2020-2021化学 化学能与电能的专项 培优 易错 难题练习题附答案解析

2020-2021化学化学能与电能的专项培优易错难题练习题附答案解析
一、化学能与电能
1．某小组同学利用如图所示装置进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验：
装置分别进行的操作现象
i．连好装置一段时间后，向烧杯中滴
加酚酞
ii．连好装置一段时间后，向烧杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液铁片表面产生蓝色沉淀
(1)小组同学认为以上两种检验方法，均能证明铁发生了吸氧腐蚀。

①实验i中的现象是___。

②用电极反应式解释实验i中的现象：___。

(2)查阅资料：K3[Fe(CN)6]具有氧化性。

①据此有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是___。

②进行下列实验，在实验几分钟后的记录如下：
实验滴管试管现象
0.5mol·L-
1K3[Fe(CN)6]溶液iii．蒸馏水无明显变化
iv．1.0mol·L-1NaCl溶液
铁片表面产生大量蓝
色沉淀
v．0.5mol·L-1Na2SO4溶液无明显变化
以上实验表明：在有Cl-存在条件下，K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应。

为探究Cl-的存在对反应的影响，小组同学将铁片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗净)后再进行实验iii，发现铁片表面产生蓝色沉淀。

此补充实验表明Cl-的作用是___。

(3)有同学认为上述实验仍不够严谨。

为进一步探究K3[Fe(CN)6]的氧化性对实验ii结果的影响，又利用（2）中装置继续实验。

其中能证实以上影响确实存在的是__(填字母序号)。

实验试剂现象
A酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2)产生蓝色沉淀
(4)综合以上实验分析，利用实验ii中试剂能证实铁发生了电化学腐蚀的实验方案是：连好装置一段时间后，___(回答相关操作、现象)，则说明负极附近溶液中产生了Fe2＋，即发生了电化学腐蚀。

【答案】碳棒附近溶液变红 O2＋4e-＋2H2O=4OH- K3[Fe(CN)6]可能氧化Fe生成Fe2＋，会干扰由于电化学腐蚀负极生成Fe2＋的检验 Cl-破坏了铁片表面的氧化膜 AC 取铁片(负极)附近溶液于试管中，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若出现蓝色沉淀
【解析】
【分析】
(1)①实验i中，发生吸氧腐蚀，在碳棒附近溶液中生成OH-，使酚酞变色。

②在碳棒上，发生O2得电子生成OH-的电极反应。

(2)①据此有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是既然
K3[Fe(CN)6]具有氧化性，就可直接与Fe作用。

②用稀硫酸酸洗后，铁片表面的氧化膜去除，再进行实验iii，铁片表面产生蓝色沉淀，则Cl-的作用与硫酸相同。

(3)A. 酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2)反应产生蓝色沉淀，表明K3[Fe(CN)6]能与铁作用生成Fe2+；
B.酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2) 反应产生蓝色沉淀，可能是
K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，也可能是铁片发生了吸氧腐蚀；
C. 铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)反应产生蓝色沉淀，只能是Cl-破坏氧化膜，然后K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+；
D. 铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2) 反应产生蓝色沉淀，可能是铁片与盐酸直接反应生成Fe2+，也可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+。

(4)为证实铁发生了电化学腐蚀，可连好装置一段时间后，不让K3[Fe(CN)6]与Fe接触，而是取Fe电极附近的溶液，进行Fe2+的检验。

【详解】
(1)①实验i中，发生吸氧腐蚀，碳棒为正极，发生O2得电子生成OH-的反应，从而使碳棒附近溶液变红。

答案为：碳棒附近溶液变红；
②在碳棒上，O2得电子生成OH-，电极反应式为O2＋4e-＋2H2O=4OH-。

答案为：O2＋4e-＋2H2O=4OH-；
(2)①有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是既然K3[Fe(CN)6]具有氧化性，就有可能发生K3[Fe(CN)6]与Fe的直接作用。

答案为：K3[Fe(CN)6]可能氧化Fe生成Fe2＋，会干扰由于电化学腐蚀负极生成Fe2＋的检验；
②用稀硫酸酸洗后，铁片表面的氧化膜被破坏，再进行实验iii，铁片表面产生蓝色沉淀，
则Cl-的作用与硫酸相同，也是破坏铁表面的氧化膜。

