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时间:2020-12-20
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1、2020-2021备战高考化学化学能与电能综合试题一、化学能与电能1.如图所示,E为浸有Na2SO4溶液的滤纸,并加入几滴酚酞。A、B均为Pt片,压在滤纸两端,R、S为电源的电极。M、N为惰性电极。G为检流计,K为开关。试管C、D和电解池中都充满KOH溶液。若在滤纸E上滴一滴紫色的KMnO4溶液,断开K,接通电源一段时间后,C、D中有气体产生。(1)R为电源的__,S为电源的__。(2)A极附近的溶液变为红色,B极的电极反应式为__。(3)滤纸上的紫色点移向__(填“A极”或“B极”)。(4)当试管C、D中的气
2、体产生到一定量时,切断外电源并接通开关K,经过一段时间,C、D中气体逐渐减少,主要是因为_,写出有关的电极反应式:__。【答案】负极正极2H2O-4e-++O2↑B极氢气和氧气在碱性环境下发生原电池=4H反应,消耗了氢气和氧气2H--4e---2+4OH=4H2O(负极),O2+2H2O+4e=4OH(正极)【解析】【分析】(1)根据电极产物判断电解池的阴阳极及电源的正负极;(2)根据电解池原理及实验现象书写电极反应式;(3)根据电解池原理分析电解质溶液中离子移动方向;(4)根据燃料电池原理分析解答。【详解】(
3、1)断开K,通直流电,电极C、D及氢氧化钾溶液构成电解池,根据离子的放电顺序,溶液中氢离子、氢氧根离子放电,分别生成氢气和氧气,氢气和氧气的体积比为2:1,通过图象知,C极上气体体积是D极上气体体积的2倍,所以C极上得氢气,D极上得到氧气,故R是负极,S是正极,故答案为:负极;正极;(2)A极是阴极,电解高锰酸钾时,在该极上放电的是氢离子,所以该极上碱性增强,酚酞显红色,B极是阳极,该极附近发生的电极反应式为:2H2O-4e-=4H++O2↑,故答案为:2-+22HO-4e=4H+O↑;(3)浸有高锰酸钾的滤纸
4、和电极A、B与电源也构成了电解池,因为R是负极,S是正极,所以B极是阳极,A极是阴极,电解质溶液中的阴离子高锰酸根离子向阳极移动,紫色点移向B极,故答案为:B极;(4)当C、D里的气体产生到一定量时,切断外电源并接通开关K,构成氢氧燃料电池,氢气和氧气在碱性环境下发生原电池反应,消耗了氢气和氧气;在燃料电池中,燃料氢气为负极,在碱性环境下的电极反应式为:2H2+4OH--4e-=4H2O,C中的电极作负极,D中的电极作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,故答案为:氢气和氧气在碱性环境下发生原电池
5、反应,消耗了氢气和氧气;2H2+4OH--4e-=4H2O(负极),O2+2H2O+4e-=4OH-(正极)。【点睛】明确原电池和电解池的工作原理、各个电极上发生的反应是解答本题的关键,难点是电极反应式的书写,注意电解质溶液的性质,以及电解质溶液中阴阳离子移动方向,为易错点。2.方法与规律提炼:(1)某同学利用原电池装置证明了反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+能够发生,设计的装置如下图所示。为达到目的,其中石墨为_________极,甲溶液是____________,证明反应Ag++Fe2+=Ag3+能够发生
6、的实验操作及现象是_________________________+Fe(2)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。上图中作负极的物质是___________。正极的电极反应式是______________。(3)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:阴极区的电极反应式为_______________。电路中转移1mol电子,需消耗氧气___
7、____L(标准状况)。(4)KClO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式___________________电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_________,其迁移方向是_____________(填a→b或b→a)。学法题:通过此题的解答,请归纳总结书写电极反应式的方法____【答案】负FeSO42溶液分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液,或FeCl同时滴加KSCN溶液,后者红色加深--+10H+++3H2O3+-2+铁NO3+8e=NH4Fe+e=Fe+-
8、↑K+a→b原电池中先确定原电池的正负极,列出正负极上的反应5.6L2H+2e=H2物质,并标出相同数目电子的得失;注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。电解池中电极反应式的书写看阳极材料,如果阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨),则应是电解质溶液中的离子放电,应根据离子的放电顺序进行书写。【解析】【分析】根据原电池原理,负极发生氧化反应;根据电解池原理,阴极发生还原反
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