高考化学专题题库∶化学能与电能的综合题及答案

高考化学专题题库∶化学能与电能的综合题及答案
一、化学能与电能
1．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30mL 3.5%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
I0.1%0.01%向右
II0.1% 3.5%向左
Ⅲ 3.5%饱和溶液向右
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
【解析】
【分析】
（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。

【详解】
（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。

2．钛工厂TiCl4烟尘中含有大量的ScCl3、MgCl2及SiO2小颗粒等物质，某研究所利用上述烟尘回收Sc2O3，并制备钛白粉(TiO2)，其工艺流程如下所示：
（1）酸浸过程中，HCl的作用是_______________________。

（2）已知Sc3++3HTBP Sc(TBP)3+3H+，则上述洗脱剂最好选择___________(选填“酸
性”、“碱性”或“中性”)溶液。

在实验室模拟完成上述操作Ⅰ和操作Ⅱ所涉及的玻璃仪器有______________。

（3）草酸“沉钪”得到草酸钪的化学反应类型为____________________________。

（4）在空气中灼烧草酸钪即可得到氧化钪(Sc2O3)，其化学反应方程式为
__________________________。

（5）“水相”的主要离子有TiOCl42-、H+、Cl- 及________，写出加入大量的水并加热发生的相关离子反应方程式__________________________。

（6）钛的冶炼新法是剑桥电解法（如右图）。

以含少量CaCl2的CaO熔融物作为介质，电解时。

在阴极生成的Ca进一步还原TiO2得钛。

写出阳极电极主要反应方程式：__________________________；利用中学所学知识可以预测CaCl2的作用包含增强导电性、___________；F=96500C/mol，当I=0.5A，通电80分钟，理论上获得Ti的质量为__________g（计算表达式）。

【答案】抑制TiOCl42-的进一步水解（多答Mg2+、Sc3+水解亦给分）酸性分液漏斗、烧杯复分解反应3O2+2Sc2（C2O4）32Sc2O3+12CO2Mg2+TiOCl42-+（1+x）
H2O TiO2·xH2O+2H++4Cl-2O2--4e-=O2↑降低CaO的熔点
【解析】
(1)为了防止TiOCl42-、Mg2+、Se3+水解，酸浸过程中加入HCl可以，故答案为：抑制TiOCl42-的进一步水解；
(2)根据Sc3++3HTBP Sc(TBP)3+3H+，则上述洗脱剂最好选择酸性溶液洗涤，可以抑制Sc3+与HTBP的反应；操作Ⅰ和操作Ⅱ为分液，所涉及的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯，故答案为：酸性；分液漏斗、烧杯；
(3)ScCl3与草酸发生复分解反应生成草酸钪，故答案为：复分解反应；
(4)在空气中灼烧草酸钪即可得到氧化钪(Sc2O3)，同时草酸根离子被氧化生成二氧化碳，反应的化学反应方程式为3O2+2Sc2(C2O4)32Sc2O3+12CO2，故答案为：
3O2+2Sc2(C2O4)32Sc2O3+12CO2；
(5)根据流程图，钛工厂TiCl4烟尘中含有大量的ScCl3、MgCl2及SiO2小颗粒等物质，酸浸后，过滤除去了二氧化硅，再用有机溶剂萃取，“水相”中主要离子有TiOCl42-、H+、Cl- 及Mg2+，在水相中加入大量的水并加热促进TiOCl42-水解生成TiO2·xH2O，反应的离子方程式
为TiOCl42-+(1+x)H2O TiO2·xH2O+2H++4Cl-，故答案为：Mg2+；TiOCl42-
+(1+x)H2O TiO2·xH2O+2H++4Cl-；
(6)在阴极，氧化钙被还原生成Ca，被还原的Ca进一步还原TlO2获得钛，电极反应为
Ca2++2e-=Ca、2Ca+TlO2=2CaO+Ti，阳极石墨上氧离子失去电子生成氧气，电极反应式为2O2--4e-=O2↑，电解质为混有氯化钙的熔融的氧化钙，加入氯化钙可以增强电解质的导电性，同时可以降低CaO的熔点，节约能量；电流强度为0.5A，电池工作80分钟，则电量为
0.5A×80×60s=2400C，转移电子的物质的量=，生成Ti的质量
=×48g/mol=×48g，故答案为：2O2--4e-=O2↑；降低CaO 的熔点；×48。

