西安高考化学 化学能与电能 培优练习含答案.docx
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西安高考化学化学能与电能培优练习含答案
2020-2021西安高考化学化学能与电能培优练习(含答案)
一、化学能与电能
1.方法与规律提炼:
(1)某同学利用原电池装置证明了反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+能够发生,设计的装置如下图所示。
为达到目的,其中石墨为_________极,甲溶液是____________,证明反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+能够发生的实验操作及现象是_________________________
(2)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO
)已成为环境修复研究的热点之一。
Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。
上图中作负极的物质是___________。
正极的电极反应式是______________。
(3)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:
阴极区的电极反应式为_______________。
电路中转移1mol电子,需消耗氧气_______L(标准状况)。
(4)KClO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。
写出电解时阴极的电极反应式___________________电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_________,其迁移方向是_____________(填a→b或b→a)。
学法题:
通过此题的解答,请归纳总结书写电极反应式的方法____
【答案】负FeSO4或FeCl2溶液分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色加深铁NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2OFe3++e-=Fe2+5.6L2H++2e-=H2↑K+a→b原电池中先确定原电池的正负极,列出正负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失;注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。
电解池中电极反应式的书写看阳极材料,如果阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨),则应是电解质溶液中的离子放电,应根据离子的放电顺序进行书写。
【解析】
【分析】
根据原电池原理,负极发生氧化反应;根据电解池原理,阴极发生还原反应,通过物质的化合价变化判断反应发生原理,阳离子移动方向与电子移动方向相同,据此回答问题。
【详解】
(1)已知电池总反应为反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+,银离子化合价降低,得到电子,作正极,故石墨一侧仅为导电材料,作负极,甲溶液是含Fe2+的溶液,可以为FeSO4或FeCl2溶液。
证明反应能够发生,实际上即证明有Fe3+生成,实验操作及现象是分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,同时滴加KSCN溶液,后者红色加深。
(2)由图可知,电子从铁电极移到外侧,故铁电极失去电子,发生氧化反应,做负极。
正极NO3-得到电子变为NH4+,NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O;
(3)由题可知,HCl失去电子变为Cl2,发生氧化反应,做阳极。
阴极区的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+,外侧Fe2+与氧气反应4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O,电路中转移1mol电子,需消耗氧气0.25mol,即5.6L(标准状况)。
(4)由图可知,阴极溶液为KOH,根据阳离子放电顺序H+>K+,即电解时阴极的电极反应式为2H++2e-=H2↑。
阴极得到电子,阳离子向阴极移动,即电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+,其迁移方向是a→b。
归纳电极反应式的书写方法:
原电池中先确定原电池的正负极,列出正负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失;注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。
电解池中电极反应式的书写看阳极材料,如果阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨),则应是电解质溶液中的离子放电,应根据离子的放电顺序进行书写。
2.甲同学向做过银镜反应的试管滴加0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液(pH=2),发现银镜部分溶解,和大家一起分析原因:
甲同学认为:
Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag。
乙同学认为:
