色固体可能是(写化学式),试分析生成该物质的原因。
Ⅱ.(10分)A、B、C、D、E、F六种元素的原子序数依次递增,A+核外无电子,B元素的一种单质是自然界中最硬的物质,C、D、E的简单离子具有相同的核外电子排布,舍勒是D元素单质的发现者之一,戴维最早制得了E元素的单质,F元素的单质历史上曾作为流通货币,A、C、D、F四种元素形成的化合物W可用于制镜工业。
(1)D、E两元素通常可形成两种离子化合物,其中一种化合物X可用做供氧剂,X与A2D反应
会产生大量气体,该气体能使带火星的木条复燃。
请写出X与A2D反应的化学方程式
。
(2)A、B、D、E四种元素形成的某化合物,摩尔质量为68g·mol-1,请用离子方程式解释其水溶液呈碱性的原因。
(3)B、C的氧化物是汽车尾气中的主要有害物质,通过钯碳催化剂,两者能反应生成无毒物质,请写出该反应的化学方程式。
(4)W的水溶液久置会析出一种沉淀物Z,Z由C、F两元素形成且两元素原子个数比为1:
3,Z极易爆炸分解生成两种单质。
请写出Z分解的化学方程式。
请从化学反应原理的角度解释Z能发生分解反应的原因。
【答案】Ⅰ.
(1)①Cl2+2I−==I2+2Cl−
②5Cl2+I2+6H2O==2IO3−+10Cl−+12H+
(2)CuCl2Cu(OH)2(2分)
电解较长时间后,Cu2+浓度下降,H+开始放电,溶液pH增大,Cu2+转化为Cu(OH)2(2分)
Ⅱ.
(1)2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑(2分)
(2)HCOO−+H2O
HCOOH+OH-(2分)
(3)2NO+2CO=N2+2CO2或者2NO2+4CO=N2+4CO2(2分)
(4)2Ag3N=6Ag+N2↑(2分)该分解反应熵增、放热(2分,注:
反应物不稳定、产物稳定,所以反应放热。
此空答出熵增就给满分)
【解析】
试题分析:
Ⅰ.
(1)阳极上产生的黄绿色气体是氯气,氯气把I−氧化为I2而使湿润的淀粉碘化钾显蓝色,
反应的离子方程式为Cl2+2I−==I2+2Cl−,又因为Cl2氧化性大于IO3-,所以Cl2可以再进一步把I2氧化为
IO3-,其反应的离子方程式为5Cl2+I2+6H2O==2IO3−+10Cl−+12H+。
(2)B中的浅蓝色沉淀可能为Cu(OH)2,生成该沉淀的可能原因是:
电解较长时间后,Cu2+浓度下降H+开始放电,溶液pH增大,Cu2+转化为Cu(OH)2。
Ⅱ.A+核外无电子,则A为氢元素,B元素的一种单质是自然界中最硬的物质,则B为碳元素,A、C、D、F四种元素形成的化合物W可用于制镜工业,则W应为Ag(NH3)2OH,F元素的单质历史上曾作为流通货币,C、D、F六种元素的原子序数依次递增,可推知C、D、F分别为氮、氧和银元素。
又因为E离子的核外电子排布与氧
离子相同,且其单质由戴维最早制得,则E为钠元素。
故A、B、C、D、E、F分别为H、C、N、O、Na、Ag六种元素。
(1)氧、钠形成的化合物与A2D(H2O)反应生成的气体能使带火星的木条复燃,说明有氧气生成,说明该项钠的氧化物为过氧化钠,其化学方程式为2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑
(2)氢、碳、氧、钠形成的化合物,其摩尔质量为68g·mol-1,该化合物应为甲酸钠,即HCOONa,其水溶液显碱性是由于HCOO−水解造成,其离子方程式为HCOO−+H2O
HCOOH+OH-
(3)汽车尾气中所含C、N的氧化物为CO、NO或NO2,在催化剂作用下,两者发生反应生成无毒物质的化学方程式为2NO+2CO=N2+2CO2或者2NO2+4CO=N2+4CO2
(4)由题意知,Z为氮化银Ag3N,其分解的化学方程式为2Ag3N=6Ag+N2↑。
从熵变来看,该反应由固体生成气体,是一个熵增的反应;从焓变来看,Ag3N极易分解说明不稳定,能量高,而生成物很稳定,能量低,即该反应为放热反应,焓变小于0。
ΔS>0,ΔH<0,故该反应任何温度下都能自发进行。
考点:
考查电解原理及其应用、氧化还原反应方程式的书写、元素和物质推断,考查分析和解决实际化学
问题的能力。
2.(12分)如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中
X为阳离子交换膜。
请按要求回答相关问题:
(1)甲烷燃料电池负极反应式是;
(2)石墨(C)极的电极反应式为;
(3)若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L,丙装置中阴极析出铜的质量为________g;
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图所示)。