答案为：Cl-破坏了铁片表面的氧化膜；
(3)A. 已除O2的铁片不能发生吸氧腐蚀，只能发生铁片、K3[Fe(CN)6]溶液的反应，从而表明K3[Fe(CN)6]能与铁作用生成Fe2+，A符合题意；
B.酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2)，同时满足两个反应发生的条件，既可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，也可能是铁片发生了吸氧腐蚀，B不合题意；
C. 铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)，不能发生吸氧腐蚀，只能是Cl-破坏氧化膜，然后K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，C符合题意；
D. 铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2) 反应产生蓝色沉淀，可能是铁片与盐酸直接反应生成Fe2+，也可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，D不合题意。

答案为：AC；(4)为证实铁发生了电化学腐蚀，可连好装置一段时间后，取Fe电极附近的溶液，放在另一仪器中，加入K3[Fe(CN)6]溶液，进行Fe2+的检验。

答案为：取铁片(负极)附近溶液于试管中，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若出现蓝色沉淀。

【点睛】
在进行反应分析时，我们需明确Cl-的作用，它仅能破坏铁表面的氧化膜，而不是充当铁与K3[Fe(CN)6]反应的催化剂，从硫酸酸洗铁片，命题人就给我们做了暗示。

2．现需设计一套实验装置来电解饱和食盐水,并测量电解产生的氢气的体积（约6 mL）和检验氯气的氧化性（不应将多余的氯气排入空气中）。

（1）试从上图图1中选用几种必要的仪器,连成一整套装置,各种仪器接口的连接顺序（填编号）是:A接______,B接______。

（2）碳棒上发生的电极反应为_______。

（3）能说明氯气具有氧化性的实验现象是_______。

（4）假定装入的饱和食盐水为50 mL（电解前后溶液体积变化可忽略）,当测得的氢气为5.6 mL（已折算成标准状况）时,溶液的pH为____。

（5）工业上采用离子交换膜法电解饱和食盐水，如上图图2，该离子交换膜是__（填“阳离子”或“阴离子”）交换膜，溶液A是_______（填溶质的化学式）
【答案】G、F、I D、E、C 2Cl--2e-=Cl2↑淀粉-KI溶液变成蓝色 12 阳离子 NaOH 【解析】
【分析】
(1)实验的目的是电解饱和食盐水，并测量电解产生的氢气的体积(约6 mL)和检验氯气的氧化性，结合装置的作用来连接装置；
(2)实验目的生成氢气和氯气，所以铁应为阴极，碳棒为阳极；
(3)氯气具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，使淀粉碘化钾溶液变蓝色说明；
(4)电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H 2O 2NaOH+H 2↑+Cl 2↑，利用公式c=n V 来计算NaOH 的物质的量浓度，然后求出氢离子的浓度，最后求出pH ；
(5)氢气在阴极生成，则b 为阴极，a 为阳极，阳离子向阴极移动，则离子交换膜允许阳离子通过；a 极上氯离子失电子，生成氯气同时溶液中生成NaOH 。

【详解】
(1)产生的氢气的体积用排水量气法，预计H 2的体积6ml 左右，所以选I 不选H ，导管是短进长出，所以A 接G ，用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B 接D ，氯气要进行尾气处理，即E 接C ；
(2)实验目的生成氢气和氯气，所以铁应为阴极，连接电源负极，碳棒为阳极，所以炭棒接直流电源的正极，电极反应：2Cl --2e -═Cl 2↑；
(3)氯气具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，碘单质遇到淀粉变蓝色，使淀粉碘化钾溶液变蓝色说明氯气具有氧化性；
(4)因电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H 2O 2NaOH+H 2↑+Cl 2↑，当产生的H 2的体积
为5.6mL 时，物质的量n=35.610L 22.4L /mol
-⨯=2.5×10-4mol ，生成氢氧化钠的物质的量为5×10-4mol ，所以溶液中NaOH 的物质的量浓度=4510mol 0.05L
-⨯═0.01mol/L ，所以氢离子的浓度=14
100.01
-mol/L=1×10-12mol/L ，pH=12； (5)氢气在阴极生成，则b 为阴极，a 为阳极，阳离子向阴极移动，则离子交换膜允许阳离子通过，所以离子交换膜为阳离子交换膜；a 极上氯离子失电子，生成氯气同时溶液中生成NaOH ，所以溶液A 是NaOH 。

