【化学】化学化学能与电能的专项培优练习题附详细答案

【化学】化学化学能与电能的专项培优练习题附详细答案

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-=4H＋O2↑ B极 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 2H2＋4OH-－4e-=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】

（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：2H2O-4e-=4H++O2↑；

（3）浸有高锰酸钾的滤纸和电极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．现需设计一套实验装置来电解饱和食盐水,并测量电解产生的氢气的体积（约6 mL）和检验氯气的氧化性（不应将多余的氯气排入空气中）。

（1）试从上图图1中选用几种必要的仪器,连成一整套装置,各种仪器接口的连接顺序（填编号）是:A接______,B接______。 （2）碳棒上发生的电极反应为_______。

（3）能说明氯气具有氧化性的实验现象是_______。

（4）假定装入的饱和食盐水为50 mL（电解前后溶液体积变化可忽略）,当测得的氢气为5.6 mL（已折算成标准状况）时,溶液的pH为____。

（5）工业上采用离子交换膜法电解饱和食盐水，如上图图2，该离子交换膜是__（填“阳离子”或“阴离子”）交换膜，溶液A是_______（填溶质的化学式）

【答案】G、F、I D、E、C 2Cl--2e-=Cl2↑ 淀粉-KI溶液变成蓝色 12 阳离子 NaOH 【解析】 【分析】

(1)实验的目的是电解饱和食盐水，并测量电解产生的氢气的体积(约6 mL)和检验氯气的氧化性，结合装置的作用来连接装置；

(2)实验目的生成氢气和氯气，所以铁应为阴极，碳棒为阳极；

(3)氯气具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，使淀粉碘化钾溶液变蓝色说明； (4)电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑，利用公式c=

n来计V算NaOH的物质的量浓度，然后求出氢离子的浓度，最后求出pH；

(5)氢气在阴极生成，则b为阴极，a为阳极，阳离子向阴极移动，则离子交换膜允许阳离子通过；a极上氯离子失电子，生成氯气同时溶液中生成NaOH。 【详解】

(1)产生的氢气的体积用排水量气法，预计H2的体积6ml左右，所以选I不选H，导管是短进长出，所以A接G，用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B接D，氯气要进行尾气处理，即E接C；

(2)实验目的生成氢气和氯气，所以铁应为阴极，连接电源负极，碳棒为阳极，所以炭棒接

直流电源的正极，电极反应：2Cl--2e-═Cl2↑；

(3)氯气具有氧化性，能氧化碘离子生成碘单质，碘单质遇到淀粉变蓝色，使淀粉碘化钾溶液变蓝色说明氯气具有氧化性； (4)因电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑，当产生的H2的体积

5.6?10?3L=2.5×10-4mol，生成氢氧化钠的物质的量为5×10-为5.6mL时，物质的量n=

22.4L/mol4

5?10?4molmol，所以溶液中NaOH的物质的量浓度=═0.01mol/L，所以氢离子的浓度

0.05L10?14=mol/L=1×10-12mol/L，pH=12； 0.01(5)氢气在阴极生成，则b为阴极，a为阳极，阳离子向阴极移动，则离子交换膜允许阳离子通过，所以离子交换膜为阳离子交换膜；a极上氯离子失电子，生成氯气同时溶液中生成NaOH，所以溶液A是NaOH。 【点睛】

分析电解过程的思维程序：①首先判断阴阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极；②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴阳离子两组；③然后排出阴阳离子的放电顺序：阴极:阳离子放电顺序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+；阳极：活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH-；如果阳极材料是活性金属如Fe或Cu为阳极，则阳极本身被氧化。

3．以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。某研究小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。

（1）将滤纸用3.5%的NaCl溶液润湿，涂上铁粉、碳粉的混合物，贴在表面皿上。在滤纸上加几滴检验试剂，再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸，操作如下所示：

①实验ⅰ的现象说明，得电子的物质是_______________________________。 ②碳粉的作用是___________________________________________________。 ③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是_____________________。

（2）向如图示装置的烧杯a、b中各加入30mL 3.5%的NaCl溶液，闭合K，指针未发生偏转。加热烧杯a，指针向右偏转。

①取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，b中无变化，b中铁片作________极。

②加热后，指针发生偏转的原因可能是_____________________。

（3）用（2）中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响，向烧杯a、b中各加入30mL不同质量分数的NaCl溶液，实验记录如下表所示。 实验 I II Ⅲ a 0.1% 0.1% 3.5% b 0.01% 3.5% 饱和溶液 指针偏转方向 向右 向左 向右 ①Ⅱ中，b中电极发生的电极反应式是_______________________________。

②Ⅲ中，铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀。查阅资料可知：在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀。设计实验证明：_______________________________。 （4）根据上述实验，对钢铁腐蚀有影响的因素是_______________________________。 【答案】O2 与铁组成原电池，作原电池的正极 用水代替NaCl溶液进行上述实验 正 温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快 Fe－2e-=Fe2+ 另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3Fe(CN)6溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象 温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度 【解析】 【分析】

（1）铁、碳以氯化钠溶液为电解质形成原电池，发生吸氧腐蚀生成氢氧根离子，溶液显碱性，遇到酚酞变红；

（2）①K3[Fe(CN)6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀； ②温度升高，Fe还原性增强，反应速率加快；

（3）①依据不同浓度下，检流计指针偏转方向判断电极，书写电极反应式；

②要证明在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀，可以设计对比试验，一个实验中通入氧气，另一个实验中不通入氧气，观察铁的腐蚀情况； （4）依据上述实验总结归纳解答。