高考化学化学能与电能大题培优Word格式.docx
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(3)浸有高锰酸钾的滤纸和电极A、B与电源也构成了电解池,因为R是负极,S是正极,所以B极是阳极,A极是阴极,电解质溶液中的阴离子高锰酸根离子向阳极移动,紫色点移向B极,故答案为:
B极;
(4)当C、D里的气体产生到一定量时,切断外电源并接通开关K,构成氢氧燃料电池,氢气和氧气在碱性环境下发生原电池反应,消耗了氢气和氧气;
在燃料电池中,燃料氢气为负极,在碱性环境下的电极反应式为:
2H2+4OH--4e-=4H2O,C中的电极作负极,D中的电极作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:
氢气和氧气在碱性环境下发生原电池反应,消耗了氢气和氧气;
2H2+4OH--4e-=4H2O(负极),O2+2H2O+4e-=4OH-(正极)。
【点睛】
明确原电池和电解池的工作原理、各个电极上发生的反应是解答本题的关键,难点是电极反应式的书写,注意电解质溶液的性质,以及电解质溶液中阴阳离子移动方向,为易错点。
2.研究+6价铬盐不同条件下微粒存在形式及氧化性,某小组同学进行如下实验:
已知:
Cr2O72-(橙色)+H2O
2CrO42-(黄色)+2H+△H=+13.8kJ/mol,+6价铬盐在一定条件下可被还原为Cr3+,Cr3+在水溶液中为绿色。
(1)试管c和b对比,推测试管c的现象是_____________________。
(2)试管a和b对比,a中溶液橙色加深。
甲认为温度也会影响平衡的移动,橙色加深不一定是c(H+)增大影响的结果;
乙认为橙色加深一定是c(H+)增大对平衡的影响。
你认为是否需要再设计实验证明?
__________(“是”或“否”),理由是____________________________________________________。
(3)对比试管a、b、c的实验现象,可知pH增大
_____(选填“增大”,“减小”,“不变”);
(4)分析如图试管c继续滴加KI溶液、过量稀H2SO4的实验现象,说明+6价铬盐氧化性强弱为Cr2O72-__________CrO42-(填“大于”,“小于”,“不确定”);
写出此过程中氧化还原反应的离子方程式_________。
(5)小组同学用电解法处理含Cr2O72-废水,探究不同因素对含Cr2O72-废水处理的影响,结果如表所示(Cr2O72-的起始浓度,体积、电压、电解时间均相同)。
实验
ⅰ
ⅱ
ⅲ
ⅳ
是否加入Fe2(SO4)3
否
加入5g
是否加入H2SO4
加入1mL
电极材料
阴、阳极均为石墨
阴极为石墨,阳极为铁
Cr2O72-的去除率/%
0.922
12.7
20.8
57.3
①实验ⅱ中Cr2O72-放电的电极反应式是________________。
②实验ⅲ中Fe3+去除Cr2O72-的机理如图所示,结合此机理,解释实验iv中Cr2O72-去除率提高较多的原因_______________。
【答案】溶液变黄色否Cr2O72-(橙色)+H2O
CrO42-(黄色)+2H+正向是吸热反应,若因浓H2SO4溶于水而温度升高,平衡正向移动,溶液变为黄色。
而实际的实验现象是溶液橙色加深,说明橙色加深就是增大c(H+)平衡逆向移动的结果减小大于Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2OCr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O阳极Fe失电子生成Fe2+,Fe2+与Cr2O72-在酸性条件下反应生成Fe3+,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率
根据平衡移动原理分析对比实验;
注意从图中找出关键信息。
(1)由Cr2O72-(橙色)+H2O
2CrO42-(黄色)+2H+及平衡移动原理可知,向重铬酸钾溶液中加入氢氧化钠溶液后,可以减小溶液中的氢离子浓度,使上述平衡向正反应方向移动,因此,试管c和b(只加水,对比加水稀释引起的颜色变化)对比,试管c的现象是:
溶液变为黄色。
我认为不需要再设计实验证明,故填否。
理由是:
CrO42-(黄色)+2H+正向是吸热反应,浓H2SO4溶于水会放出大量的热量而使溶液的温度升高,上述平衡将正向移动,溶液会变为黄色。
但是,实际的实验现象是溶液的橙色加深,说明上述平衡是向逆反应方向移动的,橙色加深只能是因为增大了c(H+)的结果。
(3)对比试管a、b、c的实验现象,可知随着溶液的pH增大,上述平衡向正反应方向移动,
减小,而
增大,故
减小。
(4)向试管c继续滴加KI溶液,溶液的颜色没有明显变化,但是,加入过量稀H2SO4后,溶液变为墨绿色,增大氢离子浓度,上述平衡向逆反应方向移动,CrO42-转化为Cr2O72-,Cr2O72-可以在酸性条件下将I-氧化,而在碱性条件下,CrO42-不能将I-氧化,说明+6价铬盐氧化性强弱为:
