备战高考化学 化学能与电能 培优 易错 难题练习含答案附答案文档格式.docx
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产生红色沉淀,有刺激性气味气体逸出
1~30min
沉淀迅速溶解形成红色溶液,随后溶液逐渐变为橙色,之后几乎无色
30min后
与空气接触部分的上层溶液又变为浅红色,随后逐渐变为浅橙色
(4)乙同学认为刺激性气味气体的产生原因有两种可能,用离子方程式表示②的可能原因。
①Fe3++3HSO3-
Fe(OH)3+3SO2;
②_____________________________________________。
(5)查阅资料:
溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会形成红色配合物并存在如下转化:
从反应速率和化学平衡两个角度解释1~30min的实验现象:
______________________________。
(实验反思)
(6)分别对比I和II、II和III,FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和______________________有关(写出两条)。
【答案】将FeCl3溶于浓盐酸,再稀释至指定浓度足量盐酸和BaCl2溶液取少量FeCl3溶液电极附近的混合液,加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,证明产生了Fe2+3SO32--2e-+H2O=SO42-+2HSO3-H++HSO3-=H2O+SO2↑生成红色配合物的反应速率快,红色配合物生成橙色配合物的速率较慢;
在O2的作用下,橙色的HOFeOSO2浓度下降,平衡
不断正向移动,最终溶液几乎无色溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同(或Na2SO3与NaHSO3不同,或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同)、反应物是否接触形成红色配合物(任写两条)
【解析】
【分析】
甲同学实验:
利用铁离子能够将SO32-氧化设计原电池,则原电池中氯化铁溶液为正极得电子发生还原反应,试剂X为负极,失电子发生氧化反应;
实验中X为Na2SO3溶液时电流计指针发生偏转,说明铁离子将SO32-氧化;
实验中X为NaHSO3溶液时电流计指针未发生偏转,说明二者可能不反应;
乙同学进一步探究FeCl3溶液与NaHSO3溶液能否发生反应:
0~1min产生红色沉淀,有刺激性气味气体逸出,红色沉淀应为Fe(OH)3,气体应为二氧化硫,说明二者发生双水解;
1~30min沉淀迅速溶解形成红色溶液,随后溶液逐渐变为橙色,之后几乎无色,结合查阅的资料可知生成了HOFeOSO2,该物质存在平衡HOFeOSO2⇌HOFeOSO2,在氧气的作用下不断正向进行,最终溶液几乎无色;
30min后反应现象是空气接触部分的上层溶液又变为浅红色,随后逐渐变为浅橙色,反应后的亚铁离子被空气中氧气氧化为铁离子,过量的HSO3-电离提供SO32-,溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会继续反应形成红色配合物。
【详解】
(1)实验室配制FeCl3溶液时,为了防止铁离子水解,先将FeCl3固体溶解在较浓的盐酸中然后加水稀释;
(2)①若有硫酸根生成,则加入盐酸酸化的氯化钡溶液会有白色沉淀生成;
②氯化铁溶液为原电池正极,发生还原反应,Fe3+被还原成Fe2+,铁氰化钾溶液可以与亚铁离子反应生成蓝色沉淀,所以方案为取少量FeCl3溶液电极附近的混合液,加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,证明产生了Fe2+;
(3)实验I中试剂X为原电池负极,SO32-被氧化生成硫酸根,电极方程式为3SO32—2e-+H2O=SO42-+2HSO3-;
(4)pH=1的氯化铁溶液中有大量的氢离子,亚硫酸氢根离子结合氢离子生成二氧化硫气体,反应的离子方程式:
