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1、备战高考化学专题题库化学能与电能的综合题含答案一、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 5.06.0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 BaSO4cNa2SO4d NaOH( 2)电解池阳极
2、发生了两个电极反应,电极反应式分别是 ._ ; ._;( 3)电极反应和的生成物反应得到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。负极的电极反应是 _;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】 CFe 2e2-222 10H223=Fe4OH-4e =2H O+O 4FeOO =4Fe(OH) 8
3、H432 -22211.2 LCH -8e-+4CO=5CO +2H OCO【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 5.06.0 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)燃料电池中,负极上燃料失电子发生氧化反应;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 5.06.0 之间,因此不能使用氢氧化钠,硫
4、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: .Fe-2e-=Fe2+, . 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)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- +4CO3 2 -=5CO2+2H2O;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,
5、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 -32-22O 可知,当转移的电子的物质的量为4mol-8e +4CO=5CO +2H时,消耗 CH4的体积为m1 4mol 22.4L/mol=11.2L 。V=nV =82 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- 4g Ag2SO4: 0 796 g(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
6、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
7、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:序号操作现象实验将 2mL 2mol/ L Fe( NO3) 3 溶液加入有银镜的试管银镜消失中实验将 2mL1 mol / L Fe243溶液加入有银镜的试管中银镜减少,未消失( SO )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】 Ag2 4有黑色固体( Ag )生成,加入KSCN 溶液后变红2+ e- Fe3+负SOFe2+ Ag+3+ Ag 不能因为 Fe( NO-
8、 也可能氧化 AgFeFe3) 3 溶液呈酸性,酸性条件下NO3溶液中存在平衡:+-比 SO4-Fe3 AgFe2 Ag ,且 AgCl 比 Ag2SO4溶解度更小, Cl2 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(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
9、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
10、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 +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
11、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,依据上述现象可知,溶液中存在平衡:Fe3+AgFe2+Ag+,且 AgCl 比 Ag24-比 SO42 -SO 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+-比 SO42-更有利于降低+平衡: Fe3 +Ag+Ag ,且AgCl 比 Ag2SO4 溶解度更小, ClAg浓度,所以实验比实验正向进行的程度更大。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