2020-2021高考化学二轮 化学能与电能 专项培优含详细答案
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2020-2021高考化学二轮 化学能与电能 专项培优含详细答案
一、化学能与电能
1．研究小组进行图所示实验，试剂A为0.2 mol·L−1 CuSO4溶液，发现铝条表面无明显变化，于是改变实验条件，探究铝和CuSO4溶液、CuCl2溶液反应的影响因素。用不同的试剂A进行实验1~实验4，并记录实验现象：
实验序号 试剂A 实验现象
1 0.2 mol·L−1 CuCl2溶液 铝条表面有气泡产生，并有红色固体析出
2 0.2 mol·L−1 CuSO4溶液，再加入一定质量的NaCl固体 开始铝条表面无明显变化，加NaCl后，铝条表面有气泡产生，并有红色固体析出
3 2 mol·L−1 CuSO4溶液 铝条表面有少量气泡产生，并有少量红色固体
4 2 mol·L−1 CuCl2溶液 反应非常剧烈，有大量气泡产生，溶液变成棕褐色，有红色固体和白色固体生成
（1）实验1中，铝条表面析出红色固体的反应的离子方程式为_________。
（2）实验2的目的是证明铜盐中的阴离子Cl−是导致实验1中反应迅速发生的原因，实验2中加入NaCl固体的质量为_________ g。
（3）实验3的目的是_________。
（4）经检验知，实验4中白色固体为CuCl。甲同学认为产生白色固体的原因可能是发生了Cu + CuCl22CuCl的反应，他设计了右图所示实验证明该反应能够发生。
① A极的电极材料是_________。
② 能证明该反应发生的实验现象是_________。
（5）为探究实验4中溶液呈现棕褐色的原因，分别取白色CuCl固体进行以下实验： 实验序号 实验操作 实验现象
i 加入浓NaCl溶液 沉淀溶解，形成无色溶液
ii 加入饱和AlCl3溶液 沉淀溶解，形成褐色溶液
iii 向i所得溶液中加入2 mol·L－1 CuCl2溶液 溶液由无色变为褐色
查阅资料知：CuCl难溶于水，能溶解在Cl－浓度较大的溶液中，生成[CuCl2]－络离子，用水稀释含[CuCl2]－的溶液时会重新析出CuCl沉淀。
①由上述实验及资料可推断，实验4中溶液呈棕褐色的原因可能是[CuCl2]－与_________作用的结果。
②为确证实验4所得的棕褐色溶液中含有[CuCl2]－，应补充的实验是_________。
（6）上述实验说明，铝和CuSO4溶液、CuCl2溶液的反应现象与_________有关。
【答案】3Cu2+ + 2Al2Al3+ + 3Cu 0.117 证明增大CuSO4溶液的浓度能够使Al和CuSO4的反应发生 金属铜 电流计指针偏转，两极均有白色沉淀生成 Al3+、Cu2+ 取适量实验4的棕褐色溶液，加水稀释，观察是否出现白色沉淀 铜盐中阴离子的种类、铜盐溶液的浓度等
【解析】
(1)实验1中，铝与氯化铜反应置换出铜，反应的离子方程式为3Cu2+ + 2Al= 2Al3+ + 3Cu，故答案为3Cu2+ + 2Al= 2Al3+ + 3Cu；
(2)实验1中n(Cl-)=0.005L×0.2 mol·L-1×2=0.002mol，实验2的目的是证明铜盐中的阴离子Cl-是导致实验1中反应迅速发生的原因，实验2 中加入NaCl固体的质量为0.002mol×58.5g/mol= 0.117g，故答案为0.117；
(3)实验3与原实验相比，增大了硫酸铜溶液的浓度，铝条表面有少量气泡产生，并有少量红色固体，说明增大CuSO4溶液的浓度能够使Al和CuSO4的反应发生，故答案为证明增大CuSO4溶液的浓度能够使Al和CuSO4的反应发生；
(4)① Cu + CuCl2= 2CuCl反应中铜被氧化，铜应该做负极，CuCl2被还原，在正极放电，因此A极为负极，选用铜作负极，故答案为铜；
② 构成原电池后，铜溶解进入溶液，与溶液中的氯离子反应生成白色沉淀，正极铜离子被还原，也生成白色沉淀，电流计指针偏转，故答案为电流计指针偏转，两极均有白色沉淀生成；
(5)①由上述实验ii及资料可推断，实验4中溶液呈棕褐色的原因可能是[CuCl2]－与Al3+、Cu2+作用的结果，故答案为Al3+、Cu2+；
②根据信息知，取适量实验4的棕褐色溶液，加水稀释，观察是否出现白色沉淀可以确证实验4所得的棕褐色溶液中含有[CuCl2]－，故答案为取适量实验4的棕褐色溶液，加水稀释，观察是否出现白色沉淀；
(6)根据实验1和2、2和3、1和4中所用试剂的种类和浓度以及实验现象可知，铝和CuSO4溶液、CuCl2溶液的反应现象与铜盐中阴离子的种类、铜盐溶液的浓度等有关，故答案为铜盐中阴离子的种类、铜盐溶液的浓度等。
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
编号
溶液X
实验现象
实验Ⅰ
6 mol·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