H++HSO3-=H2O+SO2↑;
(5)FeCl3溶液与NaHSO3溶液混合反应,在1~30min出现现象为:
沉淀迅速溶解形成红色溶液,随后溶液逐渐变为橙色,之后几乎无色,根据资料:
溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微粒会形成红色配合物并存在转化:
HOFeOSO2⇌HOFeOSO2
Fe2++SO42-,可知原因是:
生成红色配合物的反应速率快,红色配合物生成橙色配合物的速率较慢;
在氧气的作用下橙色的HOFeOSO2浓度下降平衡HOFeOSO2⇌HOFeOSO2,不断正向进行,最终溶液几乎无色。
(6)分别对比Ⅰ和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ,FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同(或Na2SO3与NaHSO3不同,或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同)、反应物是否接触形成红色配合物有关。
【点睛】
第3题写电极反应方程式时要注意pH=9的溶液是由于SO32-水解,OH-来自于水的电离,电极方程式不能写成SO32--2e-+2OH-===SO42-+H2O。
2.硝酸是氧化性酸,其本质是NO3-有氧化性,某课外实验小组进行了下列有关NO3-氧化性的探究(实验均在通风橱中完成)。
实验装置
溶液X
实验Ⅰ
6mol·
L-1稀硝酸
电流计指针向右偏转,铜片表面产生无色气体,在液面上方变为红棕色。
实验Ⅱ
15mol·
L-1浓硝酸
电流计指针先向右偏转,很快又偏向左边,铝片和铜片表面产生红棕色气体,溶液变为绿色。
(1)实验Ⅰ中,铝片作_____(填“正”或“负”)极。
液面上方产生红棕色气体的化学方程式是_________。
(2)实验Ⅱ中电流计指针先偏向右边后偏向左边的原因是____________________。
查阅资料:
活泼金属与1mol·
L-1稀硝酸反应有H2和NH4+生成,NH4+生成的原理是产生H2的过程中NO3-被还原。
(3)用上图装置进行实验Ⅲ:
溶液X为1mol·
L-1稀硝酸溶液,观察到电流计指针向右偏转。
①反应后的溶液中含NH4+。
实验室检验NH4+的方法是______________________________。
②生成NH4+的电极反应式是_____________________________________________。
(4)进一步探究碱性条件下NO3-的氧化性,进行实验Ⅳ:
①观察到A中有NH3生成,B中无明显现象。
A、B产生不同现象的解释是_______________。
②A中生成NH3的离子方程式是_______________________________。
(5)将铝粉加入到NaNO3溶液中无明显现象,结合实验Ⅲ和Ⅳ说明理由_________________。
【答案】负2NO+O2=2NO2Al开始作电池的负极,Al在浓硝酸中迅速生成致密氧化膜后,Cu作负极取少量待检溶液于试管中,加入浓NaOH溶液,加热,若产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,则溶液中含NH4+NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2OAl与NaOH溶液反应产生H2的过程中可将NO3-还原为NH3,而Mg不能与NaOH溶液反应8Al+3NO3-+5OH-+2H2O=3NH3↑+8AlO2-因为铝与中性的硝酸钠溶液无生成H2的过程,NO3-无法被还原
(1)根据实验现象可知,实验1电流计指针向右偏转,铜片表面产生无色气体,在液面上方变为红棕色,说明在原电池中铝作负极,发生氧化反应,铜做正极,硝酸根离子被还原成一氧化氮,在空气中被氧化成二氧化氮;
(2)实验2中电流计指针先向右偏转,很快又偏向左边,铝片和铜片表面产生红棕色气体,溶液变为绿色,说明开始铝是负极,同实验1,铜表面有二氧化氮产生,很快铝被浓硝酸钝化,铜做负极,发生氧化反应,生成硝酸铜,溶液呈绿色,硝酸根离子在铝电极被还原成二氧化氮,据此答题;