Fe(NO3)3溶液显酸性,该条件下NO3-也能氧化单质Ag。
丙同学认为:
Fe3+和NO3-均能把Ag氧化而溶解。
(1)生成银镜反应过程中银氨溶液发生_____________(氧化、还原)反应。
(2)为得出正确结论,只需设计两个实验验证即可。
实验I:
向溶解了银镜的Fe(NO3)3的溶液中加入____________(填序号,①KSCN溶液、②K3[Fe(CN)6]溶液、③稀HC1),现象为___________,证明甲的结论正确。
实验Ⅱ:
向附有银镜的试管中加入______________溶液,观察银镜是否溶解。
两个实验结果证明了丙同学的结论。
(3)丙同学又把5mLFeSO4溶液分成两份:
第一份滴加2滴KSCN溶液无变化;第二份加入1mL0.1mol/LAgNO3溶液,出现白色沉淀,随后有黑色固体产生(经验证黑色固体为Ag颗粒),再取上层溶液滴加KSCN溶液变红。
根据上述的实验情况,用离子方程式表示Fe3+、Fe2+、Ag+、Ag之间的反应关系_______________。
(4)丁同学改用如图实验装置做进一步探究:
①K刚闭合时,指针向左偏转,此时石墨作_________,(填“正极”或“负极。
此过程氧化性:
Fe3+_______Ag+(填>或<)。
②当指针归零后,向右烧杯中滴加几滴饱和AgNO3溶液,指针向右偏转。
此过程氧化性:
Fe3+_______Ag+(填>或<)。
③由上述①②实验,得出的结论是:
_______________________。
【答案】还原②产生蓝色沉淀pH=20.3mol/LKNO3或NaNO3溶液Ag+Fe3+⇌Ag++Fe2+或(Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+)正极><其它条件不变时,物质的氧化性与浓度有关系,浓度的改变可导致平衡的移动
【解析】
【分析】
(1)根据元素化合价的变化判断;
(2)实验Ⅰ:
甲同学认为:
Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag,则要证明甲的结论正确,可验证Fe3+的还原产物Fe2+的存在;
实验Ⅱ:
进行对照实验;
(3)根据实验现象判断溶液中发生的反应;
(4)根据指针偏转方向判断正负极,判断电极反应,并结合氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物分析解答。
【详解】
(1)往AgNO3溶液中逐滴加入氨水,银离子和氨水反应生成白色的氢氧化银沉淀和铵根离子,Ag++NH3•H2O═AgOH↓+NH4+;继续滴入氨水白色沉淀溶解,氢氧化银和氨水反应生成银氨溶液和水,AgOH+2NH3•H2O═Ag(NH3)2OH+2H2O,若用乙醛进行银镜反应,再加入乙醛溶液后,水浴加热,生成乙酸铵,氨气、银和水,化学反应方程式为:
CH3CHO+2Ag(NH3)2OH
CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O,银氨溶液中的银为+1价,被醛基还原生成0价的银单质,故答案为:
还原;
(2)实验Ⅰ:
甲同学认为:
Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag,则要证明甲的结论正确,可验证Fe3+的还原产物Fe2+的存在即可,验证Fe2+的实验是取少量除尽Ag+后的溶液于试管中,加入K3[Fe(CN)6]溶液会和Fe2+反应生成蓝色沉淀,故答案为:
②;产生蓝色沉淀;
实验Ⅱ:
丙同学认为:
Fe3+和NO3-均能把Ag氧化而溶解,且两个实验结果证明了丙同学的结论,而实验I验证了Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag,则实验II需要验证NO3-也能把Ag氧化而溶解,需进行对照实验,0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液(pH=2),NO3-为0.3mol/L,所以需向附有银镜的试管中加入pH=2的0.3mol/LKNO3或NaNO3溶液,故答案为:
pH=2的0.3mol/LKNO3或NaNO3;
(3)Fe3+遇KSCN溶液变红,第一份滴加2滴KSCN溶液无变化,说明FeSO4溶液中无Fe3+,第二份加入1ml0.1mol/LAgNO3溶液,出现白色沉淀,随后有黑色固体Ag产生,再取上层溶液滴加KSCN溶液变红,说明有Fe3+产生,说明Fe2+被Ag+氧化生成Fe3+,Ag+被还原为Ag,又Fe3+具有氧化性,能够溶解单质Ag,则该反应为可逆反应,反应的离子方程式为:
Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+或Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+;
(4)①K刚闭合时,指针向左偏转,则银为负极,石墨为正极,该电池的反应本质为Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+,该反应中铁离子为氧化剂,银离子为氧化产物,则氧化性:
Fe3+>Ag+,故答案为:
正极;>;
②当指针归零后,向右烧杯中滴加几滴饱和AgNO3溶液,指针向右偏转,则此时石墨为负极,银为正极,右侧烧杯中银离子浓度增大,反应Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+的平衡左移,发生反应Ag++Fe2+⇌Ag+Fe3+,此时Ag+为氧化剂,Fe3+为氧化产物,则氧化性:
Fe3+<Ag+;
③由上述①②实验,得出的结论是:
在其它条件不变时,物质的氧化性与浓度有关,浓度的改变可导致平衡移动。
3.