15 mol·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1 mol·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1 mol·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=2NO2 Al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-＋10 H+＝NH4+＋3H2O Al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
【解析】
【分析】
【详解】
（1）实验Ⅰ中，由于Al的金属活动性比Cu强，因此Al做负极。铜片表面产生的无色气体是NO，在液体上方NO被空气中的氧气氧化成红棕色的NO2，方程式为2NO+O2=2NO2；（2）实验Ⅱ中， Al的金属活动性比Cu强，Al开始作电池的负极，电流计指针先偏向右边；由于Al在浓硝酸中迅速生成致密氧化膜，阻止了内层金属的进一步反应，因此，Cu作负极，电流计指针偏向左边；
（3）①实验室检验NH4+有两种常用方法：方法一，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+；方法二，取少量待检溶液于试管中，加入浓NaOH溶液，加热，并在试管口放一蘸有浓盐酸的玻璃棒，若有白烟生成，证明溶液中含NH4+；②NH4+的生成是NO3－被还原的结果，其电极反应式为NO3-＋8e-＋10 H+＝NH4+＋3H2O
（4）①观察到A中有NH3生成，是由于Al与NaOH溶液反应产生H2，并且与此同时，H2可将NO3-还原为NH3；B中无现象是由于Mg与NaOH溶液不反应；②A中生成NH3的离子方程式为 8Al＋3NO3-＋5OH-＋2H2O＝3NH3↑＋8AlO2-；
（5）铝与中性的硝酸钠溶液不能生成H2， NO3－无法被还原，因此将铝粉加入到NaNO3溶液中无明显现象。
3．电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题。
若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则：
(1)电解池中X极上的电极反应式是____________，在X极附近观察到的现象是_________________。
(2)Y电极上的电极反应式是____________，检验该电极反应产物的方法是____________。
【答案】2H++2e－=H2↑ 放出气体，溶液变红 2Cl－－2e－=Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在Y电极附近，试纸变蓝
【解析】
【详解】
由题意或图像可知，此池为电解池，X极为阴极，Y极为阳极。电极为惰性电极，饱和NaCl溶液中存在Na+、Cl－、H+、OH－，在阴极上，H+放电能力强于Na+，故阴极上发生的电极反应式为2H++2e－=H2↑，因而导致X极附近有气体放出，溶液呈碱性，溶液颜色由无色变为红色；在阳极上，Cl－放电能力强于OH－，故阳极上发生的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑。
4．（1）利用原电池装置可以验证Fe3+与Cu2+氧化性相对强弱，如下图所示。
该方案的实验原理是自发进行的氧化还原反应可以设计为原电池。写出该氧化还原反应的离子方程式：__________。该装置中的负极材料是______（填化学式），正极反应式是_______。
（2）某研究性学习小组为证明2Fe3++2I－⇌2Fe2++I2为可逆反应，设计如下两种方案。
方案一：
取5mL0.1mol/LKI溶液，滴加2mL0.1mol/L的FeCl3溶液，再继续加入2mLCCl4，充分振荡、静置、分层，再取上层清液，滴加KSCN溶液。
①方案一中能证明该反应为可逆反应的现象是______。
②有同学认为方案一设计不够严密，即使该反应为不可逆反应也可能出现上述现象，其原因是（用离子方程式表示）_____。
方案二：
设计如下图原电池．．．装置，接通灵敏电流计，指针向右偏转（注：灵敏电流计指针总是偏向电源正极），随着时间进行电流计读数逐渐变小，最后读数变为零。当指针读数变零后，在右管中加入1mol/L FeCl2溶液。
③方案二中，“读数变为零”是因为____________.
④“在右管中加入1mol/L FeCl2溶液”后，观察到灵敏电流计的指针______偏转（填“向左”、“向右”或“不”），可证明该反应为可逆反应。
【答案】Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+ Cu Fe3+ + e－ = Fe2+ 下层（CCl4层）溶液呈紫红色，且上层清液中滴加KSCN后溶液呈血红色 4Fe2++O2+4H+=2H2O+4Fe3+ 该可逆反应达到了化学平衡状态 向左