【点睛】
分析电解过程的思维程序：①首先判断阴阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极；②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴阳离子两组；③然后排出阴阳离子的放电顺序：阴极:阳离子放电顺序：Ag +>Fe 3+>Cu 2+>H +>Fe 2+>Zn 2+>H +；阳极：活泼电极>S 2->I ->Br ->Cl ->OH -；如果阳极材料是活性金属如Fe 或Cu 为阳极，则阳极本身被氧化。

3．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。

请回答下列问题：
（1）上述实验中发生反应的化学方程式有__________________________________； （2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是____________________________； （3）实验室中现有24Na SO 、4MgSO 、24Ag SO 、24K SO 等4中溶液，可与实验中4CuSO 溶液起相似作用的是______________________________________；
（4）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措旌有________（答两种）；
（5）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。

将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn 粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录
获得相同体积的气体所需时间。

①请完成此实验设计，其中：V1=______，V6=______，V9=______；
CuSO溶液时，生成氢气的速率会大大提高。

但②该同学最后得出的结论为：当加入少量4
CuSO溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。

请分析氢气生成速率下当加入的4
降的主要原因________________________________________________________
【答案】Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成铜锌原电池，加快了氢气产生的速率 Ag2SO4升高反应温度、适当增加硫酸的浓度（答案合理即可） 30 10 17.5 当加入一定量的硫酸铜后，生成的单质铜会沉积在锌的表面，降低了锌与溶液的接触面积
【解析】
【详解】
（1）在稀硫酸中加入硫酸铜后发生了两个反应：CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu、Zn＋
H2SO4=ZnSO4＋H2↑。

（2）由于Zn与反应生成的Cu及硫酸铜溶液组成了CuZn原电池，大大加快了生成氢气的反应速率。

（3）只要是比锌的金属性弱的金属都可以与锌组成原电池，都可以加快生成氢气的反应速率，故在所给的物质中只有Ag2SO4符合题意。

（4）要加快生成氢气的反应速率，还可以采取如下措施：升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。

（5）①因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响，故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同，则硫酸溶液的体积均取 30 mL，根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20 mL，可以求得V6＝10 mL， V9＝17.5 mL。

②由于析出的铜的量较多，会覆盖在锌的表面，使得锌与稀硫酸接触面积大大减小，故反应速率反而减慢。

4．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)+H2O2CrO42-(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
2-
27
2-
4
c(Cr O)
c(CrO)
_____（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）。

实验ⅰⅱⅲⅳ
是否加入
Fe2(SO4)3
否否加入5g否
是否加入H2SO4否加入1mL加入1mL加入1mL
电极材料阴、阳极均为石
墨
阴、阳极均为石
墨
阴、阳极均为石
墨
阴极为石墨，
阳极为铁
Cr2O72-的去除率/%0.92212.720.857.3
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)+H2OƒCrO42-(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 +=2Cr 3++3I 2+7H 2O Cr 2O 72-+6e -+14H +=2Cr 3++7H 2O 阳极Fe 失电子生成Fe 2+，Fe 2+与Cr 2O 72-在酸性条件下反应生成Fe 3+，Fe 3+在阴极得电子生成Fe 2+，继续还原Cr 2O 72-，Fe 2+循环利用提高了Cr 2O 72-
的去除率
【解析】
【分析】
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。

【详解】
（1）由Cr 2O 72-(橙色)+H 2O 2CrO 42-(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。

