备战高考化学知识点过关培优 易错 难题训练化学能与电能及答案解析.docx
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备战高考化学知识点过关培优易错难题训练化学能与电能及答案解析
备战高考化学知识点过关培优易错难题训练∶化学能与电能及答案解析
一、化学能与电能
1.某实验小组对FeCl3分别与Na2SO3、NaHSO3的反应进行探究。
(甲同学的实验)
装置
编号
试剂X
实验现象
I
Na2SO3溶液(pH≈9)
闭合开关后灵敏电流计指针发生偏转
II
NaHSO3溶液(pH≈5)
闭合开关后灵敏电流计指针未发生偏转
(1)怎样配制FeCl3溶液?
________________________________________________________。
(2)甲同学探究实验I的电极产物。
①取少量Na2SO3溶液电极附近的混合液,加入_________________________________,产生白色沉淀,证明产生了SO42-。
②该同学又设计实验探究另一电极的产物,其实验方案为_______________________________。
(3)实验I中负极的电极反应式为______________________________________________________。
乙同学进一步探究FeCl3溶液与NaHSO3溶液能否发生反应,设计、完成实验并记录如下:
装置
编号
反应时间
实验现象
III
0~1min
产生红色沉淀,有刺激性气味气体逸出
1~30min
沉淀迅速溶解形成红色溶液,随后溶液逐渐变为橙色,之后几乎无色
30min后
与空气接触部分的上层溶液又变为浅红色,随后逐渐变为浅橙色
(4)乙同学认为刺激性气味气体的产生原因有两种可能,用离子方程式表示②的可能原因。
①Fe3++3HSO3-
Fe(OH)3+3SO2;②_____________________________________________。
(5)查阅资料:
溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会形成红色配合物并存在如下转化:
从反应速率和化学平衡两个角度解释1~30min的实验现象:
______________________________。
(实验反思)
(6)分别对比I和II、II和III,FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和______________________有关(写出两条)。
【答案】将FeCl3溶于浓盐酸,再稀释至指定浓度足量盐酸和BaCl2溶液取少量FeCl3溶液电极附近的混合液,加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,证明产生了Fe2+3SO32--2e-+H2O=SO42-+2HSO3-H++HSO3-=H2O+SO2↑生成红色配合物的反应速率快,红色配合物生成橙色配合物的速率较慢;在O2的作用下,橙色的HOFeOSO2浓度下降,平衡
不断正向移动,最终溶液几乎无色溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同(或Na2SO3与NaHSO3不同,或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同)、反应物是否接触形成红色配合物(任写两条)
【解析】
【分析】
甲同学实验:
利用铁离子能够将SO32-氧化设计原电池,则原电池中氯化铁溶液为正极得电子发生还原反应,试剂X为负极,失电子发生氧化反应;实验中X为Na2SO3溶液时电流计指针发生偏转,说明铁离子将SO32-氧化;实验中X为NaHSO3溶液时电流计指针未发生偏转,说明二者可能不反应;
乙同学进一步探究FeCl3溶液与NaHSO3溶液能否发生反应:
0~1min产生红色沉淀,有刺激性气味气体逸出,红色沉淀应为Fe(OH)3,气体应为二氧化硫,说明二者发生双水解;1~30min沉淀迅速溶解形成红色溶液,随后溶液逐渐变为橙色,之后几乎无色,结合查阅的资料可知生成了HOFeOSO2,该物质存在平衡HOFeOSO2⇌HOFeOSO2,在氧气的作用下不断正向进行,最终溶液几乎无色;30min后反应现象是空气接触部分的上层溶液又变为浅红色,随后逐渐变为浅橙色,反应后的亚铁离子被空气中氧气氧化为铁离子,过量的HSO3-电离提供SO32-,溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会继续反应形成红色配合物。
【详解】
(1)实验室配制FeCl3溶液时,为了防止铁离子水解,先将FeCl3固体溶解在较浓的盐酸中然后加水稀释;
(2)①若有硫酸根生成,则加入盐酸酸化的氯化钡溶液会有白色沉淀生成;
