高考化学化学能与电能大题培优及答案解析Word格式.docx
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(5)为探究实验4中溶液呈现棕褐色的原因,分别取白色CuCl固体进行以下实验:
实验操作
i
加入浓NaCl溶液
沉淀溶解,形成无色溶液
ii
加入饱和AlCl3溶液
沉淀溶解,形成褐色溶液
iii
向i所得溶液中加入2mol·
L-1CuCl2溶液
溶液由无色变为褐色
查阅资料知:
CuCl难溶于水,能溶解在Cl-浓度较大的溶液中,生成[CuCl2]-络离子,用水稀释含[CuCl2]-的溶液时会重新析出CuCl沉淀。
①由上述实验及资料可推断,实验4中溶液呈棕褐色的原因可能是[CuCl2]-与_________作用的结果。
②为确证实验4所得的棕褐色溶液中含有[CuCl2]-,应补充的实验是_________。
(6)上述实验说明,铝和CuSO4溶液、CuCl2溶液的反应现象与_________有关。
【答案】3Cu2++2Al
2Al3++3Cu0.117证明增大CuSO4溶液的浓度能够使Al和CuSO4的反应发生金属铜电流计指针偏转,两极均有白色沉淀生成Al3+、Cu2+取适量实验4的棕褐色溶液,加水稀释,观察是否出现白色沉淀铜盐中阴离子的种类、铜盐溶液的浓度等
【解析】
(1)实验1中,铝与氯化铜反应置换出铜,反应的离子方程式为3Cu2++2Al=2Al3++3Cu,故答案为3Cu2++2Al=2Al3++3Cu;
(2)实验1中n(Cl-)=0.005L×
L-1×
2=0.002mol,实验2的目的是证明铜盐中的阴离子Cl-是导致实验1中反应迅速发生的原因,实验2中加入NaCl固体的质量为0.002mol×
58.5g/mol=0.117g,故答案为0.117;
(3)实验3与原实验相比,增大了硫酸铜溶液的浓度,铝条表面有少量气泡产生,并有少量红色固体,说明增大CuSO4溶液的浓度能够使Al和CuSO4的反应发生,故答案为证明增大CuSO4溶液的浓度能够使Al和CuSO4的反应发生;
(4)①Cu+CuCl2=2CuCl反应中铜被氧化,铜应该做负极,CuCl2被还原,在正极放电,因此A极为负极,选用铜作负极,故答案为铜;
②构成原电池后,铜溶解进入溶液,与溶液中的氯离子反应生成白色沉淀,正极铜离子被还原,也生成白色沉淀,电流计指针偏转,故答案为电流计指针偏转,两极均有白色沉淀生成;
(5)①由上述实验ii及资料可推断,实验4中溶液呈棕褐色的原因可能是[CuCl2]-与Al3+、Cu2+作用的结果,故答案为Al3+、Cu2+;
②根据信息知,取适量实验4的棕褐色溶液,加水稀释,观察是否出现白色沉淀可以确证实验4所得的棕褐色溶液中含有[CuCl2]-,故答案为取适量实验4的棕褐色溶液,加水稀释,观察是否出现白色沉淀;
(6)根据实验1和2、2和3、1和4中所用试剂的种类和浓度以及实验现象可知,铝和CuSO4溶液、CuCl2溶液的反应现象与铜盐中阴离子的种类、铜盐溶液的浓度等有关,故答案为铜盐中阴离子的种类、铜盐溶液的浓度等。
2.《我在故宫修文物》这部纪录片里关于古代青铜器的修复引起了某研学小组的兴趣。
“修旧如旧”是文物保护的主旨。
(1)查阅高中教材得知铜锈为Cu2(OH)2CO3,俗称铜绿,可溶于酸。
铜绿在一定程度上可以提升青铜器的艺术价值。
参与形成铜绿的物质有Cu和_______。
(2)继续查阅中国知网,了解到铜锈的成分非常复杂,主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。
考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈,结构如图所示:
Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分别属于无害锈和有害锈,请解释原因_____________。
(3)文献显示有害锈的形成过程中会产生CuCl(白色不溶于水的固体),请结合下图回答:
①过程Ⅰ的正极反应物是___________。
②过程Ⅰ负极的电极反应式是_____________。
(4)青铜器的修复有以下三种方法:
ⅰ.柠檬酸浸法:
将腐蚀文物直接放在2%-3%的柠檬酸溶液中浸泡除锈;
ⅱ.碳酸钠法:
将腐蚀文物置于含Na2CO3的缓冲溶液中浸泡,使CuCl转化为难溶的Cu2(OH)2CO3;
ⅲ.BTA保护法:
请回答下列问题:
①写出碳酸钠法的离子方程式___________________。
②三种方法中,BTA保护法应用最为普遍,分析其可能的优点有___________。
A.在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜
B.替换出锈层中的Cl-,能够高效的除去有害锈
C.和酸浸法相比,不破坏无害锈,可以保护青铜器的艺术价值,做到“修旧如旧”
【答案】O2、H2O、CO2碱式碳酸铜为致密结构,可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜;
而碱式氯化铜为疏松结构,潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀氧气(H2O)Cu-e-+Cl-=CuCl4CuCl+O2+2H2O+2CO32-=2Cu2(OH)2CO3+4Cl-ABC
【分析】
(1)由质量守恒定律可知,反应前后元素种类不变;
(2)结合图像可知,Cu2(OH)2CO3为致密结构,Cu2(OH)3Cl为疏松结构;
(3)正极得电子发生还原反应,过程Ⅰ的正极反应物是氧气,Cu作负极;
(4)在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜;
替换出锈层中的Cl-,能够高效的除去有害锈;
BTA保护法不破坏无害锈。
【详解】
(1)铜锈为Cu2(OH)2CO3,由质量守恒定律可知,反应前后元素种类不变,参与形成铜绿的物质有Cu和O2、H2O、CO2;
(2)结合图像可知,Cu2(OH)2CO3为致密结构,可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜,属于无害锈。
Cu2(OH)3Cl为疏松结构,潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀,属于有害锈;
(3)①结合图像可知,正极得电子发生还原反应,过程Ⅰ的正极反应物是氧气,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-;
②结合图像可知,过程Ⅰ中Cu作负极,电极反应式是Cu-e-+Cl-=CuCl;
(4)①碳酸钠法中,Na2CO3的缓冲溶液使CuCl转化为难溶的Cu2(OH)2CO3,离子方程式为4CuCl+O2+2H2O+2CO32-=2Cu2(OH)2CO3+4Cl-;
②A.在青铜器表面形成一层致密的透明保护膜,能保护内部金属铜,这能使BTA保护法应用更为普遍,故A正确;
B.Cu2(OH)3Cl为疏松结构,潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀,属于有害锈。
替换出锈层中的Cl-,能够高效的除去有害锈,这能使BTA保护法应用更为普遍,故B正确;
C.酸浸法会破坏无害锈Cu2(OH)2CO3,BTA保护法不破坏无害锈,可以保护青铜器的艺术价值,做到“修旧如旧”,这能使BTA保护法应用更为普遍,故C正确;
答案选ABC。
3.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6mL)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50mL,一段时间后,产生5.6mL(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GFIB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
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。
(1)根据以上分析可知:
A接GFI,B接DEC;
答案:
A接GFIB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;
2Cl--2e-=Cl2↑;
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;
淀粉KI溶液变蓝
(4)2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
2mol22.4L
n(NaOH)5.6×
10-3L
n(NaOH)=
mol=0.0005mol
c(NaOH)=
=
=0.01mol/L
pH=-lg
=-lg
=12
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。
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。
4.某同学设计了甲烷燃料电池并探究某些工业电解原理(如图所示),其中乙装置为探究氯碱工业原理(X为阳离子交换膜,C为石墨电极),丙装置为探究粗铜精炼原理。
(1)从a口通入的气体为_______。
(2)B电极的电极材料是________。