3．某小组研究 Na2S 溶液与 KMnO4溶液反应，探究过程如下。

资料:Ⅰ.MnO4在强酸性条件下被还原为 Mn2+，在近中性条件下被还原为 MnO2.
Ⅱ.单质硫可溶于硫化钠溶液，溶液呈淡黄色。

（1）根据实验可知，Na2S 具有________性。

（2）甲同学预测实验I中S2－被氧化成 SO32-。

①根据实验现象，乙同学认为甲的预测不合理，理由是_______________。

②乙同学取实验Ⅰ中少量溶液进行实验，检测到有 SO42－，得出 S2－被氧化成 SO42－的结论，丙同学否定该结论，理由是_______________。

③同学们经讨论后，设计了如右下图的实验，证实该条件下 MnO4-的确可以将 S2－氧化成SO42－。

a.左侧烧杯中的溶液是__________。

b.连通后电流计指针偏转，一段时间后，_________（填操作和现象），证明S2－被氧化为SO42－。

（3）实验 I 的现象与资料 i 存在差异，其原因是新生成的产物（Mn2+）与过量的反应物（MnO4-）发生反应，该反应的离子方程式是______________。

（4）实验Ⅱ的现象与资料也不完全相符，丁同学猜想其原因与（3）相似，经验证猜想成立，他的实验方案_______。

（5）反思该实验，反应物相同，而现象不同，体现了物质变化不仅与其自身的性质有关，还与__________因素有关。

【答案】还原溶液呈紫色.说明酸性KMnO4溶液过量SO32-能被其继续氧化KMnO4溶液是用H2SO4酸化的，故溶液中检测出SO42-不能证明一定是氧化新生成的0.1mol/LNa2S溶液取左侧烧杯中的溶液,用盐酸酸化后, 滴加BaCl2溶液.观察到有白色沉淀生成2MnO4-
+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+H+将实验I中生成的MnO2分离洗涤后(或取MnO2)，加入0.1mol/LNa2S 溶液.观察到有浅粉色沉淀.且溶液呈淡黄色F证明新生成的MnO2与过量的S 反应.故没得到MnO2 沉淀用量、溶液的酸碱性
【解析】(1)根据实验I可知，高锰酸钾溶液的紫色变浅，说明Na2S 具有还原性，故答案为：还原；
(2)①根据实验现象，溶液呈紫色，说明酸性KMnO4溶液过量，SO32-能被其继续氧化，因此甲的预测不合理，故答案为：溶液呈紫色，说明酸性KMnO4溶液过量，SO32-能被其继续氧化；
②KMnO4溶液是用H2SO4酸化的，故溶液中检测出SO42-不能证明一定是氧化新生成的，因此S2－被氧化成 SO42－的结论不合理，故答案为：KMnO4溶液是用H2SO4酸化的，故溶液中检测出SO42-不能证明一定是氧化新生成的；
③a.根据图示，左侧烧杯中发生氧化反应，为原电池的负极，根据题意，要达到MnO4-将S2－氧化成SO42－的目的，左侧烧杯中的溶液可以是0.1mol/LNa2S溶液，右侧烧杯中的溶液可以是0.1mol/LKMnO4溶液，故答案为：0.1mol/LNa2S溶液；
b.连通后，高锰酸钾与硫化钠溶液发生氧化还原反应，电流计指针偏转，一段时间后，取左侧烧杯中的溶液，用盐酸酸化后，滴加BaCl2溶液，观察到有白色沉淀生成，证明 S2－被氧化为 SO42－，故答案为：取左侧烧杯中的溶液，用盐酸酸化后，滴加BaCl2溶液，观察到有白色沉淀生成；
(3)Mn2+与过量的MnO4-反应生成二氧化锰沉淀，反应的离子方程式为2MnO4-
+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+H+，故答案为：2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+H+；
(4)实验Ⅱ的现象与资料也不完全相符，丁同学猜想其原因与(3)相似，经验证猜想成立，实验方案可以为：将实验I中生成的MnO2分离洗涤后(或取MnO2)，加入0.1mol/LNa2S溶液.观察到有浅粉色沉淀.且溶液呈淡黄色F证明新生成的MnO2与过量的S 反应.故没得到MnO2 沉淀，故答案为：将实验I中生成的MnO2分离洗涤后(或取MnO2)，加入
0.1mol/LNa2S溶液.观察到有浅粉色沉淀.且溶液呈淡黄色F证明新生成的MnO2与过量的
S 反应.故没得到MnO2 沉淀；
(5)反思该实验，反应物相同，而现象不同，体现了物质变化不仅与其自身的性质有关，还与反应物的用量、溶液的酸碱性等因素有关，故答案为：反应物的用量、溶液的酸碱性。

