高考化学化学能与电能提高练习题压轴题训练及详细答案Word文档下载推荐.docx
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②NOCl遇水易水解,装置D中氯化钙做干燥剂,吸收水蒸气,防止E中水蒸气进入反应器F中,引起NOCl的水解,故答案为防止E中水蒸气进入F,引起NOCl的水解;
③装置E的目的吸收尾气,防止污染环境,NOCl与氢氧化钠溶液反应生成NaCl、NaNO2和H2O,反应的化学方程式为NOCl+2NaOH=NaCl+NaNO2+H2O,故答案为NOCl+2NaOH=NaCl+NaNO2+H2O;
(3)由间接电化学法示意图可知,阴极上HSO3—放电生成S2O42—,S2O42—在吸收塔中将NO还原为N2,阴极的电极反应式为2HSO3—+2e—+2H+=S2O42—+2H2O,故答案为2HSO3—+2e—+2H+=S2O42—+2H2O。
【点睛】
本题考查化学实验方案的设计与评价,侧重考查分析问题和解决问题的能力,注意化学方程式的书写和排列实验先后顺序的方法,掌握电极反应式的书写方法是解答关键,
2.以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。
某研究小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。
(1)将滤纸用3.5%的NaCl溶液润湿,涂上铁粉、碳粉的混合物,贴在表面皿上。
在滤纸上加几滴检验试剂,再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸,操作如下所示:
①实验ⅰ的现象说明,得电子的物质是_______________________________。
②碳粉的作用是___________________________________________________。
③为了说明NaCl的作用,需要补充的对照实验是_____________________。
(2)向如图示装置的烧杯a、b中各加入30mL3.5%的NaCl溶液,闭合K,指针未发生偏转。
加热烧杯a,指针向右偏转。
①取a、b中溶液少量,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,a中出现蓝色沉淀,b中无变化,b中铁片作________极。
②加热后,指针发生偏转的原因可能是_____________________。
(3)用
(2)中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响,向烧杯a、b中各加入30mL不同质量分数的NaCl溶液,实验记录如下表所示。
实验
a
b
指针偏转方向
I
0.1%
0.01%
向右
II
3.5%
向左
Ⅲ
饱和溶液
①Ⅱ中,b中电极发生的电极反应式是_______________________________。
②Ⅲ中,铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀。
查阅资料可知:
在饱和NaCl溶液中O2浓度较低,钢铁不易被腐蚀。
设计实验证明:
_______________________________。
(4)根据上述实验,对钢铁腐蚀有影响的因素是_______________________________。
【答案】O2与铁组成原电池,作原电池的正极用水代替NaCl溶液进行上述实验正温度升高,Fe还原性增强,反应速率加快Fe-2e-=Fe2+另取两个烧杯,分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液,再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液,然后往其中一个烧杯中通入O2,观察现象温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度
(1)铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池,发生吸氧腐蚀生成氢氧根离子,溶液显碱性,遇到酚酞变红;
(2)①K3[Fe(CN)6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀;
②温度升高,Fe还原性增强,反应速率加快;
(3)①依据不同浓度下,检流计指针偏转方向判断电极,书写电极反应式;
②要证明在饱和NaCl溶液中O2浓度较低,钢铁不易被腐蚀,可以设计对比试验,一个实验中通入氧气,另一个实验中不通入氧气,观察铁的腐蚀情况;
(4)依据上述实验总结归纳解答。
(1)①铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池,酚酞变红说明生成氢氧根离子,发生吸氧腐蚀,故得电子的物质是O2;
②铁与碳以氯化钠溶液为电解质形成原电,铁做原电池负极,碳做正极;
③为了说明NaCl的作用,需要补充的对照实验是,用水做电解质,代替氯化钠进行上述实验;
(2)①K3[Fe(CN)6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀,而取a、b中溶液少量,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,a中出现蓝色沉淀,说明a中生成二价铁离子,b中无变化,b中没有二价铁离子生成,所以a做负极,b做正极;