（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。

我认为不
需要再设计实验证明，故填否。

理由是：Cr 2O 72-(橙色)+H 2O ƒCrO 42-(黄色)+2H +正向是吸热反应，浓H 2SO 4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，2-27c(Cr O )减小，而2-
4c(CrO ) 增大，故2-272-4c(Cr O )c(CrO )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H 2SO 4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，CrO 42-转化为Cr 2O 72-
，Cr 2O 72-可以在酸性条件下将I -氧化，而在碱性条件下，CrO 42-不能将I -氧化，说明+6价铬
盐氧化性强弱为：Cr 2O 72-大于CrO 42-；此过程中发生的氧化还原反应的离子方程式是
Cr 2O 72-+6I -+14H +=2Cr 3++3I 2+7H 2O 。

（5）①实验ⅱ中，Cr 2O 72-在阴极上放电被还原为Cr 3+，硫酸提供了酸性环境，其电极反应
式是Cr 2O 72-+6e -+14H +=2Cr 3++7H 2O 。

②由实验ⅲ中Fe 3+去除Cr 2O 72-的机理示意图可知，加入Fe 2(SO 4)3溶于水电离出Fe 3+，在直流电的作用下，阳离子向阴极定向移动，故Fe 3+更易在阴极上得到电子被还原为Fe 2+，Fe 2
+在酸性条件下把Cr 2O 72-还原为Cr 3+。

如此循环往复，Fe 3+在阴极得电子生成Fe 2+，继续还原
Cr 2O 72-，Fe 2+循环利用提高了Cr 2O 72-的去除率。

由此可知，实验iv 中Cr 2O 72-去除率提高较多的原因是：阳极Fe 失电子生成Fe 2+，Fe 2+与Cr 2O 72-在酸性条件下反应生成Fe 3+，Fe 3+在阴极得电子生成Fe 2+，继续还原Cr 2O 72-，故在阴阳两极附近均在大量的Fe 2+，Fe 2+循环利用提高了Cr 2O 72-的去除率。

【点睛】
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。

5．某小组设计不同实验方案比较Cu 2+、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
1.0 mol/L
KI溶液
1.0
mol/LAgNO3溶
液
Ⅰ．产生黄色沉淀，溶液无色
1.0
mol/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 1 mol/L，b、d中溶液pH≈4）
① a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，Cu 2+能氧化I -,而Ag +未能氧化I -的原因：_______。

（资料：Ag + + I - = AgI↓ K 1 =1.2×1016；2Ag + + 2I - = 2Ag↓+ I 2 K 2 = 8.7×108）
【答案】Cu+2Ag +=2Ag+Cu 2+ AgI Cu 2+ AgCl CuI+2Ag +=Cu 2++Ag+AgI 222I e I ---= 将
d 烧杯内的溶液换为pH≈4的1 mol/L 24Na SO 溶液，c 中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏
转 K 1＞K 2，故Ag +更易与I -发生复分解反应，生成AgI 2Cu 2+ + 4I - = 2CuI + I 2 ，生成了CuI
沉淀，使得2Cu +的氧化性增强
【解析】
（1）向酸化的AgNO 3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222Cu Ag Ag Cu ++
+=+，说明氧化性Ag +＞Cu 2+，故答案为222Cu Ag Ag Cu +++=+；
（2）① 经检验，Ⅰ中溶液不含I 2，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I 2，说明Cu 2+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I 2。

溶液呈蓝色说明溶液含有Cu 2+，故答案为Cu 2+；
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AgNO 3溶液反应生成了Cu 2+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22CuI Ag Cu Ag AgI +++=++，说明氧化性Ag +＞Cu 2+，故答案为
22CuI Ag Cu Ag AgI +++=++；
（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222I e I ---=，故答案为222I e I ---=；
② “实验3”不能说明Cu 2+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1 mol/L 24Na SO 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1 mol/L 24Na SO 溶液，c 中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转；
③Ag + + I - = AgI↓ K 1 =1.2×1016；2Ag + + 2I - = 2Ag↓+ I 2 K 2 = 8.7×108，K 1＞K 2，故Ag +更易与I -
发生复分解反应，生成AgI 。

2Cu 2+ + 4I - = 2CuI + I 2 ，生成了CuI 沉淀，使得2Cu +的氧化性
增强，因此方案2中，Cu 2+能氧化I -，而Ag +未能氧化I -，故答案为K 1＞K 2，故Ag +更易与
I -发生复分解反应，生成AgI 。

