高考化学—化学能与电能的综合压轴题专题复习及答案(1)

高考化学—化学能与电能的综合压轴题专题复习及答案(1)一、化学能与电能1．某同学设计了甲烷燃料电池并探究某些工业电解原理(如图所示)，其中乙装置为探究氯碱工业原理(X为阳离子交换膜，C为石墨电极)，丙装置为探究粗铜精炼原理。

请回答下列问题：(1)从 a口通入的气体为_______。

(2)B电极的电极材料是________。

(3)写出甲中通甲烷一极的电极反应式：________________________________ 。

(4)写出乙中发生的总反应的离子方程式为________________________________。

【答案】氧气粗铜 CH4 -8e- + 10OH- = CO32－+ 7H2O 2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－【解析】【分析】乙装置为探究氯碱工业原理，说明铁电极为阴极，则b为电源的负极，即通入甲烷，a为电源的正极，通入氧气。

丙为电解精炼铜，则A为精铜，B为粗铜。

【详解】乙装置为探究氯碱工业原理，说明铁电极为阴极，则b为电源的负极，即通入甲烷，a为电源的正极，通入氧气。

丙为电解精炼铜，则A为精铜，B为粗铜。

(1)根据分析a极通入的为氧气；(2)B连接电源的正极，是电解池的阳极，应为粗铜；(3)根据电解质溶液为氢氧化钾分析，甲烷失去电子生成碳酸根离子，电极反应为CH4 -8e- + 10OH- = CO32－+ 7H2O；(4)乙为电解氯化钠溶液，电解反应方程式为2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－。

【点睛】掌握电解池的工作原理。

若阳极为活性电极，即是除了铂金以外的其它金属时，金属放电，不是溶液中的阴离子放电。

阴极为溶液中的阳离子放电。

掌握燃料电池的电极的书写。

注意电解质的酸碱性。

2．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。

3．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。

4．某化学兴趣小组为了探究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。

编号电极材料电解质溶液电流表指针偏转方向1Al、Mg稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Al、Mg氢氧化钠溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al（1）实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？____________。

（2）对实验3完成下列填空：①铝为________极，电极反应式：__________________________________________；②石墨为________极，电极反应式：_________________________________________；③电池总反应式：______________________________________________________。

（3）实验4中铝作负极还是正极________，理由是_________________________________。

（4）解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：____________________________________。

写出铝电极的电极反应式：_________________________________________________。