②加热后,指针发生偏转的原因可能是:
温度升高,Fe还原性增强,反应速率加快;
(3)①依据图表中Ⅱ组数据及指针向左偏转,则可知:
b极为负极,失去电子发生氧化反应,电极反应式:
Fe-2e-=Fe2+;
②要证明氧气浓度对金属腐蚀速率的影响,可以设计对比实验,如下:
另取两个烧杯,分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液,再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液,然后往其中一个烧杯中通入O2,观察现象;
(4)通过上述实验可知:
对钢铁腐蚀有影响的因素是有温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度。
3.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)。
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。
4.钨是我国丰产元素,是熔点最高的金属,广泛用于拉制灯泡的灯丝,有“光明使者”的美誉。
钨在自然界主要以钨(+6价)酸盐的形式存在。
有开采价值的钨矿石是白钨矿和黑钨矿。
白钨矿的主要成分是钨酸钙(CaWO4);
黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐,化学式常写成(FeWO4和MnWO4),钨酸(H2WO4)酸性很弱,难溶于水。
①CaWO4与碳酸钠共热发生复分解反应。
②钨在高温下可与焦炭(C)反应生成硬质合金碳化钨(WC)。
(1)74W在周期表的位置是第_______周期。
(2)写出黑钨矿中FeWO4与氢氧化钠,空气熔融时的化学反应方程式________________________________;
白钨矿粉与碳酸钠共热的化学反应方程式_______________。
(3)工业上,可用一氧化碳、氢气或铝还原WO3冶炼W。
理论上,等物质的量的CO、H2、Al作还原剂,可得到W的质量之比为______。
用焦炭也能还原WO3,但用氢气更具有优点,其理由是_____________________________________。
(4)已知氢氧化钙和钨酸钙(CaWO4)都是微溶电解质,两者的溶解度均随温度升高而减小。
下图为不同温度下Ca(OH)2、CaWO4的沉淀溶解平衡曲线,则T1时Ksp(CaWO4)=_________(mol/L)2。
将钨酸钠溶液加入石灰乳得到大量钨酸钙,发生反应的离子方程式为_____________________________,T2时该反应的平衡常数为__________。
(5)工业上,可用电解法从碳化钨废料中回收钨。
碳化钨作阳极,不锈钢作阴极,盐酸为电解质溶液,阳极析出滤渣D并放出CO2。
写出阳极的电极反应式_______________。
【答案】六4FeWO4+8NaOH+O2
2Fe2O3+4Na2WO4+4H2OCaWO4+Na2CO3
CaCO3+Na2WO42∶2∶3焦炭为固体,得到的金属钨会混有固体杂质,并且用焦炭还可能产生CO等有污染的尾气1×
10-10WO42-+Ca(OH)2=CaWO4+2OH-1×
103mol/LWC-10e-+6H2O=H2WO4+CO2+10H+
(1)W为74号元素,第五周期最后一种元素为56号,第六周期最后一种元素为84号,因此74号在元素周期表的第六周期,故答案为:
六;
(2)FeWO4中的铁为+2价,与氢氧化钠在空气熔融时被空气中的氧气氧化,反应的化学反应方程式为4FeWO4+8NaOH+O2
2Fe2O3+4Na2WO4+4H2O;
白钨矿粉与碳酸钠共热的化学反应方程式为CaWO4+Na2CO3
CaCO3+Na2WO4,故答案为:
4FeWO4+8NaOH+O2
CaWO4+Na2CO3
CaCO3+Na2WO4;
理论上,1mol的CO、H2、Al作还原剂时,转移的电子分别为2mol,2mol,3mol,根据得失电子守恒,得到W的质量之比为2∶2∶3。
用焦炭也能还原WO3,但用氢气更具有优点,因为焦炭为固体,得到的金属钨会混有固体杂质,并且用焦炭还可能产生CO等有污染的尾气,故答案为:
2∶2∶3;
焦炭为固体,得到的金属钨会混有固体杂质,并且用焦炭还可能产生CO等有污染的尾气;
(4)根据图像,T1时KSP(CaWO4)=c(Ca2+)•c(WO42-)=1×
10-5×
1×
10-5=1×
10-10,将钨酸钠溶液加入石灰乳,发生复分解反应,氢氧化钙和钨酸根离子反应生成钨酸钙沉淀,反应的离子方程式为:
WO42-+Ca(OH)2=CaWO4+2OH-,T2时,C(OH-)=10-2mol/L,c(WO42-)=10-7mol/L,平衡常数K等于生成物平衡浓度系数次方之积和反应物平衡浓度系数次方之积,即K=
=
=1×
103,故答案为:
10-10;
WO42-+Ca(OH)2=CaWO4+2OH-;
103;
(5)电解时,阴极是氢离子放电生成氢气,电极反应式是2H++2e-=H2↑,阳极是碳化钨失去电子,发生氧化反应:
WC+6H2O-10e-=H2WO4+CO2↑+10H+,故答案为:
WC+6H2O-10e-=H2WO4+CO2↑+10H+。
5.有A、B两位学生均想利用原电池反应验证金属的活动性顺序,并探究产物的有关性质。
分别设计如图所示的原电池,请完成以下问题:
(1)负极材料:
A池___,B池___。
(2)电极反应式:
A池正极____________________;
B池负极____________________。
由上述实验分析“利用金属活动性顺序表直接判断原电池的正负极”是________(填“可靠”或“不可靠”)。
【答案】MgAl2H++2e-====H2↑Al-3e-+4OH-====AlO2-+2H2O不可靠
【解析】由两装置图可知,A池中电解质为硫酸,镁较活泼作负极,总反应为镁与硫酸反应生成硫酸镁和氢气;
B池中电解质为氢氧化钠溶液,由于铝可以被氢氧化钠溶液溶解,而镁不溶,所以此时铝较活泼,铝作负极,总反应为铝、氢氧化钠、水反应生成偏铝酸钠和氢气。
A池Mg,B池Al。
A池正极2H++2e-====H2↑;
B池负极Al-3e-+4OH-====AlO2-+2H2O。
由上述实验分析“利用金属活动性顺序表直接判断原电池的正负极”是不可靠的。
点睛:
金属的活动性与所处的化学环境有着密切的关系,所以要具体问题具体分析。
本题中镁和铝两种金属,在酸性条件下,镁较活泼,但是在强碱性条件下,铝则较活泼。
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
1
MgAl
稀盐酸
偏向Al
2
AlCu
偏向Cu
3
Al石墨
偏向石墨
4
NaOH溶液
偏向Mg
5
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:
【答案】
(1)不同;
(2)不同;
(3)2H++2e-=H2↑;
(4)
。
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。
7.
(一)下图是实验室用氢气还原氧化铜实验的简易装置。
其中的铜质燃烧匙可以在试管M中上下移动,实验时,先将细铜丝一端被弯成螺旋状,先在空气中加热变黑后再迅速伸入球型干燥管中。
(1)铜质燃烧匙的作用有,。
(2)实验过程中,在试管M中可观察到的现象是,。
(二)原电池与电解池在化学工业中有广泛应用。
如图装置,a为CuCl2溶液,X为Fe棒,Y为碳棒,回答以下问题:
(1)若断开k1,闭合k2,则装置为_____;
X电极上的电极反应式为_____________;
电解质溶液中的阳离子向______极移动(填X或Y);
(2)若线路中通过3.01×
1022的电子,则Y极上析出物质的质量为。
(一)
(1)控制反应的发生和停止与锌构成原电池加快反应速率
(2)铜匙和锌粒表面都有气泡产生锌粒逐渐变小或消失
(二)
(1)原电池Fe-2e-=Fe2+Y
(2)1.6g
(一)
(1)铜质燃烧匙可以上下移动,因此作用之一是的作用有控制反应的发生和停止;
其次铜与锌构成原电池加快反应速率。
(2)锌能与盐酸反应生成氢气,其次铜锌构成原电池,铜是正极,其在表明氢离子放电,所以实验过程中,在试管M中可观察到的现象是铜匙和锌粒表面都有气泡产生、锌粒逐渐变小或消失。
(二)
(1)若断开k1,闭合k2,则装置为原电池,铁是活泼的金属,铁是负极,则X电极上的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+;
电解质溶液中的阳离子向正极移动,即向Y极移动;
1022的电子,即0.05mol电子,Y极是铜离子得到电子,电极反应式为Cu2++2e—=Cu,所以Y极上析出物质的质量为
【考点定位】本题主要是考查原电池原理的应用
【名师点晴】掌握原电池的工作原理是解答的关键,原电池是把化学能转化为电能的装置,原电池中较活泼的金属是负极,失去电子,发生氧化反应。
电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,正极得到电子,发生还原反应,解答时注意灵活应用。
8.新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分别通入CH4和O2,电解质为KOH溶液。
某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化钠溶液电解实验,如图所示。
回答下列问题:
甲烷燃料电池负极的电极反应为________________________。
闭合K开关后,a、b电极上均有气体产生,其中b电极上得到的是____________(填化学式),电解氯化钠溶液的总反应方程式为_________________________;
若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F=9.65×
104C·
mol-1,列式计算),最多能产生的氯气体积为__________L(标准状况)。
(1)CH4+10OH--8e-=CO2↑+7H2O
(2)H22NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑(3)
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