2Cu 2+ + 4I - = 2CuI + I 2 ，生成了CuI 沉淀，使得2Cu +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．某兴趣小组利用电解装置，探究“铁作阳极”时发生反应的多样性，实验过程如下。

I.KCl作电解质
（1）一定电压下，按图-1装置电解，现象如下：
石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解。

5min后U型管下部出现灰绿色固体，之后铁电极附近也出现灰绿色固体，10min后断开K。

按图-2进行实验。

①石墨电极上的电极反应式是________。

②确认灰绿色固体中含有Fe2+的实验现象是_______。

③灼烧晶体X，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色。

结合平衡移动原理，解释“试管i中析出白色晶体”的原因是_______。

（2）其他条件不变时，用图-3装置重复实验，10min后铁电极附近溶液依然澄清，断开K。

按图-4进行实验
①盐桥的作用是_______。

②与实验I中vi、vii与ii~v中的现象比较，可以得出的结论是（答两点）：_______。

II.KOH作电解质
（3）用图-1装置电解浓KOH溶液，观察到铁电极上立即有气体生成，附近溶液逐渐变为淡紫色（），没有沉淀产生。

①铁电极上OH-能够放电的原因是______。

②阳极生成的总电极反应式是______。

③某同学推测生成的必要条件是浓碱环境，将图-5中的实验方案补充完整，证实推测成立。

______
【答案】2H+ + 2e－= H2↑（或2H2O + 2e－ = 2OH－ + H2↑）试管iii中生成蓝色沉淀，试管v中没有蓝色沉淀试管i中存在溶解平衡：KCl （s）K+ (aq)+ Cl－(aq)，滴加12 mol/L的盐酸，增大c（Cl－），平衡逆向移动，析出KCl晶体阻碍OH－向阳极迁移，避免灰绿色固体生成本实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+ ，Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为Fe3+c(OH－)增大，反应速率加快（更容易放电）Fe －6e－+ 8OH－= FeO42- +4H2O 水；生成红褐色沉淀和无色气体
【解析】(1)①石墨电极为阴极，溶液中的氢离子放电生成氢气，电极反应式为2H+ + 2e－= H2↑(或2H2O + 2e－ = 2OH－ + H2↑)，故答案为：2H+ + 2e－= H2↑(或2H2O + 2e－ = 2OH－ +
H2↑)；
②灰绿色固体用盐酸溶解后的溶液中加入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，灰绿色悬浊液过滤后的溶液中加入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生成，说明灰绿色悬浊液中含有Fe2+，故答案为：试管iii中生成蓝色沉淀，试管v中没有蓝色沉淀；
③灼烧晶体X，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色，说明含有钾元素，是因为试管i中存在溶解平衡：KCl (s) K+ (aq)+ Cl－(aq)，滴加12 mol/L的盐酸，增大c(Cl－)，平衡逆向移动，析出KCl晶体，白色晶体为氯化钾晶体，故答案为：试管i中存在溶解平衡：KCl(s) K+ (aq)+ Cl－(aq)，滴加12 mol/L的盐酸，增大c(Cl－)，平衡逆向移动，析出KCl晶体；
(2)①盐桥中的氯离子代替氢氧根离子向阳极移动，避免灰绿色固体生成，故答案为：阻碍OH－向阳极迁移，避免灰绿色固体生成；
②根据实验I中vi、vii与ii~v中的现象比较可知，①vii中加入铁氰化钾溶液后生成大量蓝色沉淀，说明在使用盐桥的实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+ ，vi中溶液在加入KSCN溶液后呈浅红色，说明Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为Fe3+，故答案为：本实验条件下铁在阳极区的产物主要为Fe2+ ；Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为Fe3+；
(3)①c(OH－)增大，反应速率加快，使得铁电极上OH-能够放电，故答案为：c(OH－)增大，反应速率加快(更容易放电)；
②阳极上生成的氧气能够将亚铁离子氧化生成FeO42-，反应的总电极反应式为Fe －6e－+ 8OH－= FeO42- +4H2O，故答案为：Fe －6e－+ 8OH－= FeO42- +4H2O；
③要推测生成FeO42-的必要条件是浓碱环境，只需要改变溶液的碱性，看是否仍然生成FeO42-即可，实验方案为：将淡紫色(FeO42-)溶液加入水中稀释，使溶液的碱性减弱，
4FeO42-+10H2O⇌4Fe(OH)3↓+8OH-+3O2↑，看到生成红褐色沉淀和无色气体，即可说明生成FeO42-的必要条件是浓碱环境，故答案为：水；生成红褐色沉淀和无色气体。