②氯化铁溶液为原电池正极,发生还原反应,Fe3+被还原成Fe2+,铁氰化钾溶液可以与亚铁离子反应生成蓝色沉淀,所以方案为取少量FeCl3溶液电极附近的混合液,加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,证明产生了Fe2+;
(3)实验I中试剂X为原电池负极,SO32-被氧化生成硫酸根,电极方程式为3SO32—2e-+H2O=SO42-+2HSO3-;
(4)pH=1的氯化铁溶液中有大量的氢离子,亚硫酸氢根离子结合氢离子生成二氧化硫气体,反应的离子方程式:
H++HSO3-=H2O+SO2↑;
(5)FeCl3溶液与NaHSO3溶液混合反应,在1~30min出现现象为:
沉淀迅速溶解形成红色溶液,随后溶液逐渐变为橙色,之后几乎无色,根据资料:
溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会形成红色配合物并存在转化:
HOFeOSO2⇌HOFeOSO2
Fe2++SO42-,可知原因是:
生成红色配合物的反应速率快,红色配合物生成橙色配合物的速率较慢;在氧气的作用下橙色的HOFeOSO2浓度下降平衡HOFeOSO2⇌HOFeOSO2,不断正向进行,最终溶液几乎无色。
(6)分别对比Ⅰ和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ,FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同(或Na2SO3与NaHSO3不同,或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同)、反应物是否接触形成红色配合物有关。
【点睛】
第3题写电极反应方程式时要注意pH=9的溶液是由于SO32-水解,OH-来自于水的电离,电极方程式不能写成SO32--2e-+2OH-===SO42-+H2O。
2.如图所示,E为浸有Na2SO4溶液的滤纸,并加入几滴酚酞。
A、B均为Pt片,压在滤纸两端,R、S为电源的电极。
M、N为惰性电极。
G为检流计,K为开关。
试管C、D和电解池中都充满KOH溶液。
若在滤纸E上滴一滴紫色的KMnO4溶液,断开K,接通电源一段时间后,C、D中有气体产生。
(1)R为电源的__,S为电源的__。
(2)A极附近的溶液变为红色,B极的电极反应式为__。
(3)滤纸上的紫色点移向__(填“A极”或“B极”)。
(4)当试管C、D中的气体产生到一定量时,切断外电源并接通开关K,经过一段时间,C、D中气体逐渐减少,主要是因为_,写出有关的电极反应式:
__。
【答案】负极正极2H2O-4e-=4H++O2↑B极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)
【解析】
【分析】
(1)根据电极产物判断电解池的阴阳极及电源的正负极;
(2)根据电解池原理及实验现象书写电极反应式;(3)根据电解池原理分析电解质溶液中离子移动方向;(4)根据燃料电池原理分析解答。
【详解】
(1)断开K,通直流电,电极C、D及氢氧化钾溶液构成电解池,根据离子的放电顺序,溶液中氢离子、氢氧根离子放电,分别生成氢气和氧气,氢气和氧气的体积比为2:
1,通过图象知,C极上气体体积是D极上气体体积的2倍,所以C极上得氢气,D极上得到氧气,故R是负极,S是正极,故答案为:
负极;正极;
(2)A极是阴极,电解高锰酸钾时,在该极上放电的是氢离子,所以该极上碱性增强,酚酞显红色,B极是阳极,该极附近发生的电极反应式为:
2H2O-4e-=4H++O2↑,故答案为:
2H2O-4e-=4H++O2↑;
(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。
3.FeSO4溶液放置在空气中容易变质,因此为了方便使用Fe2+,实验室中常保存硫酸亚铁铵晶体[俗称“摩尔盐”,化学式为(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O],它比绿矾或绿矾溶液更稳定。
(稳定是指物质放置在空气中不易发生各种化学反应而变质)
I.硫酸亚铁铵晶体的制备与检验
(1)某兴趣小组设计实验制备硫酸亚铁铵晶体。
本实验中,配制溶液以及后续使用到的蒸馏水都必须煮沸、冷却后再使用,这样处理蒸馏水的目的是_______。
向FeSO4溶液中加入饱和(NH4)2SO4溶液,经过操作_______、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥后得到一种浅蓝绿色的晶体。
(2)该小组同学继续设计实验证明所制得晶体的成分。
①如图所示实验的目的是_______,C装置的作用是_______。
取少量晶体溶于水,得淡绿色待测液。
②取少量待测液,_______(填操作与现象),证明所制得的晶体中有Fe2+。
③取少量待测液,经其它实验证明晶体中有NH4+和SO42-
II.实验探究影响溶液中Fe2+稳定性的因素