(3)溶液X为1mol•L-1稀硝酸溶液,反应后的溶液中含NH4+,说明硝酸根离子被还原成了铵根离子,原电池中铝做负极,铜做正极,硝酸根离子在正极还原成铵根离子;
(4)Al与NaOH溶液反应产生H2的过程中可将NO3-还原为NH3,根据电荷守恒和元素守恒可写出离子方程式,而镁与碱没有反应;
(5)铝粉在中性溶液中不产生氢气,也就不与硝酸钠反应,据此分析。
(1)根据实验现象可知,实验1电流计指针向右偏转,铜片表面产生无色气体,在液面上方变为红棕色,说明在原电池中铝作负极,发生氧化反应,铜做正极,硝酸根离子被还原成一氧化氮,在空气中被氧化成二氧化氮,反应方程式为2NO+O2=2NO2;
(2)实验2中电流计指针先向右偏转,很快又偏向左边,铝片和铜片表面产生红棕色气体,溶液变为绿色,说明开始铝是负极,同实验1,铜表面有二氧化氮产生,很快铝被浓硝酸钝化,铜做负极,发生氧化反应,生成硝酸铜,溶液呈绿色,硝酸根离子在铝电极被还原成二氧化氮;
(3)溶液X为1mol•L-1稀硝酸溶液,反应后的溶液中含NH4+,说明硝酸根离子被还原成了铵根离子,原电池中铝做负极,铜做正极,硝酸根离子在正极还原成铵根离子,①实验室检验NH4+的方法是取少量待检溶液于试管中,加入浓NaOH溶液,加热,若产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,则溶液中含NH4+;
②生成NH4+的电极反应式是NO3-+8e-+10
H+=NH4++3H2O;
(4)①Al与NaOH溶液反应产生H2的过程中可将NO3-还原为NH3;
根据电荷守恒和元素守恒可写出离子方程式,而镁与碱没有反应;
②碱性条件下铝将硝酸根还原生成氨气,反应的离子方程式为8Al+3NO3-+5OH-+2H2O=3NH3↑+8AlO2-;
(5)铝与中性的硝酸钠溶液无生成H2的过程,也就不与硝酸钠反应,所以无明显现象。
原电池中失电子发生氧化反应的一极一定是负极,得电子发生还原反应的一极一定是正极;
电子流出的一极一定是负极、电子流入的一极一定是正极。
3.如图所示,A为电源,B为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液,C、D为电解槽,其电极材料及电解质溶液如图所示。
(1)关闭K1,打开K2,通电后,B的KMnO4紫红色液滴向c端移动,则电源b端为极,通电一段时间后,滤纸d端的电极反应式是。
(2)已知C装置中溶液的溶质为Cu(NO3)2和X(NO3)3,且均为0.1mol,打开K1,关闭K2,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。
(3)D装置中溶液是H2SO4溶液,则电极C端从开始至一段时间后的实验现象是。
【答案】
(1)负极,2H++2e-=H2
(2)Cu2+>
H+>
X3+
(3)产生无色气体,溶液变为蓝色,一段时间后有红色物质析出
试题分析:
(1)据题意B的KMnO4紫红色液滴向c端移动,说明高锰酸根离子向c端移动,可推出极c端为阳极,则与之相连的电源a端为正极,b端为负极,所以通电滤纸d端为阴极,电极反应式为2H++2e-=H2↑,故答案为:
负;
2H++2e-=H2↑;
(2)根据电解C的图象可知,通电后就有固体生成,当通过电子为0.2mol时,析出固体质量达最大,证明此时析出的固体是铜.如果是X3+析出,电子数应该是0.3mol,则氧化能力为Cu2+>X3+,当电子超过0.2mol时,固体质量没变,说明这是阴极产生的是氢气,即电解水,说明氧化能力H+>X3+,故氧化能力为Cu2+>H+>X3+;
故答案为:
Cu2+>H+>X3+;
(3)D装置中溶液是H2SO4,电极C端与b负极相连即为阴极,开始为氢离子得电子生成氢气,后阳极的铜失电子生成铜离子进入溶液,溶液变为蓝色,一段时间后有红色物质在阴极析出,所以看到的现象为在C端开始时有无色无味气体产生,溶液变为蓝色,一段时间后有红色物质析出;
在C端开始时有无色无味气体产生,溶液变为蓝色,一段时间后有红色物质析出。
【考点定位】考查原电池和电解池的工作原理
