高考化学与化学能与电能有关的压轴题

高考化学与化学能与电能有关的压轴题一、化学能与电能1．二氧化氯(ClO2)具有强氧化性，在工业上常用作水处理剂、漂白剂。

ClO2是一种易溶于水的黄绿色气体，其体积分数超过10%时易引起爆炸。

某研究小组欲用以下三种方案制备ClO2，回答下列问题：（1）以黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO2，黄铁矿中的硫元素在酸性条件下被ClO3-氧化成SO42-，写出制备ClO2的离子方程式__。

（2）用过氧化氢作还原剂，在硫酸介质中还原NaClO3制备ClO2，并将制得的ClO2用于处理含CN-废水。

实验室模拟该过程的实验装置(夹持装置略)如图所示。

①装置A的名称是__，装置C的作用是__。

②反应容器B应置于30℃左右的水浴中，目的是__。

③通入氮气的主要作用有3个，一是可以起到搅拌作用，二是有利于将ClO2排出，三是__。

④ClO2处理含CN-废水的离子方程式为__，装置E的作用是__。

（3）氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2的方法。

①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质。

某次除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的__（填化学式），至沉淀不再产生后，再加入过量的Na2CO3和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去。

②用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2，工作原理如图所示，写出阳极产生ClO2的电极反应式__。

【答案】FeS2+15ClO3-+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O 恒压漏斗安全瓶提高化学反应速率，同时防止过氧化氢受热分解稀释ClO2，防止其爆炸 2CN-+2ClO2=2CO2+N2+2Cl-吸收ClO2等气体，防止污染大气 BaCl2 Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+【解析】【分析】二氧化氯(ClO2)具有强氧化性，在工业上常用作水处理剂、漂白剂。

分别利用无机反应和电解原理制备二氧化氯，三种方法均利用了氧化还原反应。

【详解】（1）以黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO2，黄铁矿中的硫元素在酸性条件下被ClO3-氧化成SO42-，根据氧化还原反应中电子守恒和元素守恒，可以写出制备ClO2的离子方程式为FeS2+15ClO3-+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O。

（2）①装置A的名称为恒压漏洞，装置C为安全瓶，起到防止液体倒吸的作用。

②升高温度可以提高化学反应速率，但是原料中含有过氧化氢，过氧化氢在过高的温度下可以发生分解反应，因此反应容器B应置于30℃左右的水浴中。

③根据题文可知，ClO2是一种易溶于水的黄绿色气体，其体积分数超过10%时易引起爆炸，故通入氮气的主要作用有3个，一是可以起到搅拌作用，二是有利于将ClO2排出，三是稀释ClO2，防止其爆炸。

④ClO2处理含CN-废水发生氧化还原反应，将CN-转化为无污染的CO2和N2，故离子方程式为2CN-+2ClO2=2CO2+N2+2Cl-；装置E在整套装置之后，起到吸收尾气，防止环境污染的作用。

（3）①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质，需要过量的碳酸根离子、氢氧根离子和钡离子，过量的钡离子可以用碳酸根离子除去，因此在加入Na2CO3之前应先加入过量BaCl2。

②用石墨做电极，电解池的阳极发生氧化反应，元素化合价升高，因此氯离子在阳极失电子和水反应得到ClO2，电极反应式为Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+。

2．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。

3．某小组设计不同实验方案比较Cu2+、Ag+ 的氧化性。

查阅资料：Ag+ + I-= AgI↓ K1=1.2×1016；2Ag+ + 2I-= 2Ag↓+ I2K2= 8.7×108（1）方案1：通过置换反应比较向酸化的AgNO3溶液插入铜丝，析出黑色固体，溶液变蓝，说明氧化性Ag+＞Cu2+。