(3)配制0.8mol/L的FeSO4溶液(pH=4.5)和0.8mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2溶液(pH=4.0),各取2ml上述溶液于两支试管中,刚开始两种溶液都是浅绿色,分别同时滴加2滴0.01mol/L的KSCN溶液,15分钟后观察可见:
(NH4)2Fe(SO4)2溶液仍然为浅绿色透明澄清溶液;FeSO4溶液则出现淡黄色浑浊。
(资料1)
沉淀
Fe(OH)2
Fe(OH)3
开始沉淀pH
7.6
2.7
完全沉淀pH
9.6
3.7
①请用离子方程式解释FeSO4溶液产生淡黄色浑浊的原因_______。
②讨论影响Fe2+稳定性的因素,小组同学提出以下3种假设:
假设1:
其它条件相同时,NH4+的存在使(NH4)2Fe(SO4)2溶液中Fe2+稳定性较好。
假设2:
其它条件相同时,在一定pH范围内,溶液pH越小Fe2+稳定性越好。
假设3:
_______。
(4)小组同学用如图装置(G为灵敏电流计),滴入适量的硫酸溶液分别控制溶液A(0.2mol/LNaCl)和溶液B(0.1mol/LFeSO4)为不同的pH,
观察记录电流计读数,对假设2进行实验研究,实验结果如表所示。
序号
A:
0.2mol·L-1NaCl
B:
0.1mol·L-1FeSO4
电流计读数
实验1
pH=1
pH=5
8.4
实验2
pH=1
pH=1
6.5
实验3
pH=6
pH=5
7.8
实验4
pH=6
pH=1
5.5
(资料2)原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大。
(资料3)常温下,0.1mol/LpH=1的FeSO4溶液比pH=5的FeSO4溶液稳定性更好。
根据以上实验结果和资料信息,经小组讨论可以得出以下结论:
①U型管中左池的电极反应式____________。
②对比实验1和2(或3和4),在一定pH范围内,可得出的结论为____________。
③对比实验____________和____________,还可得出在一定pH范围内溶液酸碱性变化对O2氧化性强弱的影响因素。
④对(资料3)实验事实的解释为____________。
【答案】除去水中溶解的氧气,防止氧化Fe2+蒸发浓缩检验晶体中是否含有结晶水防止空气中水蒸气逆向进入装有无水CuSO4的试管,影响实验结果滴入少量K3[Fe(CN)6]溶液,出现蓝色沉淀(或先滴入2滴KSCN溶液,无明显变化,再加入几滴新制氯水,溶液变成红色)4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+当其它条件相同时,硫酸根离子浓度大小影响Fe2+的稳定性。
(或当其它条件相同时,硫酸根离子浓度越大,Fe2+的稳定性较好。
)O2+4e-+4H+=2H2O溶液酸性越强,Fe2+的还原性越弱13(或2和4)其它条件相同时,溶液酸性增强对Fe2+的还原性减弱的影响,超过了对O2的氧化性增强的影响。
故pH=1的FeSO4溶液更稳定。
【解析】
【分析】
I.
(1)亚铁离子具有还原性,在空气中容易被氧化;向FeSO4溶液中加入饱和(NH4)2SO4溶液,需要经过蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤和干燥后得到一种浅蓝绿色的晶体;
(2)①无水硫酸铜遇水变蓝色;空气中也有水蒸气,容易对实验产生干扰;
②检验Fe2+,可以向样品中滴入少量K3[Fe(CN)6]溶液,出现蓝色沉淀,说明存在Fe2+;或先滴入2滴KSCN溶液,无明显变化,再加入几滴新制氯水,溶液变成红色,说明存在Fe2+;
II.(3)①由表可知,pH=4.5的0.8mol/L的FeSO4溶液中,会产生Fe(OH)3沉淀,说明二价铁被氧化成了三价铁,同时和水反应生成Fe(OH)3沉淀;
②0.8mol/L的FeSO4溶液(pH=4.5)和0.8mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2溶液中硫酸根的浓度也不同,可以以此提出假设;
(4)①FeSO4中的铁的化合价为+2价,具有还原性,在原电池中做负极,则左池的碳电极做正极,NaCl中溶解的氧气得电子生成,在酸性环境中生成水;
②实验1和2(或3和4)中NaCl溶液的pH相同,FeSO4溶液的pH不同,且FeSO4溶液的pH越小,电流越小,结合原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大,可以得出结论;
③对比实验1和3(或2和4)发现,FeSO4溶液的pH相同时,NaCl溶液的pH越大,电流越小,结合原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大,可以得出结论;
④对比实验1和4,NaCl溶液的pH增大酸性减弱,FeSO4溶液的pH减小酸性增强,但是电流却减小,结合②③的结论分析。
【详解】
I.