若用于制漂白液,a为电池的________极,电解质溶液最好用________;若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠作电解质溶液,阳极选用________作电极。
【答案】(12分)
(1)CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;(3分)
(2)2Cl--2e-=Cl2↑;(2分)(3)4.48L,(2分)12.8g;(2分)
(4)负(1分)饱和氯化钠溶液或食盐水(1分)铁(1分)
【解析】
试题分析:
燃料电池中,投放燃料的电极是负极,投放氧化剂的电极是正极。
(1)燃料电池中,负极上投放燃料,所以投放甲烷的电极是负极,负极上失电子发生氧化反应,电极
反应式为:
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
(2)甲中投放氧化剂的电极是正极,所以乙装置中石墨电极是阳极,阳极上氯离子失电子发生氧化反
应,电极反应式为:
2Cl--2e-=Cl2↑;
(3)串联电池中转移电子数相等,若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,氧气的物质的量是2.24L
÷22.4L/mol÷0.1mol,则则转移电子的物质的量=0.1mol×4=0.4mol,乙装置中铁电极上氢离子放
电生成氢气,设生成氢气的体积为xL;丙装置中阴极上析出铜,设析出铜的质量为yg,
则2H++2e-=H2↑
2mol22.4L
0.4molxL
解得x=4.48
Cu2++2e-=Cu
2mol64g
0.4molyg
解得y=12.8
(4)电解饱和食盐水时,阴极上析出氢气,阳极上析出氯气,氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠,次
氯酸钠是漂白液的有效成分,B电极上生成氯气,氯气的密度小于溶液的密度,所以生成的氯气上升,
能和氢氧化钠溶液充分的接反应生成次氯酸钠,所以A极上析出氢气,即A极是阴极,所以a为电池
负极;若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠做电解质溶液,阴极上氢离子放电生成氢气,如果阳极是惰性
电极,阳极上氢氧根离子放电生成氧气得不到氢氧化亚铁,所以阳极上应该是铁失电子生成亚铁离子,
亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁。
考点:
考查原电池和电解池原理
及物质的量的有关计算
3.(12分)在右图均用石墨作电极的电解池中,甲池中为500mL含某一溶质的蓝色溶液,乙池中为500mL
稀硫酸,闭合K1,断开K2进行电解,观察到A电极表面有红色的固态物质生成,B电极有无色气体生成;
当溶液中的原有溶质完全电解后,立即停止电解,取出A电极,洗涤、干燥、称量,电极质量增重1.6g。
请回答下列问题:
(1)电解过程中,乙池C电极发生反应的电极反应式。
(2)甲池电解时反应的离子方程式。
(3)甲池电解后溶液的pH=,要使电解后溶液恢复到电解前的状态,则需加入,
其质量为g。
(假设电解前后溶液的体积不变)
(4)电解后若再将K1断开,闭合K2,电流计指针发生偏转,则D电极发生反应的电极反应式。
【答案】
(1)2H++2e—=H2↑
(2)2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
(3)1;CuO;2;(4)O2+4e—+4H+=2H2O。
【解析】
试题分析:
(1)甲池为CuSO4溶液,闭合K1,观察到A电极表面有红色的固态物质生成,说明A电极为阴
极,发生反应:
C
u2++2e-=Cu;B为阳极,发生反应:
4OH--4e-=2H2O+O2↑;B电极有无色气体O2生成;则
p为负极,q为正极,则C为阴极;D为阳极。
在乙池C电极发生还原反应,电极反应式是:
2H++2e—=H2↑;
在D电极发生反应:
4OH---4e-=O2↑+2H2O;
(2)根据
(1)分析及电极反应式可知:
甲池电极的总反应方程
式是:
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+;(3)当溶液中的原有溶质完全电解后,立即停止电解,取出A
电极,洗涤、干燥、称量,电极质量增重1.6g。
n(Cu)=1.6g÷64g/mol=0.025mol,
n(H+)=2n(Cu)=0.025mol×2=0.05mol,所以c(H+)=0.05mol÷0.5L=0.1mol/L,因此pH=1;由于从两个电极分别
产生了Cu、O2,所以要使电解后溶液恢复到电解前的状态,则需加入CuO;n(CuO)=0.025mol,则m(CuO)=
0.025mol×80g/mol=2g。
