高考化学 化学能与电能 培优练习(含答案)附详细答案
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高考化学 化学能与电能 培优练习(含答案)附详细答案
一、化学能与电能
1．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；
（5）阴极的电极反应为2H++2e-=H2↑，阴极产生了44.8 L（即2mol）气体，转移的电子的物质的量为4mol，由CH4-8e-+4CO32-=5CO2 +2H2O可知，当转移的电子的物质的量为4mol时，消耗CH4的体积为V=nVm=18×4mol×22.4L/mol=11.2L。
2．研究+6价铬盐不同条件下微粒存在形式及氧化性，某小组同学进行如下实验：
已知：Cr2O72-(橙色)+H2O2CrO42-(黄色)+2H+△H=+13.8kJ/mol，+6价铬盐在一定条件下可被还原为Cr3+，Cr3+在水溶液中为绿色。
（1）试管c和b对比，推测试管c的现象是_____________________。
（2）试管a和b对比，a中溶液橙色加深。甲认为温度也会影响平衡的移动，橙色加深不一定是c(H+)增大影响的结果；乙认为橙色加深一定是c(H+)增大对平衡的影响。你认为是否需要再设计实验证明？__________（“是”或“否”），理由是____________________________________________________。
（3）对比试管a、b、c的实验现象，可知pH增大2-272-4c(CrO)c(CrO)_____（选填“增大”，“减小”，“不变”）；
（4）分析如图试管c继续滴加KI溶液、过量稀H2SO4的实验现象，说明+6价铬盐氧化性强弱为Cr2O72-__________CrO42-（填“大于”，“小于”，“不确定”）；写出此过程中氧化还原反应的离子方程式_________。
（5）小组同学用电解法处理含Cr2O72-废水，探究不同因素对含Cr2O72-废水处理的影响，结果如表所示（Cr2O72-的起始浓度，体积、电压、电解时间均相同）。
实验 ⅰ ⅱ ⅲ ⅳ 是否加入Fe2(SO4)3 否 否 加入5g 否
是否加入H2SO4 否 加入1mL 加入1mL 加入1mL
电极材料 阴、阳极均为石墨 阴、阳极均为石墨 阴、阳极均为石墨 阴极为石墨，阳极为铁
Cr2O72-的去除率/% 0.922 12.7 20.8 57.3
①实验ⅱ中Cr2O72-放电的电极反应式是________________。
②实验ⅲ中Fe3+去除Cr2O72-的机理如图所示，结合此机理，解释实验iv中Cr2O72-去除率提高较多的原因_______________。
【答案】溶液变黄色 否 Cr2O72-(橙色)+H2OƒCrO42-(黄色)+2H+正向是吸热反应，若因浓H2SO4溶于水而温度升高，平衡正向移动，溶液变为黄色。而实际的实验现象是溶液橙色加深，说明橙色加深就是增大c(H+)平衡逆向移动的结果 减小 大于 Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O 阳极Fe失电子生成Fe2+，Fe2+与Cr2O72-在酸性条件下反应生成Fe3+，Fe3+在阴极得电子生成Fe2+，继续还原Cr2O72-，Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率
【解析】
【分析】
根据平衡移动原理分析对比实验；注意从图中找出关键信息。
【详解】
（1）由Cr2O72-(橙色)+H2O2CrO42-(黄色)+2H+及平衡移动原理可知，向重铬酸钾溶液中加入氢氧化钠溶液后，可以减小溶液中的氢离子浓度，使上述平衡向正反应方向移动，因此，试管c和b（只加水，对比加水稀释引起的颜色变化）对比，试管c的现象是：溶液变为黄色。
（2）试管a和b对比，a中溶液橙色加深。甲认为温度也会影响平衡的移动，橙色加深不一定是c(H+)增大影响的结果；乙认为橙色加深一定是c(H+)增大对平衡的影响。我认为不需要再设计实验证明，故填否。理由是：Cr2O72-(橙色)+H2OƒCrO42-(黄色)+2H+正向是吸热反应，浓H2SO4溶于水会放出大量的热量而使溶液的温度升高，上述平衡将正向移动，溶液会变为黄色。但是，实际的实验现象是溶液的橙色加深，说明上述平衡是向逆反应方向移动的，橙色加深只能是因为增大了c(H+)的结果。 （3）对比试管a、b、c的实验现象，可知随着溶液的pH增大，上述平衡向正反应方向移动，2-27c(CrO)减小，而2-4c(CrO) 增大，故2-272-4c(CrO)c(CrO)减小。
（4）向试管c继续滴加KI溶液，溶液的颜色没有明显变化，但是，加入过量稀H2SO4后，溶液变为墨绿色，增大氢离子浓度，上述平衡向逆反应方向移动，CrO42-转化为Cr2O72-，Cr2O72-可以在酸性条件下将I-氧化，而在碱性条件下，CrO42-不能将I-氧化，说明+6价铬盐氧化性强弱为：Cr2O72-大于CrO42-；此过程中发生的氧化还原反应的离子方程式是Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O。
（5）①实验ⅱ中，Cr2O72-在阴极上放电被还原为Cr3+，硫酸提供了酸性环境，其电极反应式是Cr2O72-+6e-+14H+=2Cr3++7H2O。
②由实验ⅲ中Fe3+去除Cr2O72-的机理示意图可知，加入Fe2(SO4)3溶于水电离出Fe3+，在直流电的作用下，阳离子向阴极定向移动，故Fe3+更易在阴极上得到电子被还原为Fe2+，Fe2+在酸性条件下把Cr2O72-还原为Cr3+。如此循环往复，Fe3+在阴极得电子生成Fe2+，继续还原Cr2O72-，Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率。由此可知，实验iv中Cr2O72-去除率提高较多的原因是：阳极Fe失电子生成Fe2+，Fe2+与Cr2O72-在酸性条件下反应生成Fe3+，Fe3+在阴极得电子生成Fe2+，继续还原Cr2O72-，故在阴阳两极附近均在大量的Fe2+，Fe2+循环利用提高了Cr2O72-的去除率。
【点睛】
本题中有很多解题的关键信息是以图片给出的，要求我们要有较强的读图能力，能从图中找出解题所需要的关键信息，并加以适当处理，结合所学的知识解决新问题。
3．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－＋2H2OCl2↑＋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－＋2H2OCl2↑＋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。
4．钨是我国丰产元素，是熔点最高的金属，广泛用于拉制灯泡的灯丝， 有“光明使者”的美誉。钨在自然界主要以钨 (+6价) 酸盐的形式存在。有开采价值的钨矿石是白钨矿和黑钨矿。白钨矿的主要成分是钨酸钙（CaWO4）；黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐，化学式常写成(FeWO4和MnWO4)，钨酸（H2WO4）酸性很弱，难溶于水。