4．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】 Mg Al 2H++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。

(1)负极材料：A池Mg，B池Al。

(2)电极反应式：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。

5．(1)研究性学习小组为了证明铁的金属性比铜强，他设计了如下几种方案，其中合理的是________(填序号)
A．铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出；
B．铁、铜与氯气反应分别生成FeCl3、CuCl2；
C．铜片置于FeCl3溶液中，铜片逐渐溶解(2FeCl3+Cu＝2FeCl2+ CuCl2)
D．铁片、铜片分别置于盛有稀硫酸的烧杯中，铁片上有气泡产生，而铜片无气泡
E．常温下，分别将铁片和铜片置于浓硝酸中，铁片不溶解，而铜片溶解
(2)请你另设计一个能证明铁的金属活动性比铜强的实验。

要求：
a．此方案的原理不同于上述任一合理方案；
b．在方框内绘出实验装置图并注明所需的药品；
c．写出实验过程中的主要实验现象并用相关化学用语解释现象
_______________
现象_______________ 解释_______________
现象_______________ 解释_______________
【答案】AD 铜片表面有气泡 2H++2e-=H2↑铁片逐渐溶解； Fe-
2e-=Fe2+
【解析】
【分析】
(1)根据金属的活泼性顺序表可以确定金属性的强弱；
(2)除了金属活动顺序表外，原电池装置也可以证明两电极材料的金属性强弱。

【详解】
(1)A．铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出，说明金属铁的活泼性强于铜，能证明铁的金属性比铜强，故A正确；
B．铁、铜与氯气反应分别生成FeCl3、CuCl2，证明氯气是氧化性强的物质，能将金属氧化为高价，不能说明铁的金属性比铜强，故B错误；
C．铜片置于FeCl3溶液中，铜片逐渐溶解：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，说明还原性是铜单质强于亚铁离子，不能说明铁的金属性比铜强，故C错误；
D．铁片、铜片分别置于盛有稀硫酸的烧杯中，铁片上有气泡产生，而铜片无气泡，证明金属铁能和硫酸之间发生置换反应，但是铜不能，所以能证明铁的金属性比铜强，故D正确；
E．常温下，分别将铁片和铜片置于浓硝酸中，铁片会钝化，不溶解，而铜片则不会产生钝化现象，会溶解，不能说明铁的金属性比铜强，故E错误；
故选AD；
(2)除了金属活动顺序表外，在原电池中，如果两电极材料都是金属，负极金属的活泼性一般是强于正极金属的活泼性的，如Cu、Fe、硫酸原电池中金属铁是负极，金属铜是正极，
能证明铁的金属性强于铜，设计的原电池装置如：，可观察到的现象
是：铜片表面有气泡放出，发生的电极反应为2H++2e-=H2↑；铁片溶解，发生的电极反应为Fe-2e-=Fe2+。

6．某课外活动小组设计了如下图所示的装置，调节滑动变阻器，控制电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验(此时，止水夹a处于打开状态，止水夹b处于关闭状态)。

实验过程中看到了令人很高兴的现象(阳离子交换膜只允许阳离子和水通过)。

请帮助他们分析并回答下列问题：
（1）写出B装置中的电极反应：
阴极：__________________________________；
阳极：__________________________________。

（2）先后观察到A装置中的现象是：
①烧杯A中导管产生气泡数秒后溶液变红，；
②烧瓶中液面 ______________________________，烧杯A中导管又有气泡冒出。

（3）当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b。

再观察C装置（此溶液经过煮沸，且上层有油膜），若无现象，请说明理由；若有现象，请写出有关反应的化学方程式(是离子反应的写离子方程式)：_______________________；片刻后再向烧杯C 中吹大量空气，则C中的现象是。