Cr2O72-大于CrO42-;
此过程中发生的氧化还原反应的离子方程式是Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O。
(5)①实验ⅱ中,Cr2O72-在阴极上放电被还原为Cr3+,硫酸提供了酸性环境,其电极反应式是Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O。
②由实验ⅲ中Fe3+去除Cr2O72-的机理示意图可知,加入Fe2(SO4)3溶于水电离出Fe3+,在直流电的作用下,阳离子向阴极定向移动,故Fe3+更易在阴极上得到电子被还原为Fe2+,Fe2+在酸性条件下把Cr2O72-还原为Cr3+。
如此循环往复,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率。
由此可知,实验iv中Cr2O72-去除率提高较多的原因是:
阳极Fe失电子生成Fe2+,Fe2+与Cr2O72-在酸性条件下反应生成Fe3+,Fe3+在阴极得电子生成Fe2+,继续还原Cr2O72-,故在阴阳两极附近均在大量的Fe2+,Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率。
本题中有很多解题的关键信息是以图片给出的,要求我们要有较强的读图能力,能从图中找出解题所需要的关键信息,并加以适当处理,结合所学的知识解决新问题。
3.研究金属腐蚀和防腐的原理很有现实意义。
(1)甲图为人教版教材中探究钢铁的吸氧腐蚀的装置。
某兴趣小组按该装置实验,导管中液柱的上升缓慢,下列措施可以更快更清晰观察到水柱上升现象的有________(填序号)。
A.用纯氧气代替试管内空气B.用酒精灯加热试管提高温度
C.将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末D.换成更细的导管,水中滴加红墨水
(2)该小组将甲图装置改进成乙图装置并进行实验,导管中红墨水液柱高度随时间的变化如下表,根据数据判断腐蚀的速率随时间逐渐_______________(填“加快”、“不变”、“减慢”),你认为影响因素为________________________________________
时间/min
1
3
5
7
9
液柱高度/cm
0.8
2.1
3.0
3.7
4.2
(3)为探究铁钉腐蚀实验a、b两点所发生的反应,进行以下实验,请完成表格空白:
实验操作
实验现象
实验结论
向NaCl溶液中滴加2~3滴酚酞指示剂
a点附近溶液出现红色
a点电极反应为①___________________
然后再滴加2~3滴②________________
b点周围出现蓝色沉淀
b点电极反应为③___________________
根据以上实验探究,试判断____________(填“a”或“b”)为负极,该点腐蚀更严重。
(4)设计下面装置研究弱酸性环境中腐蚀的主要形式。
测定锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时间变化见下图,从图中可分析,t1~t2之间主要发生__________腐蚀(填吸氧或析氢),原因是__________________________________________。
(5)金属阳极钝化是一种电化学防腐方法。
将Fe作阳极置于H2SO4溶液中,一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜,试写出该阳极电极反应式________________________。
【答案】ACD减慢氧气的浓度O2+4e—+2H2O=4OH—铁氰化钾溶液Fe-2e—=Fe2+b吸氧氧气含量和瓶内压强都降低,因此主要是吸氧腐蚀3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+
(1)由影响化学反应速率的几大因素进行推导,其中a为浓度、b为温度、c为固体表面积,但b项直接加热会使具支试管内温度持续升高,导管一端只会产生气泡不会形成气柱,d项换成更细的导管旨在放大实验现象,以便于明显观察到水柱的上升,答案为ACD;
(2)通过表格,间隔2分钟液面高度的变化,5~7,7~9变化趋势逐渐减小,则反应速率逐渐减慢,随着反应的进行,空气中的氧气浓度含量逐渐减小,反应速率逐渐减慢;
(3)铁钉的吸氧腐蚀中,滴有酚酞的a点附近出现红色,则产生氢氧根离子,电极反应式:
O2+4e—+2H2O=4OH—;
b点则为Fe失电子生成二价铁或三价铁,b点周围出现蓝色沉淀则加入铁氰化钾验证二价铁的存在,电极反应:
Fe-2e—=Fe2+;
b点做电池的负极,腐蚀更严重;
(4)从图中分析t1~t2之间氧气的体积分数逐渐减小,压强逐渐减小,可确定此时发生吸氧腐蚀;
(5)将Fe作阳极置于H2SO4溶液中,一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜,3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+。
