化学化学能与电能的专项培优练习题(含答案)

化学化学能与电能的专项培优练习题(含答案)

一、化学能与电能

1．某小组同学用如下装置电解食盐水，并对电解产物进行探究。

实验装置 电解质溶液 实验现象

5mol/LNaCl溶液 a极附近 b极附近

开始时，产生白色浑浊并逐渐增加，当沉入U形管底部时部分沉淀变为橙黄色；随后a极附近沉淀自下而上也变为橙黄色 产生无色气泡

资料显示：

①氯化亚铜（CuCl）为白色粉末，微溶于水；

②氢氧化亚铜（CuOH）为黄色不溶于水的固体，易脱水分解为红色的2CuO；

③Cu水溶液中不稳定，酸性条件下易歧化为2Cu和Cu；

④氢氧化铜可以溶于浓NaOH得到蓝色溶液．

1（）经检验，b极产生的气体是2H，b极附近溶液的pH______（填“增大”、“减小”、或“不变”）；铜丝a应与电源的______（填“正”或“负”）极相连。

2（）同学们分析a极附近生成的白色浑浊是CuCl，则该极的电极反应式是______。

3（）①橙黄色沉淀中含有2CuO，则CuCl转化为2CuO的原因是______（用方程式表示）；

②结合离子在溶液中的运动规律，解释“a极附近沉淀自下而上”变为橙黄色原因是______。

4（）同学们通过实验进一步证实沉淀中含有1Cu：将橙黄色沉淀滤出洗涤后，滴加0.2mol/L24HSO至过量，应观察到的现象是______。

5（）同学们根据上述实验提出猜想：电解时，Cu做阳极先被氧化为1Cu。为此，他们用Cu电极电解5mol/LNaOH溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡，附近溶液变蓝，未见预期的黄色沉淀。根据现象能否得出“该猜想不成立”的结论，并说明理由：______。

【答案】增大 正 CueClCuCl CuClOHCuOHCl、222CuOHCuOHO 通电时，在阴极产生的OH向阳极定向移动 沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生 不能，阳极产生的大量2O可能将CuOH氧化

【解析】

【分析】

(1)电解池阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，据此判断；

(2)结合a极附近生成的白色浑浊是CuCl写出电极反应式； (3)根据电极反应式结合溶度积常数判断；

(4)氧化亚铜与稀硫酸反应生成铜单质、铜离子和水；

(5)用Cu电极电解5mol/LNaOH溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡为氧气，氧气具有强的氧化性，能够氧化CuOH。

【详解】

（1）用铜做电极，电解氯化钠溶液，b极产生的气体是2H，则b极氢离子得到电子发生还原反应，为阴极，电极反应式为：222HO2eH2OH，因为b极生成氢氧根离子，所以附近溶液pH增大；a为阳极，与电源正极相连，故答案为：增大；正；

（2）依据1（）可知a极为阳极，铜做阳极为活性电极，a极附近生成的白色浑浊是CuCl，则其电极反应式为：CueClCuCl，故答案为：CueClCuCl；

（3）用铜电极电解饱和食盐水时，阳极发生氧化反应，电极反应为CueClCuCl，阴极发生还原反应，电极方程式为22H2eH，开始时生成CuCl白色生成，随着反应进行，溶液pH逐渐增大，因apapKC(uO(H)KCuCl)，则可生成CuOH橙黄色沉淀，CuOH不稳定分解生成2CuO和水。

①橙黄色沉淀中含有2CuO，则CuCl转化为2CuO的原因是，随着电解的进行，氢氧根离子浓度增大，使CuCl转化为CuOH，方程式：CuClOHCuOHCl，CuOH不稳定分解生成2CuO和水，方程式：222CuOHCuOHO，故答案为：CuClOHCuOHCl、222CuOHCuOHO；

②通电时，在阴极产生的OH向阳极定向移动，氢氧根离子浓度增大则CuCl转化为CuOH，而CuOH不稳定分解生成2CuO和水，所以看到现象为“a极附近沉淀自下而上”变为橙黄色，故答案为：通电时，在阴极产生的OH向阳极定向移动；

（4）氧化亚铜与稀硫酸反应生成铜单质、铜离子和水，化学方程式为：22442CuOHSOCuCuSOHO，铜为红色固体，硫酸铜为蓝色溶液，所以现象为：沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生，故答案为：沉淀溶解，溶液变蓝，且有少量红色固体产生；

（5）用Cu电极电解5mol/LNaOH溶液，实验时观察到阳极产生大量无色气泡为氧气，氧气具有强的氧化性，能够氧化CuOH，所以不能依据该现象得出“该猜想不成立”的结论，故答案为：不能，阳极产生的大量2O可能将CuOH氧化。

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+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑，利用公式c=nV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H2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-═Cl2↑；

(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+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，当产生的H2的体积为5.6mL时，物质的量n=35.610L22.4L/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=4510mol0.05L═0.01mol/L，所以氢离子的浓度=14100.01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+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+；阳极：活泼电极>S2->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．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0~6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图，如图所示。

（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此时，应向污水中加入适量的__________。

a．H2SO4 b．BaSO4 c．Na2SO4 d．NaOH

（2）电解池阳极发生了两个电极反应，电极反应式分别是

Ⅰ.___________________； Ⅱ._________________；

（3）电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是__________________；

（4）该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料做电极。

①负极的电极反应是____________________；

②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环（见上图）。A物质的化学式是_________________；

（5）实验过程中，若在阴极产生了44.8 L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4（标准状况）____L。

【答案】C Fe－2e－=Fe2＋ 4OH--4e-=2H2O+O2 ↑ 4Fe2＋＋10H2O＋O2=4Fe(OH)3↓＋8H＋

CH4-8e-+4CO32 -=5CO2 +2H2O CO2 11.2 L

【解析】

【分析】 （1）从所加入物质能增大溶液离子的浓度，并能保持污水的pH在5.0~6.0之间进行分析；

（2）根据阳极电极材料和离子的放电顺序分析放电的离子，书写电极反应；

（3）二价铁离子具有还原性，能被氧气氧化为三价；

（4）①燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；

②根据两极上发生的反应确定循环使用的物质；

（5）在燃料电池和电解池的串联电路中，转移的电子数目是相同的。

【详解】

（1）为了增强溶液的导电性，可选用易溶的强电解质溶液，排除B项，考虑到污水的pH在5.0~6.0之间，因此不能使用氢氧化钠，硫酸能将Fe(OH)3溶解，因此应向污水中加入适量的硫酸钠；

（2）电解时，铁作阳极，失电子，发生反应Fe-2e-=Fe2+，同时溶液中的OH-失电子被氧化为O2，因此，电极反应为：Ⅰ.Fe-2e-=Fe2+，Ⅱ. 4OH--4e-=2H2O+O2 ↑；

（3）Fe2+具有还原性，能被氧气氧化为三价，那么得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式为：4Fe2＋＋10H2O＋O2=4Fe(OH)3↓＋8H＋；

（4）①燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应为：CH4-8e-+4CO32 -=5CO2

+2H2O；

②由电极反应可知电池工作时参加循环的物质为CO2；