(1)利用原电池装置可以验证Fe3+与Cu2+氧化性相对强弱,如下图所示。
该方案的实验原理是自发进行的氧化还原反应可以设计为原电池。
写出该氧化还原反应的离子方程式:
__________。
该装置中的负极材料是______(填化学式),正极反应式是_______。
(2)某研究性学习小组为证明2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2为可逆反应,设计如下两种方案。
方案一:
取5mL0.1mol/LKI溶液,滴加2mL0.1mol/L的FeCl3溶液,再继续加入2mLCCl4,充分振荡、静置、分层,再取上层清液,滴加KSCN溶液。
①方案一中能证明该反应为可逆反应的现象是______。
②有同学认为方案一设计不够严密,即使该反应为不可逆反应也可能出现上述现象,其原因是(用离子方程式表示)_____。
方案二:
设计如下图原电池装置,接通灵敏电流计,指针向右偏转(注:
灵敏电流计指针总是偏向电源正极),随着时间进行电流计读数逐渐变小,最后读数变为零。
当指针读数变零后,在右管中加入1mol/LFeCl2溶液。
③方案二中,“读数变为零”是因为____________.
④“在右管中加入1mol/LFeCl2溶液”后,观察到灵敏电流计的指针______偏转(填“向左”、“向右”或“不”),可证明该反应为可逆反应。
【答案】Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+CuFe3++e-=Fe2+下层(CCl4层)溶液呈紫红色,且上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+该可逆反应达到了化学平衡状态向左
【解析】
【分析】
(1)验证Fe3+与Cu2+氧化性强弱时,应将反应Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+设计成原电池,原电池中铜作负极发生氧化反应被损耗,选用金属性弱于铜的金属或非金属C作正极,电解质溶液为可溶性的铁盐;
(2)方案一:
如该反应为可逆反应,加入四氯化碳,四氯化碳层呈紫红色,上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色;但在振荡过程中,Fe2+离子易被空气中氧气生成Fe3+,不能证明Fe3+未完全反应;
方案二:
图中灵敏电流计的指针指向右,右侧烧杯为正极,当指针读数变零后,在右管中加入1mol/LFeCl2溶液,如为可逆反应,可发生2Fe2++I2⇌2Fe3++2I-,I2被还原,指针应偏向左。
【详解】
(1)Fe3+氧化性比Cu2+强,可发生2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+反应,反应中Cu被氧化,Cu电极为原电池的负极,负极反应式为Cu-2e-=Cu2+,选用金属性弱于铜的金属或石墨作正极,正极上Fe3+发生还原反应,电极反应式为Fe3++e-=Fe2+,故答案为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+;Cu;Fe3++e-=Fe2+;
(2)①若该反应为可逆反应,反应中有碘单质生成,但不足量的Fe3+不能完全反应,溶液中依然存在Fe3+,则证明有碘单质和Fe3+存在的实验设计为:
向反应后的溶液再继续加入2mLCCl4,充分振荡、静置、分层,下层(CCl4层)溶液呈紫红色,再取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液呈血红色,故答案为下层(CCl4层)溶液呈紫红色,且上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色;
②在振荡过程中,Fe2+离子易被空气中氧气生成Fe3+,不能证明反应可逆,反应的化学方程式为4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+,故答案为4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+;
③若该反应为可逆反应,“读数变为零”说明该可逆反应达到了化学平衡状态,故答案为该可逆反应达到了化学平衡状态;
④当指针读数变零后,在右管中加入1mol/LFeCl2溶液,如为可逆反应,可发生2Fe2++I2⇌2Fe3++2I-,I2被还原,灵敏电流计指针总是偏向电源正极,指针应偏向左,故答案为向左。
【点睛】
