2020-2021备战高考化学培优专题复习化学能与电能练习题附答案解析
一、化学能与电能
1.电解原理在化学工业中有广泛应用。
I.右图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请完成以下问题:
(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液,则:
①在X极附近观察到的现象是_________________;
②电解一段时间后,该反应总离子方程式_______________________________;若用该溶液将阳极产物全部吸收,反应的离子方程式__________________________。 (2)若用该装置电解精炼铜,电解液a选用CuSO4溶液,则:X电极的材料是____________,电解一段时间后,CuSO4溶液浓度_________(填“增大”、减小”或“不变”)。
(3)若X、Y都是惰性电极,a是溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3,且均为0.1 mol的混合溶液,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_____。
II.右图为模拟工业离子交换膜法电解饱和食盐水制备烧碱的工作原理。
下列说法正确的是____。 A.从E口逸出的气体是Cl2
B.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性 C.标准状况下每生成22.4 L Cl2,便产生2 mol NaOH D.电解一段时间后加适量盐酸可以恢复到电解前的浓度 【答案】 放出气体,溶液变红 2Cl-+2H2O+H2O 纯铜 减小 Cu2+>H+>X3+ BC
【解析】试题分析:本题考查电解的原理和电解原理的应用,离子放电顺序的判断和电化学的计算。
2OH-+Cl2↑+H2↑ Cl2+2OH-= Cl-+ClO-
I. X与外加电源的负极相连,X为阴极,Y为阳极。
(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液。①X电极的电极反应式为2H++2e-=H2↑,X电极附近水的电离平衡(H2O
H++OH-)正向移动,H+继续放电,溶液中c(OH-)?c(H+),溶液呈碱性,
遇酚酞变红色,X极附近观察到的现象是放出气体,溶液变红。②Y电极的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑,电解一段时间后,该反应总离子方程式为2Cl-+2H2O+H2O。
(2)电解精炼铜,粗铜作阳极,纯铜作阴极,X的电极材料为纯铜。阳极(Y电极)的电极反应为:比Cu活泼的金属发生氧化反应和Cu-2e-=Cu2+,阴极(X电极)电极反应式为Cu2++2e-=Cu,根据电子守恒和原子守恒,电解一段时间后CuSO4溶液浓度减小。 (3)由图像知开始通过0.2mol电子析出固体的质量达到最大值,结合阳离子物质的量都为0.1mol,则Cu2+优先在阴极放电,Cu2+的氧化能力最强,继续通电,阴极不再有固体析出,接着H+放电,X3+不放电,则Cu2+、X3+、H+氧化能力由大到小的顺序是Cu2+?H+?X3+。 II.根据Na+的流向可以判断装置左边电极为阳极,右边电极为阴极。A项,右边电极的电极反应为2H++2e-=H2↑,E口逸出的气体是H2,错误;B项,装置图中的阴极室产生NaOH,从B口加入含少量NaOH的水溶液,增大溶液中离子的浓度,增强导电性,正确;C项,n(Cl2)=22.4L?22.4L/mol=1mol,根据电解方程式2NaCl+2H2O气体可以恢复到电解前的浓度,不是盐酸,错误;答案选BC。
2NaOH+H2↑+Cl2↑,生
成NaOH物质的量为2mol,正确;D项,根据元素守恒,电解一段时间后通入适量的HCl
2OH-+H2↑+Cl2↑;
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-
若用该溶液将阳极产物全部吸收,NaOH与Cl2反应的离子方程式为Cl2+2OH= Cl+ClO
2.请从图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水(含酚酞)的实验,要求测定产生的氢气的体积(大于25mL),并检验氯气的氧化性。
(1) A极发生的电极反应式是__________;B极发生的电极反应式是_______________ (2)电极A可能观察到的现象是_________________
(3)设计检测上述气体实验装置时,各接口的正确连接顺序为_______接_______、_______接A,B接_______、_______接_______。
(4)实验中,在盛有KI-淀粉溶液的容器中发生反应的离子方程式为__________________。
【答案】(1)2H+2e==H2↑ 2Cl—2e==Cl2↑+2e
+
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(2)溶液变红,有气体产生 (3)H F G D E C (4)Cl2+2I===2Cl+I2
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【解析】
试题分析:(1)要达到电解食盐水的目的,则电解池中铁棒必须连接电源的负极而作阴极,碳棒则连接电源的正极而作阳极,反之,铁作阳极则Fe进入溶液,无法实现电解食盐水的目的。A极发生的电极反应式是2H+2e==H2↑;B极发生的电极反应式是2Cl—2e==Cl2↑+2e
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-
+
-
-
2+
(2)电源负极接电解池的铁棒,负极区氢离子放电生成氢气和氢氧化钠,所以电极A可能观察到的现象是溶液变红,有气体产生。
(3)电解池左边A导管口产生H2,右边B导管口产生Cl2,以电解池为中心,则有:H←F、G←A、B→D、E→C,相应装置的作用:
(4) 实验中,在盛有KI-淀粉溶液的容器中发生反应的离子方程式为Cl2+2I===2Cl+I2。
考点:本题考查化学反应中的能量变化。
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3.燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为氢氧燃料电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定,请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ,在导线中电子流动方向为 (用a、b 表示)。