(4)电解后若再将K1断开,闭合K2,乙池形成的是氢氧燃料电池,电流计指针发
生偏转,则D电极是原电池的正极,发生反应的电极反应式是O2+4e—+4H+=2H2O。
C电极发生反应是:
H2-2e-=2H+。
考点:
考查原电池、电解质的反应原理及应用的知识。
4.(16分)甲醇又称“木醇”,是无色有酒精气味易挥发的有毒液体。
甲醇是重要的化学工业基础原料和液
体燃料,可用于制造甲醛和农药,并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。
(1)工业上可利用CO2和H2生产甲醇,方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(l)+H2O(g)△H=Q1kJ·mol-1
又查资料得知:
①CH3OH(l)+1/2O2(g)
CO2(g)+2H2(g)△H=Q2kJ·mol-1
②H2O(g)=H2O(l)△H=Q3kJ·mol-1,则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为。
(2)工业上可用CO和H2O(g)来合成CO2和H2,再利用⑴中反应原理合成甲醇。
某温度下,将1molCO和1.5molH2O充入10L固定密闭容器中进行化学反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△H>0,当反应进行到10min时达到平衡,此时测得H2为0.6mol。
回答下列问题:
①0~10min内H2O(g)的平均反应速率为。
②若想加快正反应速率的同时提高CO的转化率,可以采用的方法是。
a.升高温度b.缩小容器的体积
c.增大H2O(g)的浓度d.加入适当的催化剂
③若保持温度容积不变再向其中充入1molCO和0.5molH2O(g),重新达到化学平衡状态时,此时平衡混合气体中H2的体积分数为。
(3)甲醇燃料电池是符合绿色化学理念的新型燃料电池,下图是以甲醇燃料电池(甲池)为电源的电解装置。
已知:
A、B、C、D、E、F都是惰性电极,丙中为0.1mol/LCuSO4溶液(假设反应前后溶液体积不变),当向甲池通入气体a和b时,D极附近呈红色。
回答下列问题:
①a物质是,A电极的电极反应式为。
②乙装置中的总化学反应方程式为。
③当乙装置中C电极收集到224mL(标况下)气体时,丙中溶液的pH=。
【答案】
(1)CH3OH(l)+3/2O2(g)==CO2(g)+2H
2O(l
)ΔH=(2Q1+3Q2+2Q3)kJ•mol-1;
(2)①6×10-3mol·L-1·min-1;②ac;③25%;
(3)①CH3OH;CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;②2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑;③1。
【解析】
试题分析:
(1)CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(l)+H2O(g)△H=Q1kJ·mol-1①,CH3OH(l)+1/2
O2(g)
CO2(g)+2H2(g)△H=Q2kJ·mol-1②,H2O(g)=H2O(l)△H=Q3kJ·mol-1③,燃烧热:
1mol
可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量,甲醇的燃烧热方程式①×2+②×3+③×2得出:
CH3OH(l)+3/2
O2(g)==CO2(g)+2H2O(l)ΔH=(2Q1+3Q2+2Q3)kJ•mol-1;
(2)①v(H2)=0.6/(10×10)mol/(L·min)=6×10-3mol/(L·min),根据化学反应速率之比等于化学计量数之比,v(H2O)=v(H2)=6×10-3mol/(L·min);②a、此反应是吸热反应,升高温度加快反应速率,平衡向正反应方向移动,正确;b、缩小容器的体积,相当增大压强,增大压强反应速率加快,因为反应前后气体系数之和相等,增大压强平衡不移动,错误;c、增大水蒸气的浓度,增大了反应物的浓度,反应速率加快,平衡向正反应方向移动,正确;d、加入催化剂只加快反应速率,不改变化学平衡,错误,因此选项ac正确;③
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
起始量:
11.500
变化量:
0.60.60.60.6K=[c(CO2)·c(H2)]/[c(H2O)·c(CO)]=1
平衡量;0.40.90.60.6
在充入1molCO和0.5molH2O(g),相当开始时充入2molCO和2molH2O(g),
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