【答案】（1）2H2O+2e-=H2↑+2OH-(或2H++2e-===H2↑)，Fe-2e-=Fe2+；（2) ①A烧杯中的水倒吸并产生红色喷泉；②上升到高于左侧导管一定程度后又逐渐下落至与导管相平；（3）Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓，白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。

【解析】
试题分析：（1）根据电解原理，铁做阳极，活动金属作阳极，先失电子，其电极反应式为：Fe－2e－=Fe2＋，Pt作阴极，其电极反应式为：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－；（2）①B装置产生的氢气，进入烧瓶中，使NH3和水接触，利用NH3极易溶于水，造成导管内的压强突然减小，产生喷泉，因此溶液变红，A烧杯中水倒吸并产生红色喷泉；②烧杯A中导管又有气泡冒出，说明B 中不断产生氢气，因此上升到高于左侧导管一定程度后又逐渐下落至与导管相平；（3）关闭止水夹a，打开止水夹b，生成的Fe2＋和NaOH反应，Fe2＋＋2OH－
=Fe(OH)2↓，Fe(OH)2容易被氧气所氧化，出现白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐
色。

考点：考查电解原理、铁化合物的性质等知识。

7．(14分）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）试从下图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，接 ,B接，接。

（2）铁棒接直流电源的极；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）,当测得的氢气换算成标准状况下为5．6 mL时,溶液的pH为。

【答案】（1）G、F、I D、E、C （2）负 2Cl——2e—＝Cl2↑
（3）淀粉—KI溶液变成蓝色（4）12
【解析】
试题分析：（1）根据装置图可知碳棒是阳极，产生氯气。

铁棒是阴极，产生的是氢气，可以通过排水法测量氢气的体积，由于氢气的体积约是6ml，所以选择10ml量筒。

利用淀粉碘化钾检验氯气的氧化性，利用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气，则正确的连接顺序是A 、G、F、I；B、D、E、C。

（2）铁棒是阴极，连接电源的负极，碳棒是阳极，氯离子放电，反应式为2Cl——2e—＝
Cl2↑。

（3）淀粉—KI溶液变成蓝色能说明氯气具有氧化性。

（4）氢气的物质的量是0．0056L÷22．4L/mol＝0．00025mol，则产生氢氧根的物质的量是0．0005mol，浓度是0．0005mol÷0．05L＝0．01mol/L，所以溶液的pH＝12。

考点：考查电解原理的应用
8．铁的单质和化合物在实验和实际生产中都有重要作用。

Ⅰ．某同学将Cl2通入FeCl2和KSCN混合溶液中，现象为：
操作现象
现象1：A中溶液变红
现象2：稍后，溶液由红色变
为黄色
（1）B装置中反应的化学方程式______________________________________________。

（2）A中溶液变红的原因是___________________________________________________。

（3）为探究产生现象2的原因，该同学进行如下实验：
①取少量A中黄色溶液于试管加入NaOH溶液，有红褐色沉淀生成，则溶液中一定存在
____。

②取少量A中黄色溶液于试管中，加入过量KSCN溶液，最终得到血红色溶液。

实验说明，Fe3+与SCN－生成红色Fe（SCN) 3的反应____可逆反应（是或不是）。

（4）该同学根据实验猜想，SCN－可能被氯水氧化。

查资料得知SCN－的电子式为
，
离子反应为：SCN－+８Cl2+9H2O＝SO42－+NO3－+16Cl－+18H+ + CO2 ；
①上述反应中，0.5molSCN－被氧化时转移的电子总数为____个。

②若要检验产物中含有SO42－，常用的化学试剂是________（写试剂名称）。

Ⅱ．高铁电池因原料丰富、绿色环保而倍受关注。

Zn－K2FeO4碱性电池的某电极的放电产物为FeOOH，该极电极为______极，电极反应式为_______________________________。

【答案】2NaOH + Cl2 ＝NaCl + NaClO + H2O Fe2+ 被Cl2氧化产生Fe3+，Fe3+与SCN-反应生成Fe(SCN)3呈红色 Fe3+是 8×6.02×1023氯化钡溶液、盐酸正 FeO42－+3e－+3H2O＝FeOOH+5OH－
【解析】
【分析】
【详解】
试题分析：（1）为防止污染，B中氢氧化钠吸收多余氯气，其化学方程式为： 2NaOH + Cl2 ＝NaCl + NaClO + H2O（2）Cl2可氧化Fe2+生成Fe3+，Fe3+与SCN-反应生成Fe(SCN)3溶液，呈红色.（3）①取A中黄色溶液于试管中，加NaOH溶液，生成红褐色沉淀，说明有氢氧化铁固体生成，所以原溶液中一定存在Fe3+；另取少量A中黄色溶液于试管中，加入过量KSCN溶液，最终得到血红色溶液。

