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1、备战高考化学化学能与电能综合题附详细答案一、化学能与电能1 为探究 Ag+与 Fe3+氧化性的相关问题,某小组同学进行如下实验:已知:相关物质的溶解度(20) AgCl:1 5 10- 424: 0 796 ggAg SO(1)甲同学的实验如下:序号操作现象将 2 mL 1 mol/ L AgNO3 溶液加产生白色沉淀,随后有黑色固体产生入到 1 mL 1 mol / L FeSO4 溶液中实验取上层清液,滴加KSCN 溶液溶液变红注:经检验黑色固体为Ag 白色沉淀的化学式是_ 。 甲同学得出Ag+ 氧化了 Fe2+的依据是 _。(2)乙同学为探究Ag+和 Fe2+反应的程度,进行实验。a按右
2、图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应),发现电压表指针偏移。偏移的方向表明:电子由石墨经导线流向银。放置一段时间后,指针偏移减小。随后向甲烧杯中逐渐加入浓Fe243溶液,发现电压表指针的变化依次为:偏移减小( SO )回到零点逆向偏移。 a 中甲烧杯里的电极反应式是_。 b 中电压表指针逆向偏移后,银为 _极(填“正”或“负”)。 由实验得出 Ag+ 和 Fe2+ 反应的离子方程式是 _。(3)为进一步验证乙同学的结论,丙同学又进行了如下实验:序号操作现象将2mL 2molL Fe NO3)3溶液加入有银镜的试管实验/(银镜消失中实验将 2mL1 mol/ L Fe2( SO4) 3
3、溶液加入有银镜的试管中银镜减少,未消失实验将 2mL 2mol/ L FeCl3 溶液加入有银镜的试管中银镜消失实验 _ (填“能”或“不能”)证明Fe3+氧化了 Ag,理由是_ 。用化学反应原理解释实验与的现象有所不同的原因:_。【答案】 Ag2SO4有黑色固体( Ag )生成,加入KSCN 溶液后变红Fe2+ e- Fe3+负2+ Ag+3+ Ag 不能因为 Fe( NO溶液呈酸性,酸性条件下- 也可能氧化 AgFeFe3) 3NO3溶液中存在平衡:+AgCl 比 Ag2SO4-Fe3 AgFe2 Ag ,且溶解度更小, Cl 比 SO42 更有利于降低Ag+浓度,所以实验比实验正向进行的
4、程度更大(或促使平衡正向移动,银镜溶解)。【解析】【分析】【详解】( 1)将 2mL 1mol / L AgNO3 溶液加入到 1mL 1mol/ L FeSO4 溶液中发生复分解反应会生成硫酸银白色沉淀,银离子具有强氧化性会氧化Fe2+为 Fe3+,银离子被还原为黑色固体金属单质银;取上层清液,滴加KSCN溶液溶液变红说明有铁离子生成;上述分析可知白色沉淀为硫酸银,它的化学式是 Ag2SO4,故答案为 Ag2SO4;甲同学得出 Ag+氧化了 Fe2+的依据是实验现象中,银离子被还原为黑色固体金属单质银,取上层清液,滴加KSCN溶液溶液变红说明有铁离子生成,故答案为有黑色固体(Ag)生成,加入
5、KSCN溶液后变红;( 2)实验过程中电压表指针偏移,偏移的方向表明:电子由石墨经导线流向银,依据原电池原理可知银做原电池正极,石墨做原电池负极,负极是甲池溶液中亚铁离子失电子发生氧化反应生成铁离子, a 中甲烧杯里的电极反应式是 Fe2+- e- =Fe3+;故答案为 Fe2+- e-=Fe3+;随后向甲烧杯中逐渐加入浓Fe2(SO4) 3 溶液,和乙池组成原电池,发现电压表指针的变化依次为,偏移减小回到零点逆向偏移,依据电子流向可知乙池中银做原电池负极,发生的反应为铁离子氧化为银生成亚铁离子;故答案为负;由实验现象得出,Ag+和 Fe2+反应生成铁离子和金属银,反应的离子方程式是Fe2 +
6、Ag+Fe3+Ag;故答案为Fe2+Ag+Fe3+Ag;( 3)将 2mL 2mol / L Fe( NO3) 3 溶液加入有银镜的试管中银镜消失,说明银杯氧化,可能是溶液中铁离子的氧化性,也可能是铁离子水解显酸性的溶液中,硝酸根离子在酸溶液中具有了强氧化性,稀硝酸溶解银,所以实验不能证明3+氧化了 Ag,故答案为不Fe能;因为Fe( NO3 3溶液呈酸性,酸性条件下NO3-也可能氧化 Ag;)将 2mL1mol / L Fe2( SO4) 3 溶液加入有银镜的试管中银镜减少,未消失说明部分溶解,将 2mL 2mol / L FeCl3 溶液加入有银镜的试管中银镜消失,说明银溶解完全,依据上述
7、现象可知,溶液中存在平衡:+-比 SO42-Fe3 +AgFe2 +Ag ,且 AgCl 比 Ag2SO4 溶解度更小, Cl更有利于降低Ag+浓度,所以实验比实验正向进行的程度更大,故答案为溶液中存在+Fe2+-更有利于降低+平衡: Fe3 +Ag+Ag ,且AgCl 比 Ag2SO4 溶解度更小, Cl 比 SO42Ag浓度,所以实验比实验正向进行的程度更大。2 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
8、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。石墨电极上的电极反应式是_。确认灰绿色固体中含有Fe2+的实验现象是_。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i 中K。按图-4进行实验盐桥的作用是_。与实验I 中vi、 vii与iiv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
9、。铁电极上-OH能够放电的原因是 _。阳极生成的总电极反应式是 _。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= H 2(或 2H2O + 2e = 2OH + H 2) 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 12mol/L 的盐酸, 增大 c( Cl),平衡逆向移动,析出KCl 晶体 阻碍向阳极迁移,避OH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3+Fe 6e2-+4H 2O被氧化
10、为 Fe c(OH ) 增大,反应速率加快(更容易放电)+ 8OH = FeO4水;生成红褐色沉淀和无色气体【解析】 (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 =2H+H2(或 2H2 O + 2e= 2OH + H2 ),故答案为:+ 2e = H2(或 2H2O + 2e= 2OH+H2);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;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,动,析出 KCl 晶体,白色晶体为氯化钾晶体,故答案为:试管增大 c(Cl ),平衡逆向移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) 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;根据实验I 中 vi、 vii 与 i