起始量:
2200
变化量:
xxxxK=[c(CO2)·c(H2)]/[c(H2O)·c(CO)]=1
平衡量;2-x2-xxx解得x=1
氢气的体积分数=1/4×100%=25%;
(3)①
D极附近呈现红色,说明产生了OH-,即电极反应式:
2H2O+2e-=H2↑+2OH-根据电解池的工作原理,此极为阴极,A为电源的负极,则a为CH3OH,电源负极失电子化合价升高,此电池是燃料电池,且是碱性溶液,则电极反应式:
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O,另一极为O2+2H2O+4e-=4OH-;②电解饱和食盐水,因为电极都是惰性材料,总化学反应方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑;③C极反应式:
2Cl--2e-=Cl2↑,收集到224mL气体,整个电路通过电子的物质的量为0.02mol,丙中阳极:
2H2O-4e-=4H++O2↑,阴极:
Cu2++2e-=Cu,溶液中c(H+)=0.02/(200×10-3)mol·L-1,pH=1。
考点:
考查反应热、燃烧热、化学反应速率、影响平衡移动的因素、平衡常数的计算、电极反应式的书写
等知识。
5.(共14分)
(1)美国麻省理工学院(MIT)近年来设计出镁锑液态金属电池,其工作原理如图所示,负极
金属失去电子,并通过外电路做功,而负极金属离子化后通过熔盐迁移到正极并与正极金属合金化;充电
则执行相反的过程。
写出电池放电时的正极反应式为。
(2)我国锑的蕴藏量占世界第一位,辉锑矿(Sb2S3)是其主要矿物。
某冶金课题组进行三氯化锑水溶液的电解研究,然后利用电解过程中阳极生成的五氯化锑作为浸出剂,对辉锑矿进行酸性浸出;从而实现浸出-电解的闭路循环,解决了传统炼锑过程中“工业三废”排放量大的问题。
流程如图:
①写出锑元素在周期表中的位置。
②“工业三废”指的是。
③电解过程中阳极主要是Sb3+被氧化成Sb5+。
请写出阴极的电极反应式。
④根据流程图写出“浸出”步骤发生反应的化学方程式。
⑤已知浸出液中除Sb3+外,还有Cu2+、Pb2+等重金属离子,其中c(Cu2+)=1.6×10-3mol·L-1,向浸出液中加入硫化钠至溶液中的Cu2+刚好完全沉淀,则c(S2-)=。
(已知Ksp(CuS)=8×10-45Ksp(PbS)=3.4×10-28)
⑥还原除砷的原理是:
在大于4mol·L-1的HCl溶液中,以次磷酸钠(Na3PO2)做还原剂,保持微沸温度,使AsCl3被还原为棕色单质砷沉淀,请配平该反应的化学方程式:
AsCl3+Na3PO2+HCl+H2O=As↓+H3PO3+NaCl
【答案】(14分)
(1)Mg2++2e-=Mg(2分)
(2)①第五周期第VA族(2分);②废气、废水(废液)、废渣(2分)
③Sb3++3e-=Sb(2分);④Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S(2分)
⑤8×10-40
(2分);⑥2AsCl3+3Na3PO2+3HCl+3H2O=2As↓+3H3PO3+9NaCl(2分)。
【解析】
试题分析:
(1)根据图示可知,在负极Mg失去电子,被氧化,发生氧化反应,电极反应式是:
Mg-2e-=Mg2+,
在正极,Mg2+得到电子,被还原,发生还原反应,电池放电时的正极反应式为Mg2++2e-=Mg;
(2)①写出
锑元素在周期表中的位置是第五周期第VA族;②“工业三废”指的是废气、废水(废液)、废渣;③电解过
程中阳极主要是Sb3+被氧化成Sb5+。
在阴极的电极反应式是:
Sb3++3e-=Sb;④根据流程图可知:
在“浸出”
步骤发生反应的化学方程式是Sb2S3+3SbCl5=5SbCl3+3S;⑤已知浸出液中除Sb3+外,还有Cu2+、Pb2+等重
金属离子,其中c(Cu2+)=1.6×10-3mol·L-1,向浸出液中加入硫化钠至溶液中的Cu2+刚好完全沉淀,则此时
c(Cu2+)=1.0×10-5mol/L,c(S2-)=8×
10-45÷1.0×10-5=8×10-40mol/L。
⑥根据电子守恒和原子守恒可得,反应
的化学方程式是:
2AsCl3+3Na3PO2+3HCl+3H2O=2As↓+3H3PO3+9NaCl。
考点:
考查原电池的反应原理、元素的位置、沉淀溶解平衡常数的应用、化学反应方程式的书写的知识。
6.(16分)某粗铜含铁、银、金和铂等杂质,通过电解精炼铜后,为充分利用电解后的阳极泥和电解液,
设计如下工艺流程:
回答下列问题:
(1)电解时,以粗铜作______极,______________为电解液,写出阴极的电极反应式______________。