反应的离子方程式是___________________________________________________。

（2）方案2：通过Cu2+、Ag+ 分别与同一物质反应进行比较实验试剂编号及现象试管滴管1.0 mol/LKI溶液1.0 mol/L AgNO3溶液Ⅰ．产生黄色沉淀，溶液无色1.0 mol/L CuSO4溶液Ⅱ．产生白色沉淀A，溶液变黄①经检验，Ⅰ中溶液不含I2，黄色沉淀是________。

②经检验，Ⅱ中溶液含I2。

推测Cu2+做氧化剂，白色沉淀A是CuI。

确认A的实验如下：a．检验滤液无I2。

溶液呈蓝色说明溶液含有________（填离子符号）。

b．白色沉淀B是________。

c．白色沉淀A与AgNO3溶液反应的离子方程式是___________，说明氧化性Ag+＞Cu2+。

（3）分析方案2中Ag+未能氧化I- ，但Cu2+氧化了I-的原因，设计实验如下：编号实验1实验2实验3实验KI溶液KI溶液 AgNO3溶液a bKI溶液 CuSO4溶液c d现象无明显变化a中溶液较快变棕黄色,b中电极上析出银；电流计指针偏转c中溶液较慢变浅黄色；电流计指针偏转（电极均为石墨，溶液浓度均为 1 mol/L，b、d中溶液pH≈4）①a中溶液呈棕黄色的原因是___________________________（用电极反应式表示）。

②“实验3”不能说明Cu2+氧化了I-。

依据是空气中的氧气也有氧化作用，设计实验证实了该依据，实验方案及现象是_____________________________。

③方案2中，Cu2+能氧化I-,而Ag+未能氧化I-。

其原因一是从K值分析：______；二是从Cu2+的反应特点分析：______________________________________________。

【答案】Cu+2Ag+＝2Ag+Cu2+；AgI Cu2+AgCl CuI+2Ag+＝Cu2++Ag+AgI2I――2e－＝I2将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1 mol/L Na2SO4溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转K1＞K2，故Ag+更易与I_发生复分解反应，生成AgI2Cu2+ + 4I- = 2CuI + I2，生成了CuI沉淀，使得Cu2+的氧化性增强【解析】【分析】【详解】(1)向酸化的硝酸银中插入铜丝，析出黑色固体，溶液变蓝，说明银离子氧化铜，反应生成银单质和铜离子，反应的离子方程式为：Cu+2Ag+＝2Ag+Cu2+； (2)经过检验，Ⅱ中溶液含有碘单质，推测铜离子做氧化剂，白色沉淀Ａ为碘化亚铜，沉淀Ａ中加入足量硝酸银溶液得到灰黑色沉淀，过滤得到滤液为蓝色，说明生成了铜离子，滤渣加入浓硝酸得到黄色沉淀为碘化银，溶液中加入稀盐酸生成白色沉淀，说明Ｂ为氯化银。

①经检验，Ⅰ中溶液不含I2，黄色沉淀为AgI。

②a．检验滤液无I2。

溶液呈蓝色说明溶液含有铜离子；b．白色沉淀B是氯化银；c．白色沉淀A与AgNO3溶液反应的离子方程式是CuI+2Ag+＝Cu2++Ag+AgI。

(３). ①ａ中溶液较快变棕黄色，ｂ中电极上析出银，说明形成原电池，ａ为负极失去电子发生氧化反应，溶液变黄色是生成了碘单质，电极反应为2I――2e－＝I2。

②实验３不能说明铜离子氧化碘离子，依据是空气中的氧气也有氧化作用，设计实验验证了该依据，实验方案及现象为：将d烧杯内的溶液换为pH≈4的1 mol/L Na2SO4溶液，c中溶液较慢变浅黄，电流计指针偏转。

③方案２中，铜离子氧化碘离子，而银离子未能氧化碘离子的原因，K1＞K2，故Ag+更易与I_发生复分解反应，生成AgI。

铜离子氧化碘离子的方程式为：2Cu2+ + 4I- = 2CuI + I2，生成了CuI沉淀，使得Cu2+的氧化性增强。

4．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。