实验说明，Fe3+与SCN－生成红色Fe（SCN) 3是可逆反应。

（4）①、由SCN－的电子式为可S为-2价，C为+4价，N为-3价，所以在方程式SCN－+８Cl2+9H2O＝SO42－+NO3－+16Cl－+18H+ + CO2 中，S元素与N元素被Cl2氧
化，所以1mol反应转移16mole-,则0.5molSCN－被氧化时转移的电子总数为8×6.02×1023个。

②、检验SO42－：加入盐酸酸化后再加BaCl2溶液，产生白色沉淀，说明白色沉淀为硫酸钡，即溶液中有SO42－；II、已知：Zn－K2FeO4碱性电池的某电极的放电产物为FeOOH，可知在该电极Fe由+6价变为+3价，为正极，电极反应式为FeO42－+3e－+3H2O＝
FeOOH+5OH－。

考点：了解常见金属及其重要化合物的主要性质及其应用。

了解氧化还原反应的本质是电子的转移。

了解常见的氧化还原反应。

掌握常见氧化还原反应的配平和相关计算。

了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

点评：本题以铁的化合物的性质为载体综合考查了物质的检验，尾气处理，氧化还原反应的分析与相关计算，电化学电极反应分析与电极反应方程式的书写。

9．（17分）氯气在工农业生产中应用非常广泛。

请回答以下问题：
（1）下面是三位同学分别设计的实验室制取和收集氯气的装置，其中最好的是（填序号）：
（2）某课外小组同学用如图所示装置通过电解食盐水并探究氯气相关性质，请回答：
①现有电极:C和Fe供选择，请在虚框中补画导线、电源（），串联变阻器以调节电流，同时标出电极材料；电解的离子反应方程式
为。

②通电一段时间后，玻璃管A、B、C三处是浸有不同溶液的棉花，其中A、B两处的颜色变化分别为、；C处发生的离子反应方程式为。

③为防止氯气逸出造成污染，应采取的措施是。

（3）当在阴极收集到气体448mL（标准状况）后停止实验，将U形管溶液倒于量筒中测得体积为400mL，则摇匀后理论上
．．．计算得溶液pH= 。

【答案】（1）（2分）B
（2）①见右图：（2分） 2Cl-+2H2O====Cl2↑+H2↑+2OH-（3分）
②无色变蓝色
．．（2分）
．．（2分）、浅绿色变黄色
Cl2+SO32-+H2O==2Cl-+ SO42-+2H+（2分）
③在D处放一团浸有NaOH溶液的棉花（或将尾气通入盛有NaOH溶液的烧杯中。

2分）（3）（2分）13
【解析】
试题分析：（1）氯气在水中的溶解度不大，A装置用加热氯水的方法制氯气得到的氯气较少；氯气有毒，应进行尾气处理，装置C缺少尾气处理装置；实验室制取和收集氯气的装置最好的是B；（2）①通过电解食盐水制备氯气并探究氯气相关性质，氯气为阳极产物，产生氯气的电极应与电源的正极相连，装置图见答案；电解的离子反应方程式为2Cl-
+2H2电解2↑+H2↑+2OH-；②通电一段时间后，玻璃管A处氯气与碘化钾反应生成单质碘，碘遇淀粉变蓝色；B处氯气与氯化亚铁反应生成氯化铁，由浅绿色变黄色；C处氯气与亚硫酸钠溶液反应生成硫酸钠和盐酸，发生的离子反应方程式为Cl2+SO32-+H2O==2Cl-+ SO42-+2H+；③为防止氯气逸出造成污染，应采取的措施是在D处放一团浸有NaOH溶液的棉花（或将尾气通入盛有NaOH溶液的烧杯中）；（3）阴极收集到的气体为H20.448L，
n(H2)=0.448L÷22.4L/mol=0.02mol；由方程式：2Cl-+2H2电解2↑+H2↑+2OH- 得：
n(OH-)=0.02mol×2=0.04mol；c(OH-)=0.04mol÷0.4L=0.1mol/L 则pH=14-(-lg10-1)=13。