(3)写出甲中通甲烷一极的电极反应式:
________________________________。
(4)写出乙中发生的总反应的离子方程式为________________________________。
【答案】氧气粗铜CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
乙装置为探究氯碱工业原理,说明铁电极为阴极,则b为电源的负极,即通入甲烷,a为电源的正极,通入氧气。
丙为电解精炼铜,则A为精铜,B为粗铜。
(1)根据分析a极通入的为氧气;
(2)B连接电源的正极,是电解池的阳极,应为粗铜;
(3)根据电解质溶液为氢氧化钾分析,甲烷失去电子生成碳酸根离子,电极反应为CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O;
(4)乙为电解氯化钠溶液,电解反应方程式为2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-。
掌握电解池的工作原理。
若阳极为活性电极,即是除了铂金以外的其它金属时,金属放电,不是溶液中的阴离子放电。
阴极为溶液中的阳离子放电。
掌握燃料电池的电极的书写。
注意电解质的酸碱性。
5.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672mL气体,在Y极收集到168mL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-+4H2O4OH--4e-=2H2O+O2↑0.282FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-
(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:
×
2=
4+
6,x=0.28,故答案为0.28g;
(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。
6.盐酸、硫酸和硝酸是中学阶段常见的“三大酸”,请就“三大酸”的性质,回答下列问题:
⑴稀盐酸与铜不反应,但向稀盐酸中加入H2O2后,则可使铜溶解。
该反应的化学方程式为________________________________________________________。
某同学未加入氧化剂,而是设计了一个实验装置,也能使铜很快溶于稀盐酸.请在下面的方框中画出该装置:
⑵某课外活动小组设计了以下实验方案验证Cu与浓硝酸反应的过程中可能产生NO。
其实验流程图如下:
①若要测定NO的体积,从上图所示的装置中,你认为应选用_______装置进行Cu与浓硝酸反应实验,选用的理由是____________________________________。
②选用如上图所示仪器组合一套可用来测定生成NO体积的装置,其合理的连接顺序是
__________________(填各导管口编号)。
③在测定NO的体积时,若量筒中水的液面比集气瓶的液面要低,此时应将量筒的位置_______(“下降”或“升高”),以保证量筒中的液面与集气瓶中的液面持平。
⑶工业制硫酸时,硫铁矿(FeS2)高温下空气氧化产生二氧化硫:
4FeS2+11O2→8SO2+2Fe2O3,设空气中N2、O2的含量分别为0.800和0.200(体积分数),4.8tFeS2完全制成硫酸,需要空气的体积(标准状况)为_______L。
【答案】Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O
A因为A装置可以通N2将装置中的空气排尽,防止NO被空气中O2氧化1235471.68
107
(1)双氧水具有氧化性,在酸性环境下能将金属铜氧化,化学方程式为:
Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O,用电解原理实现铜和盐酸的反应,根据电解原理阳极必须是金属铜,电解质必须是稀盐酸,作图:
以铜为阳极,以盐酸为电解质溶液的电解池装置为:
因此,本题正确答案是:
Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O;
;
(2)①一氧化氮不溶于水,易被氧气氧化;
实验方案验证Cu与浓硝酸反应的过程中可能产生NO,装置中不含氧气,选A装置,其中氮气不和一氧化氮反应,可以起到把装置中的空气赶净的作用,防止一氧化氮被氧气氧化;
A;
因为A装置可以通N2将装置中的空气排尽,防止NO被空气中O2氧化;
②组合一套可用来测定生成NO体积的装置,需要先通过水吸收挥发出的硝酸和生成的二氧化氮气体,然后用排水量气的方法测定生成的一氧化氮的体积;