点睛：本题以“铁作阳极”时发生反应的多样性探究实验考查了电解原理的应用。

本题的难度中等，掌握铁及其化合物的性质和离子的检验是解题的关键。

本题的易错点和难点为(3)③实验的设计，需要理解实验的目的并掌握高铁酸根离子的水解方程式。

7．工业上用某矿渣(含有Cu2O、Al2O3，Fe2O3、SiO2)制取铜的操作流程如下：
已知：Cu2O＋2H＋= Cu＋Cu2＋＋H2O
（1）实验操作Ⅰ的名称为；在空气中灼烧固体混合物D时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有 (填仪器名称)。

（2）滤液A中铁元素的存在形式为 (填离子符号)，生成该离子的离子方程式
为，检验滤液A中存在该离子的试剂为 (填试剂名称)。

（3）金属E与固体F发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为。

（4）常温下，等pH的NaAlO2和NaOH两份溶液中，由水电离出的c(OH－)前者为后者的108倍，则两种溶液的pH＝。

（5）利用电解法进行粗铜精炼时，下列叙述正确的是 (填代号)。

a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu2＋浓度减小
d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系
（6）从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水中选用合适的试剂，测定粗铜样品中金属铜的质量分数，涉及的主要步骤为：称取一定质量的样品→→过滤、洗涤、干燥→称量剩余固体铜的质量。

(填缺少的操作步骤，说出主要操作方法，不必描述操作过程的细节)
【答案】（1）过滤；坩埚；
（2）Fe2＋；Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋；硫氰化钾溶液和新制氯水或铁氰化钾溶液；
（3）2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3；（4）11；
（5）b c；（6）将浓硫酸用蒸馏水稀释，使样品与足量稀硫酸充分反应。

【解析】
试题分析：（1）操作I得到液体和固体，因此操作步骤为过滤；灼烧固体需要在坩埚中进行，因此缺少的是坩埚；
（2）Cu2O在酸性条件生成Cu，Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O，Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，因此铁元素以Fe2＋形式存在；检验Fe2＋：先加KSCN溶液，观察溶液颜色，然后再加氯水，如果溶液变为红色，说明含有Fe2＋，也可以用K3Fe(CN)6，如果产生蓝色沉淀，说明有Fe2＋；（3）焊接钢轨，采用铝热反应，即2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3；
（4）设pH=x，NaOH溶液中水电离出c(OH－)=c(H＋)=10－x，则NaAlO2中水电离的c(OH －)=10(8－x)，NaAlO2的pH=10－14/10(8－x)=10(x－22)，两者pH相等，则有x=22－x，解得x=11；（5）a、电解过程一部分能量转化成热能，故错误；b、精炼铜时，粗铜作阳极，发生氧化反应，纯铜作阴极，化合价降低，发生还原反应，故正确；c、粗铜中含有锌、铁等杂质，Zn－2e－=Zn2＋，阴极上：Cu2＋＋2e－=Cu，溶液Cu2＋略有降低，故正确；d、阴极：Cu2＋＋2e －=Cu，能够得到通过的电量和析出铜的量的关系，故错误；(6) 将浓硫酸用蒸馏水稀释，使样品与足量稀硫酸充分反应。

考点：考查物质的提纯、离子检验、铝热反应、电解过程等知识。

8．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）：
序号反应化学平衡常数
1Au + 6HNO 3（浓）Au(NO3)3+ 3NO2↑+ 3H2O<< 1
2Au3+ + 4Cl-===AuCl4->>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__________。