答案为:
减慢;
氧气的浓度;
铁氰化钾溶液;
Fe-2e—=Fe2+;
b;
吸氧;
氧气含量和瓶内压强都降低,因此主要是吸氧腐蚀;
(5)将Fe作阳极置于H2SO4溶液中,一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜,答案为:
3Fe-8e—+4H2O=Fe3O4+8H+。
4.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.SO3D.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】CD3010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
(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样为20mL,所以V6=10,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。
请分析氢气生成速率下降的主要原因是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;
(3)①从表中看出,反应后的温度高于反应前的温度,说明这是一个放热反应,即反应物的总能量大于产物的总能量;
②实验2和5表明只要硫酸的物质的量浓度不同,是为了探究浓度对反应速率的影响;
③实验4和5、1和2,都是为了探究固体表面积对反应速率的影响,粉末反应的时间短,说明固体表面积越大,反应速率越快;
④由于这是一个放热反应,所以温度也是影响本实验的反应速率的因素之一。
5.如图所示,A为电源,B为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,C、D为电解槽,其电极材料及电解质溶液如图所示。
(1)关闭K1,打开K2,通电后,B的KMnO4紫红色液滴向c端移动,则电源b端为极,通电一段时间后,滤纸d端的电极反应式是。
(2)已知C装置中溶液的溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3,且均为0.1mol,打开K1,关闭K2,通电一段时间后,阴极析出固体质量m(g)与通过电子的物质的量n(mol)关系如图所示,则Cu2+、X3+、H+氧化能力由大到小的顺序是。
(3)D装置中溶液是H2SO4溶液,则电极C端从开始至一段时间后的实验现象是。
【答案】
(1)负极,2H++2e-=H2
(2)Cu2+>
H+>
X3+
(3)产生无色气体,溶液变为蓝色,一段时间后有红色物质析出
试题分析:
(1)据题意B的KMnO4紫红色液滴向c端移动,说明高锰酸根离子向c端移动,可推出极c端为阳极,则与之相连的电源a端为正极,b端为负极,所以通电滤纸d端为阴极,电极反应式为2H++2e-=H2↑,故答案为:
负;
2H++2e-=H2↑;
(2)根据电解C的图象可知,通电后就有固体生成,当通过电子为0.2mol时,析出固体质量达最大,证明此时析出的固体是铜.如果是X3+析出,电子数应该是0.3mol,则氧化能力为Cu2+>X3+,当电子超过0.2mol时,固体质量没变,说明这是阴极产生的是氢气,即电解水,说明氧化能力H+>X3+,故氧化能力为Cu2+>H+>X3+;
故答案为:
Cu2+>H+>X3+;
(3)D装置中溶液是H2SO4,电极C端与b负极相连即为阴极,开始为氢离子得电子生成氢气,后阳极的铜失电子生成铜离子进入溶液,溶液变为蓝色,一段时间后有红色物质在阴极析出,所以看到的现象为在C端开始时有无色无味气体产生,溶液变为蓝色,一段时间后有红色物质析出;
在C端开始时有无色无味气体产生,溶液变为蓝色,一段时间后有红色物质析出。
【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理
【名师点晴】本题综合考查电解原理以及根据图象获取信息、运用知识综合分析能力,根据KMnO4紫红色液滴向c端移动判断电源的正负极为解答该题的关键。
打开K1,关闭K2,则为电解C、D两池,根据电解C的图象可知,开始即析出固体,总共0.2mol电子通过时,析出固体质量达最大,证明此时析出的固体是铜,此后,继续有电子通过,不再有固体析出,说明X3+不放电,H+放电,从而判断离子氧化性;
D装置中溶液是H2SO4,电极C端与b负极相连即为阴极,开始氢离子得电子生成氢气,后阳极的铜失电子生成铜离子进入阴极在阴极析出。
注意电极方程式的判断,为易错点。
6.某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下:
编号
电解质溶液
电流指针偏转方向
MgAl
稀盐酸
偏向Al
2
AlCu
偏向Cu
Al石墨
偏向石墨
4
NaOH溶液
偏向Mg
AlZn
浓硝酸
试根据上表中的实验现象回答下列问题:
(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同?