【名师点晴】本题综合考查电解原理以及根据图象获取信息、运用知识综合分析能力,根据KMnO4紫红色液滴向c端移动判断电源的正负极为解答该题的关键。
打开K1,关闭K2,则为电解C、D两池,根据电解C的图象可知,开始即析出固体,总共0.2mol电子通过时,析出固体质量达最大,证明此时析出的固体是铜,此后,继续有电子通过,不再有固体析出,说明X3+不放电,H+放电,从而判断离子氧化性;
D装置中溶液是H2SO4,电极C端与b负极相连即为阴极,开始氢离子得电子生成氢气,后阳极的铜失电子生成铜离子进入阴极在阴极析出。
注意电极方程式的判断,为易错点。
4.纳米级Fe粉是新型材料,具有超强磁性、高效催化性。
某化学小组探究用氢气和碳酸亚铁制取纳米级铁粉。
其实验设计如图(加热、支持装置省略)
(1)a的名称是________________;
浓硫酸的作用是________________。
(2)打开分液漏斗活塞,一段时间后再对C装置加热,这样操作的目的是_______________;
反应一段时间后D中变蓝,E中溶液变浑浊,C中发生反应的化学方程式为______________。
(3)反应中若观察到B装置中气泡产生过快,则应进行的操作是_____________________。
(4)反应一段时间后,B中产生气泡太慢,再滴加硫酸反应速率略有加快但不明显;
若向硫酸中加少量硫酸铜再滴入与Zn反应,反应速率明显加快,原因是____________________。
(5)检验碳酸亚铁中含有铁元素的实验方法是______________________。
(1)蒸馏烧瓶(1分)吸收氢气中的水蒸气(或干燥氢气)(2分)
(2)排除体系内的空气,防止干挠实验,防止爆炸(2分)FeCO3+H2
Fe+CO2+H2O(2分)
(3)调节A中分液漏斗活塞,减慢硫酸滴加速度(2分,不全对扣1分)
(4)锌与硫酸铜反应生成铜,铜与锌形成原电池(锌为负极),加快了反应速率(2分)
(5)取少量FeCO3加适量盐酸完全溶解,再加入少量K3[Fe(CN)3]溶液,产生蓝色沉淀,则碳酸亚铁中含有铁元素。
(溶解后加入氧化剂,检验Fe3+也可)(2分)
本题的实验目的是用氢气和碳酸亚铁制取纳米级铁粉,根据装置分析可知,A为H2的制取装置,B为干燥装置,C为H2还原FeCO3制取纳米级铁粉。
D中无色硫酸铜可用于检验水的存在,E中澄清石灰水则用于检验CO2。
(1)仪器a是圆底烧瓶;
B为干燥装置,所以浓硫酸的作用是吸收氢气中的水蒸气。
(2)因H2是爆炸气体,所以在操作时必须先排除装置中的空气,必须打开分液漏斗活塞,一段时间后再对C装置加热,防止装置中的空气干挠实验,造成爆炸的危险。
反应一段时间后D中变蓝,说明有水生成,E中溶液变浑浊,说明有CO2生成。
则C中发生反应的化学方程式为FeCO3+H2
Fe+CO2+H2O。
(3)反应中若观察到B装置中气泡产生过快,则说明A处产生H2的速率过快,可调节A中分液漏斗活塞,减慢硫酸滴加速度。
(4)加少量硫酸铜再滴入与Zn反应,锌与硫酸铜反应生成铜,铜与锌形成原电池(锌为负极),加快了反应速率。
(5)检验碳酸亚铁中含有铁元素的实验方法是取少量FeCO3加适量盐酸完全溶解,再加入少量K3[Fe(CN)3]溶液,产生蓝色沉淀,则碳酸亚铁中含有铁元素。
。
5.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
2LiHⅡ.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。
(1)由化学能转变为电能由a到b
(2)2H2-4e-+4OH-=4H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-
(3)LiH2O
(4)CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
(5)N2H4-4e-+4OH-=N2↑+4H2O
(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-;
(3)①2Li+H2
2LiH,该反应中锂失电子发生氧化反应,所以锂是还原剂;