本题考查化学反应原理的探究,侧重于分析问题和实验能力的考查,注意把握发生的电极反应、原电池工作原理,注意可逆反应的特征以及离子检验的方法为解答的关键。
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。
请回答下列问题:
(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-
【解析】
【分析】
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。
【详解】
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-。
【点睛】
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.某小组设计不同实验方案比较Cu2+、Ag+的氧化性。
(1)方案1:
通过置换反应比较
向酸化的AgNO3溶液插入铜丝,析出黑色固体,溶液变蓝。
反应的离子方程式是_______,说明氧化性Ag+>Cu2+。
(2)方案2:
通过Cu2+、Ag+分别与同一物质反应进行比较
实验
试剂
编号及现象
试管
滴管
1.0mol/L
KI溶液
1.0mol/LAgNO3溶液
Ⅰ.产生黄色沉淀,溶液无色
1.0mol/LCuSO4溶液
Ⅱ.产生白色沉淀A,溶液变黄
①经检验,Ⅰ中溶液不含I2,黄色沉淀是________。
②经检验,Ⅱ中溶液含I2。
推测Cu2+做氧化剂,白色沉淀A是CuI。
确认A的实验如下:
a.检验滤液无I2。
溶液呈蓝色说明溶液含有________(填离子符号)。
b.白色沉淀B是________。
c.白色沉淀A与AgNO3溶液反应的离子方程式是____,说明氧化性Ag+>Cu2+。
(3)分析方案2中Ag+未能氧化I-,但Cu2+氧化了I-的原因,设计实验如下:
编号
实验1
实验2
实验3
实验
现象
无明显变化
a中溶液较快变棕黄色,b中电极
上析出银;电流计指针偏转
c中溶液较慢变浅黄色;
电流计指针偏转
(电极均为石墨,溶液浓度均为1mol/L,b、d中溶液pH≈4)
①a中溶液呈棕黄色的原因是_______(用电极反应式表示)。
②“实验3”不能说明Cu2+氧化了I-。
依据是空气中的氧气也有氧化作用,设计实验证实了该依据,实验方案及现象是_______。
③方案2中,Cu2+能氧化I-,而Ag+未能氧化I-的原因:
_______。
(资料:
Ag++I-=AgI↓K1=1.2×1016;2Ag++2I-=2Ag↓+I2K2=8.7×108)
【答案】Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+AgICu2+AgClCuI+2Ag+=Cu2++Ag+AgI
将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/L
溶液,c中溶液较慢变浅黄,电流计指针偏转K1>K2,故
更易与
发生复分解反应,生成AgI2Cu2++4I-=2CuI+I2,生成了CuI沉淀,使得
的氧化性增强
【解析】
(1)向酸化的AgNO3溶液插入铜丝,析出黑色固体,溶液变蓝,说明铜置换出了金属银,反应的离子方程式为
,说明氧化性Ag+>Cu2+,故答案为
;
(2)①经检验,Ⅰ中溶液不含I2,黄色沉淀是碘离子与银离子形成的碘化银沉淀,故答案为AgI;
②Ⅱ中溶液含I2,说明Cu2+做氧化剂,将碘离子氧化,本身被还原为Cu+,因此白色沉淀A是CuI。
a.检验滤液无I2。
溶液呈蓝色说明溶液含有Cu2+,故答案为Cu2+;
b.滤渣用浓硝酸溶解后,在上层清液中加入盐酸,生成的白色沉淀B为AgCl,故答案为AgCl;
c.白色沉淀A与AgNO3溶液反应生成了Cu2+和灰黑色沉淀,灰黑色沉淀用浓硝酸溶解后的溶液中含有银离子,黄色沉淀为AgI,说明灰黑色沉淀中含有金属银,反应的离子方程式为
,说明氧化性Ag+>Cu2+,故答案为
;
(3)①碘化钾溶液与硝酸银溶液构成了原电池,a中溶液中的碘离子发生氧化反应生成碘单质,溶液呈棕黄色,电极反应式为
,故答案为
;
②“实验3”不能说明Cu2+氧化了I-。
依据是空气中的氧气也有氧化作用,只需设计没有铜离子的情况下,也能看到相似的现象即可,可以设计实验:
将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/L
溶液,c中溶液较慢变浅黄,电流计指针偏转,故答案为将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/L