.
(2)实验1、4中Al所作的电极是否相同?
(3)写出实验3中的电极反应式.正极:
;
(4)用电子式表示氯化镁的形成过程:
(1)不同;
(2)不同;
(3)2H++2e-=H2↑;
(4)
。
(1)实验1:
Mg比Al活泼,两者都和盐酸反应,因此Mg作负极,Al作正极,实验2:
Al比Cu活泼,Al作负极,Cu作正极,故Al所作的两极不相同;
(2)实验4中,虽然Mg比Al活泼,但Mg不与氢氧化钠反应,而Al可以,因此Al作负极,Mg作正极,因此Al所作的两极不相同;
(3)实验3中,正极反应式为2H++2e-=H2↑;
(4)MgCl2是离子化合物,用电子式表示氯化镁形成过程:
。
考点:
考查原电池中正负极的判断、电子式表示化合物形成过程等知识。
7.取6根铁钉,6支干净的试管及其他材料,如图所示。
试管①放入一根铁钉,再注入蒸馏水,使铁钉和空气及水接触;
试管②在试管底部放入硅胶(是一种干燥剂),再放入铁钉,用棉花团堵住试管口,使铁钉和干燥空气接触;
试管③先放入一根铁钉,趁热倒入煮沸的蒸馏水(已赶出原先溶解在蒸馏水中的空气)浸没铁钉,再加上一层植物油,使铁钉不能跟空气接触;
试管④中放入铁钉注入食盐水,使铁钉和空气及食盐水接触;
[来源:
学§
科§
网Z§
X§
K]
试管⑤放入相连的铁钉和锌片,注入自来水,浸没铁钉和锌片;
试管⑥放入相连的铁钉和铜丝,注入自来水,浸没铁钉和铜丝。
把6支试管放在试管架上,几天后观察铁钉被腐蚀的情况。
(1)上述实验中铁钉发生了电化学腐蚀的是____(填试管序号);
在电化学腐蚀中,负极反应是__________。
(2)从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促
进铁钉被腐蚀的条件是___________。
(3)为防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是_______(答两种方法)。
(1)①④⑥F
e-2e-=Fe2+
(2)水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在
(3)在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或牺牲阳极保护法(答出其中两种即可)
(1)①铁钉与水、空气接触可形成原电池,发生电化学腐蚀;
②、③两个试管不具备构成原电池的条件,不能发生电化学腐蚀;
④铁钉与食盐水、空气接触可形成原电池,发生电化学腐蚀;
⑤尽管具备构成原电池的条件,但锌比铁活泼,在原电池中作负极,使铁成为正极,铁未被腐蚀;
⑥铁的活泼性大于铜,铁作原电池的负极,发生电化学腐蚀;
则发生了电化学腐蚀的是①④⑥;
在电化学腐蚀中,负极反应是F
e-2e-=Fe2+;
进铁钉被腐蚀需形成原电池,铁做负极,条件是水、空气、电解质溶液和不活泼金属杂质的存在;
(3)利用原电池原理,电解池原理,加保护层的方法都可防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或牺牲阳极保护法。
化学试剂的保存、鉴别
8.Cu(NO3)2是重要的化工原料。
回答下列工业生产和化学实验中的几个问题。
实验室欲制备0.3molCu(NO3)2晶体,甲、乙两同学分别设计实验方案如下:
①绿色化学的角度分析,_________同学的方案更合理,此同学可节约2mol/L的稀硝酸_________mL;
②甲方案的离子方程式为___________;
③乙同学实验时通入O2的速率不宜过大,为便于观察和控制产生O2的速率,宜选择__________方案(填字母序号)。
④B装置如何检查气密性:
_________________。
(2)某校化学兴趣小组的同学对硝酸铜的受热分解进行探究。
他们设计了如下左图装置加热Cu(NO3)2固体(加热及夹持装置未画出)。
加热过程发现:
装置①中的固体逐渐变为黑色;
装置②中有气泡产生,但在上升的过程中消失;
石蕊试液逐渐变为红色,液体几乎不被压至装置③中。
请写出Cu(NO3)2受热分解的化
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