考点：考查氯气的制备和性质，电解原理的应用。

10．类比是化学学习中常用的方法之一，已知硝酸能把铁氧化成Fe(NO3)3，但当铁过量时，产物是Fe(NO3) 2。

某同学受此启发，提出一个相似的观点：氯气与铁粉反应，当 Cl2足量时生成 FeCl3，当铁粉过量时产物是FeCl2 。

为验证该观点是否正确，该同学将一根细的纯铁丝分别在足量和少量的Cl2中点燃，取其表面生成物并分别编号为A、B，然后通过实验确定其成分。

探究过程如下：
提出假设：A是FeCl3，B是FeCl2 。

（1）设计实验方案：分别取 A、B 的溶液均进行以下实验，但实验现象相同。

请填写下表中的相应空格。

实验方法实验现象结论
分别向A、B溶液中加KSCN溶液____________________固体物质中有FeCl3
（2）根据上述实验结论，写出Cl2与铁粉加热时发生反应的化学方程式
____________________。

（3）为进一步探究 FeCl3溶液的性质，他又利用 A 溶液做了如下一些实验，其中明显错误的是____（填写序号）。

A．将 A 溶液滴入淀粉碘化钾溶液中，可得到蓝色液体，该液体能产生丁达尔现象
B．向 A 溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，溶液颜色加深
C．在 A 溶液中滴加NaOH浓溶液，出现红褐色沉淀
D．将 A 溶液加热蒸干并灼烧，得到FeCl3固体
（4）FeCl3溶液常作印刷电路铜板腐蚀剂，腐蚀后的废液中含有 FeCl3、FeCl2、CuCl2，某研究性学习小组的同学们设计了两种从废液中回收 Cu的方案：
方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，过滤。

在所得滤渣中加入足量的盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜。

该方案中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为_____________________。

方案2：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的 pH=1，用铜和石墨作电极进行电解。

当观察到阴极上有少量气泡产生时，即停止电解，这时要回收的 Cu 已全部析出。

该方案中铜作_________极，该电极上所发生的电极反应为（若有多个电极反应，请按照反应发生的先后顺序全部写出）____________________。

方案2在电极上直接回收铜，操作上比方案 1简便，但方案 2 也有不足之处，主要表现为____。

【答案】溶液变红色 FeCl2 2Fe+3Cl2Δ
2FeCl3 BD Fe3+＞Cu2+> H +> Fe2+阴 Fe3++e-
=Fe2+、Cu2++2e-=Cu 、2H++2e-=H2↑污染性气体Cl2产生；使用了电解装置，成本较高等【解析】
【分析】
【详解】
（1）铁离子与KSCN溶液反应溶液显红色，则实验现象是溶液变红色，KMnO4溶液颜色无明显变化，说明不存在氯化亚铁；
（2）根据以上分析可知铁与氯气反应只能生成氯化铁，反应的化学方程式为
2Fe+3Cl2Δ
2FeCl3；
（3）A．将A溶液滴入淀粉碘化钾溶液中，可得到蓝色液体，这是由于碘化钾被氧化为单质碘，淀粉溶于水能形成胶体，因此该液体能产生丁达尔现象，A正确；
B．向 A 溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，生成亚铁离子，溶液颜色变浅，B错误；C．在 A 溶液中滴加NaOH浓溶液，出现红褐色沉淀，该沉淀是氢氧化铁，C正确；D．氯化铁水解生成氢氧化铁和氯化氢，水解吸热，且生成的氯化氢挥发，所以将 A 溶液加热蒸干得到氢氧化铁，并灼烧得到氧化铁固体，D错误；
答案选BD；
（4）方案1：四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为Fe3+＞Cu2+>H +>Fe2+；
方案2：要回收铜，即铜离子放电形成铜，所以铜应该作阴极；氧化性是铁离子强于铜离子，铜离子强于氢离子，则阴极电极反应式依次为Fe3++e-= Fe2+、Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑；用于使用了电解装置，成本较高等，且阴极氯离子放电产生污染性气体Cl2。