溶液,c中溶液较慢变浅黄,电流计指针偏转;
③Ag++I-=AgI↓K1=1.2×1016;2Ag++2I-=2Ag↓+I2K2=8.7×108,K1>K2,故
更易与
发生复分解反应,生成AgI。
2Cu2++4I-=2CuI+I2,生成了CuI沉淀,使得
的氧化性增强,因此方案2中,Cu2+能氧化I-,而Ag+未能氧化I-,故答案为K1>K2,故
更易与
发生复分解反应,生成AgI。
2Cu2++4I-=2CuI+I2,生成了CuI沉淀,使得
的氧化性增强。
点睛:
本题考查了化学实验方案的设计与探究,本题的难度较大,理解实验的设计意图是解题的关键。
本题的难点为(3)③,要注意根据反应进行的趋势大小和化学平衡移动的原理分析解答。
6.电解原理和原电池原理是电化学的两个重要内容。
某兴趣小组做如下探究实验:
(1)如上图1为某实验小组依据氧化还原反应设计的原电池装置,若盐桥中装有饱和的KNO3溶液和琼胶制成的胶冻,则NO3-移向_____________装置(填写“甲或乙”)。
其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,发现生成无色无味的单质气体,则石墨上电极反应式______________________。
(2)如上图2,其他条件不变,若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型,则甲装置是____________(填“原电池或电解池”),乙装置中石墨
(2)为极,乙装置中与铁线相连的石墨
(1)电极上发生的反应式为。
(3)在图2乙装置中改为加入CuSO4溶液,一段时间后,若某一电极质量增重1.28g,则另一电极生成______________mL(标况下)气体。
【答案】
(1)甲;2H++2e-=H2;
(2)原电池;阳;Cu2++2e-=Cu
(3)224
【解析】
试题分析:
(1)装置1中铁是负极、石墨是正极,阴离子在原电池中移向负极,NO3-移向甲装置;若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,发现生成无色无味的单质气体,则石墨上电极反应式2H++2e-=H2;
(2)图2,其他条件不变,若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型,则甲装置中两个电极不同,构成原电池;,乙装置是电解池,石墨
(2)与正极相连,石墨
(2)为阳极,乙装置中与铁线相连的石墨
(1)是阴极,电极上发生的反应式为Cu2++2e-=Cu;(3)某一电极生成1.28g铜,转移电子
,则另一电极生成氧气,根据转移电子相同,生成氧气0.01mol,标况下的体积为224mL。
考点:
本题考查电解原理和原电池原理。
7.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
电极材料
电解质溶液
电流指针偏转方向
1
MgAl
稀盐酸
偏向Al
2
AlCu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al石墨
稀盐酸
偏向石墨
4
MgAl
NaOH溶液
偏向Mg
5
AlZn
浓硝酸
偏向Al
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:
【答案】
(1)不同;
(2)不同;(3)2H++2e-=H2↑;(4)
。
【解析】
试题分析:
(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。
8.某化学兴趣小组为了探究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
电极材料
电解质溶液
电流表指针偏转方向
1
Al、Mg
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
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(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)?
____________。
(2)对实验3完成下列填空:
①铝为________极,电极反应式:
__________________________________________;
②石墨为________极,电极反应式:
___
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