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
－
－
＋
－
－
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--+
--－
－
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