(2)负极反应式为 ,正极反应式为 ;
(3)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能。因此,大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下: Ⅰ.2Li+H2
2LiH Ⅱ.LiH+H2O
LiOH+H2↑
反应Ⅰ中的还原剂是 ,反应Ⅱ中的氧化剂是 ; (4)如果该电池是甲烷-氧气燃料电池,负极反应式为 ; (5)如果该电池是肼(N2H4)-氧气燃料电池,负极反应式为 。 【答案】(1)由化学能转变为电能 由a到b (2)2H2-4e+4OH=4H2O,O2+2H2O+4e=4OH
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(3)Li H2O
(4)CH4-8e+10OH=CO3+7H2O
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2-
(5)N2H4-4e+4OH=N2↑+4H2O
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【解析】 试题分析:
(1)氢氧燃料电池属于原电池,所以是将化学能转化为电能的装置,该电池中,通入氢气的电极为负极、通入氧气的电极为正极,负极上失电子发生氧化反应、正极上得电子发生还原反应,所以电子从a电极流向b电极;
(2)负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水,电极反应为2H2-4e+4OH=4H2O;正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,电极反应为O2+2H2O+4e=4OH;
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(3)①2Li+H22LiH,该反应中锂失电子发生氧化反应,所以锂是还原剂;
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2-
LiH+H2O=LiOH+H2↑,该反应中H2O得电子生成氢气,发生还原反应,所以H2O是氧化剂; (4)甲烷-氧气燃料电池,通入甲烷的电极为负极,负极反应式CH4-8e+10OH=CO3+7H2O;
(5)肼(N2H4)-氧气燃料电池,通入肼(N2H4)的电极为负极,负极反应式N2H4-4e+4OH=N2↑+4H2O
考点:考查了原电池工作原理
【名师点晴】写电极反应式要注意结合电解质溶液书写,如果电解质溶液不同,虽然原料相同,电极反应式也不同,如氢氧燃料电池,当电解质为酸溶液里,正极电极反应式为O2+4e+4H=2H2O;当电解质为碱溶液时,负极电极反应式H2-2e+2OH=2H2O,正极电极反应式为O2+4e+2H2O=4OH;当电解质为熔融状态时,正极电极反应为为O2+4e=2O;可见搞清楚电解质环境对电极反应式书写影响很大。
---2--+
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4.已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质(杂质与酸不反应)。某化学兴趣小组在实验室条件下以硫酸铜溶液为电解液,用电解的方法实现了粗铜的提纯,并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定。 步骤一:电解精制:
电解时,粗铜应与电源的_______极相连,阴极上的电极反应式为______________。 电解过程中,硫酸铜的浓度会________(选填:变大、不变、变小)。 步骤二:电解完成后,该小组同学按以下流程对电解液进行处理:
(1)阳极泥的综合利用:
稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液,请你写出该步反应的离子方程式:_____________。残渣含有极少量的黄金。为了回收金,他们查阅了有关资料(见下表):
序号 1 2 反应 Au + 6HNO3(浓)Au3+ + 4Cl-===AuCl4- Au(NO3)3+ 3NO2↑+ 3H2O 化学平衡常数 << 1 >>1
从资料中可知,金很难与硝酸反应,但却可溶于王水(浓硝酸与盐酸按体积比1∶3的混合物),请你从化学平衡移动的角度简要解释金能够溶于王水的原因__________。 (2)滤液含量的测定:以下是该小组探究滤液的一个实验流程:
L-1,Fe2+的浓度为_________mol·L-1 则100mL滤液中Cu2+的浓度为__________mol·
【答案】正 Cu2++ 2e-= Cu 变小 3Ag + 4H++NO3-= 3Ag++ NO↑+ 2H2O 王水中的Cl-与Au3+反应,降低了Au3+的浓度,使平衡向正反应方向移动,Au不断溶解 0.5 0.1 【解析】 【分析】
步骤一:电解精炼铜时,精铜做阴极,粗铜作阳极,阴极上是铜离子得电子;根据锌、铁与硫酸铜发生置换反应分析;
步骤二:(1)金属银可以和硝酸反应得到硝酸银以及水和一氧化氮;金离子可以和氯离子之间发生反应,形成稳定的AuCl4-离子,可以根据化学平衡移动原理来解释; (2)根据化学反应原理结合原子守恒的思想来计算回答。 【详解】
步骤一:在电解精炼铜时,阳极反应是金属锌、铁、镍等先失电子,阴极上是铜离子得电子产生铜,电解反应为:Cu2++2e═Cu,精铜做阴极,粗铜作阳极;硫酸铜的浓度会变小,原因是锌、铁与硫酸铜发生置换反应;
步骤二:(1)金属银可以和稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮和水,反应的离子方程式为:3Ag+4H++NO3-═3Ag++NO↑+2H2O;根据表中的信息,Au+6HNO3(浓)
═Au(NO3)3+3NO2↑+3H2O,并且Au3++4Cl-═AuCl4-,在王水中,含有浓硝酸和浓盐酸,浓盐酸含有大量氯离子,Au3+离子与氯离子形成稳定的AuCl4-离子,使反应1平衡向右移动,则金溶于王水中;
(2)100mL的滤液中含有亚铁离子、铜离子、锌离子,当加入足量的金属Fe以后,会将金属铜全部置换出来,所以生成的3.2g金属是Cu,所以铜离子的浓度
c===0.5mol/L;亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁,在空气中更易被氧化为
2020-2021备战高考化学培优专题复习化学能与电能练习题附答案解析
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