(2)电解后溶液中含有的主要金属阳离子为________________;溶液A是一种绿色氧化剂,则反应①的离子方程式为___________________________________________。
(3)加入的试剂B最好选用___________(填序号)
A.CuB.CuOC.NaOHD.氨水
(4)写出反应③的离子方程式______________________________________________________
(5)若反应②析出10.8kg银单质,则至少需要乙醛_________kg。
【答案】
(1)阳(1分)CuSO4溶液(1分)Cu2++2e-=Cu(2分)
(2)Cu2+、Fe2+(2分)
2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O(2分)
(3)B(2分)(4)2AuCl4-+3SO2+6H2O=2Au+8Cl-+3SO42-+12H+(3分)(5)2.2(3分)
考点:
铜的精炼、离子方程式的书写、化工流程题的解题方法。
7.(17分)铜在工农业生产中有着广泛的用途。
(1)配制CuSO4溶液时需加入少量稀H2SO4,其原因是(只写离子方程式)。
(2)某同学利用制得的CuSO4溶液,进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe+CuSO4=Cu+FeSO4设计成铁铜原电池,请图甲中的横线上完成标注。
②图乙中,I是甲烷燃料电池的示意图,该同学想在II中实现铁上镀铜,则应在a处通入(填“CH4”或“O2”),b处电极上发生的电极反应式为==4OH-;
若把II中电极均换为惰性电极,电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL,当阳极产生的气体为448mL(标准状况下)时,溶液的pH=(假设溶液体积变化忽略不计)。
(3)电池生产工业废水中常含有毒的Cu2+等重金属离子,常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下Ksp(FeS)=6.3×10-18mol2·L-2,Ksp(CuS)=1.3×10-36mol2·L-2]。
请结合离子方程式说明上述除杂的原理:
当把FeS加入工业废水中后,直至FeS全部
转化为CuS沉淀,从而除去溶液中Cu2+。
【答案】
(1)Cu2++2H2O
Cu(OH)2+2H+
(2)①(见图)
②CH4O2+4e-+2H2O13
(3)存在溶解平衡:
FeS(s)
Fe2+(aq)+S2-(aq),其中的Cu2+与S2-生成了溶度积更小的CuS沉淀,使得上述溶解平衡继续向右移动。
[或用平衡FeS(s)+Cu2+(aq)=CuS(s)+Fe2+(aq)解释]
【解析】
试题分析:
(1)加入稀硫酸是为了抑制Cu2+的水解;
(2)图乙在Fe上
镀铜,所以Fe作阴极,则连接
的为
燃料电池的负极,应通入CH4,b极通入O2发生还原反应:
O2+4e-+2H2O=4OH-;电解池中均为惰性电极时,
阳极的电极反应式为:
2Cl--2e-=Cl2↑,阴极反应式为:
2H++2e-=H2↑.由电极反应式计算消耗的H+为
0.04mol,则生成的OH-为0.04mol,c(OH-)=0.1mol/L,则c(H+)=10-13mol/L,pH=13;(3)应用了难溶
电解质的沉淀溶解平衡,溶液中存在溶解平衡:
FeS(s)
Fe2+(aq)+S2-(aq),Cu2+与S2-反应可生成溶度
积更小的CuS沉淀,使得上述溶解平衡继续向右移动。
考点:
盐类水解、原电池原理及计算、难溶电解质的沉淀溶解平衡。
8.(16分)
(1)甲醇可作为燃料电池的原料。
以CH4和H2O为原料,通过下列反应来制备甲醇。
I:
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.0kJ·mol-1
II:
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-129.0kJ·mol-1
CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH(g)和H2(g)的△H=。
(2)将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为10L的反应器,在一定条件下发生反应I,测得在一定压强下CH4的转化率与温度的关系如图。
假设100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示该反应的平均反应速率为mol·L-1·min-1。
(3)在某温度和压强下,将一定量
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