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-=CO32-+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-=2O2-;
可见搞清楚电解质环境对电极反应式书写影响很大。
6.高铁酸盐(如K2FeO4)是一种高效绿色氧化剂,可用于饮用水和生活用水的处理。
从环境保护的角度看,制备高铁酸盐较好的方法为电化学法。
(1)电化学法制备高铁酸钠采用铁片作阳极,NaOH溶液作为电解质溶液,其电流效率可达到40%。
写出阳极产生高铁酸钠的电极反应方程式:
____________。
(2)铁丝网电极是更理想的阳极材料,相同条件下,可将电流效率提高至70%以上,原因是__________。
研究亦发现,铁电极在某一电压范围内会产生氧气使阳极表面生成Fe2O3膜而“钝化”。
写出产生O2的电极反应方程式:
__________。
(3)FeO42—易与水4h生成絮状氢氧化铁,也会影响高铁酸盐的产率。
若以铁丝网为阳极,在中间环节(对应图中4h后)过滤掉氢氧化铁,反应过程中FeO42—浓度以及电流效率随时间的变化如图1中实线所示(图中曲线是每隔1h测得的数据)。
图中虚线部分对应于没有过滤氢氧化铁而连续电解的情况。
下列判断正确的是___(填编号)
①过滤:
掉氢氧化铁有利于获得较高浓度的高铁酸盐溶液
②过滤掉氢氧化铁对电流效率影响不大
③实验表明不过滤掉氢氧化铁,6h后电流效率几乎为0
(4)在相同的pH条件下,经过相同的反应时间,高铁酸盐的产率与温度关系如图2。
随温度升高,高铁酸盐产率先增大后减小的原因是__________。
(5)人们还对用铁的氧化物作电极制备高铁酸盐进行了研究,例如以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐,该研究方向的价值有__________(至少答一点)。
【答案】Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O铁丝网比铁片接触面积更大4OH--4e-═O2↑+2H2O①③温度升高加快了高铁酸盐的生成速率,另一方面,温度升高加快了高铁酸盐与水反应,10℃~20℃时生成为主要因素,20℃以后分解为主要因素。
以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐消耗电能少;
以铁的氧化物为电极,可以实现变废为宝;
以磁铁矿作为多孔电极,不会发生钝化现象等合理答案。
(1)已知反应物和生成物,书写方程式时要根据原子守恒和电荷守恒;
(2)接触面积越大,电流越大;
阳极铁失去电子,氢氧根也可能失去电子生成氧气;
(3)比较实线和虚线对应的坐标即可得出答案;
(4)产率增大说明生成速率增大,减小则说明分解速率增大;
(5)从耗能、环保、提高反应速率等角度解析。
(1)铁失去电子,在碱性溶液中生成高铁酸根离子,同时有水生成,故阳极产生高铁酸钠的电极反应方程式为:
Fe-6e-+8OH-═FeO42-+4H2O;
(2)铁丝网比铁片接触面积更大,电流效率更高,阳极铁失去电子,氢氧根也可能失去电子生成氧气,再与铁反应生成氧化铁,铁电极上发生析氧反应4OH--4e-═O2↑+2H2O;
(3)由图可知,4h后若没有过滤氢氧化铁,高铁酸根离子浓度及电流效率均降低,①C正确,②错误;
虚线所示,6h后电流效率几乎为0,③正确,故选①③;
(4)高铁酸盐产率增高说明温度升高加快了高铁酸盐的生成速率,产率降低说明温度升高加快了高铁酸盐与水反应,10℃~20℃时生成为主要因素,20℃以后分解为主要因素;
(5)以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐,该研究方向的价值有:
以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐消耗电能少;
以磁铁矿作为多孔电极,不会发生钝化现象等。
7.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
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