根据装置导气管的连接顺序,洗气应长进短处,量气应短进长出,因此,本题正确答案是:
123547;
③在测定NO的体积时,若量筒中水的液面比集气瓶里的液面要低,此时应将量筒的位置升高,以保证量筒中的液面与集气瓶中的液面持平,保持内外大气压相同。
升高;
(3)工业制硫酸时,硫铁矿主要成分为FeS2,高温下被空气中的氧气氧化产生二氧化硫,其反应方程式为:
4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3,已知空气中N2、O2的含量分别为0.800和0.200(体积分数),要使4.8tFeS2完全制成硫酸,设硫铁矿完全反应需要氧气物质的量为X;
生成二氧化硫物质的量为Y;
二氧化硫氧化为三氧化硫需要氧气物质的量为Z;
4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3,
4
120
11
8
4.8
106X
Y
解得X=1.1
105mol,Y=8
104mol
2SO2+O2=2SO3
2
1
8
104Z
解得Z=4
104mol;
空气的体积=
22.4=1.68
107L。
1.68
107。
7.氯化铁和高铁酸钾都是常见的水处理剂,下图为制备粗高铁酸钾的工业流程。
(1)氯化铁做净水剂的原因是(结合化学用语表达)。
(2)吸收剂X的化学式为,氧化剂Y的化学式为。
(3)碱性条件下反应①的离子方程式为。
(4)过程②将混合溶液搅拌半小时,静置,抽滤获得粗产品。
该反应的化学方程式为2KOH+NaFeO4=K2FeO4+2NaOH,请根据反应原理分析反应能发生的原因。
(5)K2FeO4在水溶液中易发生反应:
4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑。
在提纯K2FeO4时采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法,则洗涤剂最好选用(填序号)。
A.H2OB.稀KOH溶液C.NH4Cl溶液D.Fe(NO3)3溶液
除了这种洗涤剂外,一般工业生产还要加入异丙醇作为洗涤剂,你认为选择异丙醇的原因是。
(6)高铁电池是正在研制中的充电电池,具有电压稳定、放电时间长等优点。
以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫为原料,硫酸钾为电解质,用惰性电极设计成能在高温下使用的电池,写出该电池的正极反应式。
【答案】
(1)Fe3++3H2O
Fe(OH)3+3H+;
水解产生的Fe(OH)3胶体能够吸附杂质;
(2)FeCl2;
NaClO
(3)2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O
(4)K2FeO4溶解度小于NaFeO4,析出晶体,促进反应进行
(5)B;
高铁酸钾在异丙醇中的溶解度小于在水中的溶解度,用异丙醇洗涤有利于提高产品回收率
(6)FeO42-+3e-+4SO3=Fe3++4SO42-
试题分析:
(1)氯化铁水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性,能够吸附杂质可做净水剂,故答案为:
Fe3++3H2O
(2)根据流程图,吸收剂X吸收氯气后能够生成氯化铁,因此X为氯化亚铁,氢氧化钠与氯气反应生成氧化剂Y,因此氧化剂Y为次氯酸钠,故答案为:
FeCl2;
NaClO;
(3)碱性条件下,氯化铁与次氯酸钠反应生成高铁酸钠,因此反应①的离子方程式为2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O,故答案为:
2Fe3++3ClO-+10OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O;
(4)由于K2FeO4溶解度小于NaFeO4,析出晶体,促进2KOH+NaFeO4=K2FeO4+2NaOH反应进行,故答案为:
K2FeO4溶解度小于NaFeO4,析出晶体,促进反应进行;
(5)由于4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+8OH-+3O2↑。
在提纯K2FeO4时采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法,洗涤剂最好选用碱性溶液,故选B;
除了氢氧化钠外,一般工业生产还要加入异丙醇作为洗涤剂,是因为高铁酸钾在异丙醇中的溶解度小于在水中的溶解度,用异丙醇洗涤有利于提高产品回收率,故答案为:
B;
高铁酸钾在异丙
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