(1)亚铁离子具有还原性,在空气中容易被氧化,在配制溶液时使用到的蒸馏水都必须煮沸、冷却后再使用,目的是:
除去水中溶解的氧气,防止氧化Fe2+;向FeSO4溶液中加入饱和(NH4)2SO4溶液,需要经过蒸发浓缩,冷却结晶、过滤、洗涤和干燥后得到一种浅蓝绿色的晶体;
(2)①无水硫酸铜遇水变蓝色,该装置的实验目的是:
检验晶体中是否含有结晶水;空气中也有水蒸气,容易对实验产生干扰,需要使用浓硫酸防止空气中水蒸气逆向进入装有无水CuSO4的试管,影响实验结果;
②检验Fe2+,可以向样品中滴入少量K3[Fe(CN)6]溶液,出现蓝色沉淀,说明存在Fe2+;或先滴入2滴KSCN溶液,无明显变化,再加入几滴新制氯水,溶液变成红色,说明存在Fe2+;
II.(3)①由表可知,pH=4.5的0.8mol/L的FeSO4溶液中,会产生Fe(OH)3沉淀,说明二价铁被氧化成了三价铁,同时和水反应生成Fe(OH)3沉淀,离子方程式为:
4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+;
②0.8mol/L的FeSO4溶液(pH=4.5)和0.8mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2溶液中硫酸根的浓度也不同,0.8mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2溶液中硫酸根浓度更大,故可以假设:
当其它条件相同时,硫酸根离子浓度大小影响Fe2+的稳定性;或者当其它条件相同时,硫酸根离子浓度越大,Fe2+的稳定性较好;
(4)①FeSO4中的铁的化合价为+2价,具有还原性,在原电池中做负极,则左池的碳电极做正极,NaCl中溶解的氧气得电子生成,在酸性环境中生成水,故电极方程式为:
O2+4e-+4H+=2H2O;
②实验1和2(或3和4)中NaCl溶液的pH相同,FeSO4溶液的pH不同,且FeSO4溶液的pH越小,电流越小,结合原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大,可以得出的结论是:
溶液酸性越强,Fe2+的还原性越弱;
③对比实验1和3(或2和4)发现,FeSO4溶液的pH相同时,NaCl溶液的pH越大,电流越小,结合原电池装置中,其它条件相同时,负极反应物的还原性越强或正极反应物的氧化性越强,该原电池的电流越大,可以得出在一定pH范围内溶液的碱性越强,O2氧化性越强;
④对比实验1和4,NaCl溶液的pH增大酸性减弱,FeSO4溶液的pH减小酸性增强,但是电流却减小,结合②③的结论,和其它条件相同时,溶液酸性增强对Fe2+的还原性减弱的影响,超过了对O2的氧化性增强的影响。
故pH=1的FeSO4溶液更稳定。
4.某小组设计不同实验方案比较Cu2+、Ag+的氧化性。
查阅资料:
Ag++I-=AgI↓K1=1.2×1016;2Ag++2I-=2Ag↓+I2K2=8.7×108
(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,说明氧化性Ag+>Cu2+。
反应的离子方程式是___________________________________________________。
(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
KI溶液
KI溶液AgNO3溶液
ab
KI溶液CuSO4溶液
cd
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-。
其原因一是从K值分析:
______;二是从Cu2+的反应特点分析:
______________________________________________。
【答案】Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+;AgICu2+AgClCuI+2Ag+=Cu2++Ag+AgI2I――2e-=I2将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/LNa2SO4溶液,c中溶液较慢变浅黄,电流计指针偏转K1>K2,故Ag+更易与I_发生复分解反应,生成AgI2Cu2++4I-=2CuI+I2,生成了CuI沉淀,使得Cu2+的氧化性增强
【解析】
【分析】
【详解】
(1)向酸化的硝酸银中插入铜丝,析出黑色固体,溶液变蓝,说明银离子氧化铜,反应生成银单质和铜离子,反应的离子方程式为:
Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+;
(2)经过检验,Ⅱ中溶液含有碘单质,推测铜离子做氧化剂,白色沉淀A为碘化亚铜,沉淀A中加入足量硝酸银溶液得到灰黑色沉淀,过滤得到滤液为蓝色,说明生成了铜离子,滤渣加入浓硝酸得到黄色沉淀为碘化银,溶液中加入稀盐酸生成白色沉淀,说明B为氯化银。
①经检验,Ⅰ中溶液不含I2,黄色沉淀为AgI。
②a.检验滤液无I2。
溶液呈蓝色说明溶液含有铜离子;b.白色沉淀B是氯化银;c.白色沉淀A与AgNO3溶液反应的离子方程式是CuI+2Ag+=Cu2++Ag+AgI。
(3).①a中溶液较快变棕黄色,b中电极上析出银,说明形成原电池,a为负极失去电子发生氧化反应,溶液变黄色是生成了碘单质,电极反应为2I――2e-=I2。
②实验3不能说明铜离子氧化碘离子,依据是空气中的氧气也有氧化作用,设计实验验证了该依据,实验方案及现象为:
将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1mol/LNa2SO4溶液,c中溶液较慢变浅黄,电流计指针偏转。
③方案2中,铜离子氧化碘离子,而银离子未能氧化碘离子的原因,K1>K2,故Ag+更易与I_发生复分解反应,生成AgI。
铜离子氧化碘离子的方程式为:
2Cu2++4I-=2CuI+I2,生成了CuI沉淀,使得Cu2+的氧化性增强。
5.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
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