备战高考化学化学能与电能综合题附详细答案
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：1．5×10-4g Ag2SO4：0．796g （1）甲同学的实验如下：
序号操作现象
实验Ⅰ
将2mL1mol/L AgNO3溶液加
入到1mL1mol/L FeSO4溶液中
产生白色沉淀，随后有黑色固体产生取上层清液，滴加KSCN溶液溶液变红
注：经检验黑色固体为Ag
① 白色沉淀的化学式是_____________。
② 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Ⅱ。
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。
ｂ．随后向甲烧杯中逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液，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。
① a中甲烧杯里的电极反应式是___________。
② b中电压表指针逆向偏移后，银为_________极（填“正”或“负”）。
③ 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
实验Ⅲ
将2mL2mol/L Fe(NO3)3溶液加入有银镜的试管
中
银镜消失
实验Ⅳ将2mL1mol/L Fe2(SO4)3溶液加入有银镜的试管中银镜减少，未消失
实验Ⅴ将2mL2mol/L FeCl3溶液加入有银镜的试管中银镜消失
① 实验Ⅲ___________（填“能”或“不能”）证明Fe3+氧化了Ag，理由是
_____________。
② 用化学反应原理解释实验Ⅳ与Ⅴ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
Fe2+＋Ag+Fe3+＋Ag 不能因为Fe(NO3)3溶液呈酸性，酸性条件下NO3-也可能氧化Ag 溶液中存在平衡：Fe3+＋Ag Fe2+＋Ag+，且AgCl比Ag2SO4溶解度更小，Cl-比SO42-更有
利于降低Ag+浓度，所以实验Ⅴ比实验Ⅳ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2mL1mol/L AgNO3溶液加入到1mL1mol/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；
①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；
②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）①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+；
②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；
③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）①将2mL2mol/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Ⅲ不能证明Fe3+氧化了Ag，故答案为不能；因为Fe（NO3）3溶液呈酸性，酸性条件下NO3-也可能氧化Ag；
②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2mL2mol/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++Ag Fe2++Ag+，且AgCl比Ag2SO4溶解度更小，Cl-比SO42-
更有利于降低Ag+浓度，所以实验Ⅴ比实验Ⅳ正向进行的程度更大，故答案为溶液中存在
平衡：Fe3++Ag Fe2++Ag+，且AgCl比Ag2SO4溶解度更小，Cl-比SO42-更有利于降低Ag+
浓度，所以实验Ⅴ比实验Ⅳ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。
点睛：本题以“铁作阳极”时发生反应的多样性探究实验考查了电解原理的应用。本题的难度中等，掌握铁及其化合物的性质和离子的检验是解题的关键。本题的易错点和难点为(3)③实验的设计，需要理解实验的目的并掌握高铁酸根离子的水解方程式。
3．氯化铁和高铁酸钾都是常见的水处理剂，下图为制备粗高铁酸钾的工业流程。
请回答下列问题：
(1)氯化铁做净水剂的原因是(结合化学用语表达) 。
(2)吸收剂X的化学式为，氧化剂Y的化学式为。
(3)碱性条件下反应①的离子方程式为。
(4)过程②将混合溶液搅拌半小时，静置，抽滤获得粗产品。该反应的化学方程式为2KOH ＋NaFeO4=K2FeO4＋2NaOH，请根据反应原理分析反应能发生的原因。
(5)K2FeO4在水溶液中易发生反应：4FeO42－＋10H2O=4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑。在提纯K2FeO4时采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用 (填序号)。
A．H2O B．稀KOH溶液 C．NH4Cl溶液 D．Fe(NO3)3溶液
除了这种洗涤剂外，一般工业生产还要加入异丙醇作为洗涤剂，你认为选择异丙醇的原因是。
(6)高铁电池是正在研制中的充电电池，具有电压稳定、放电时间长等优点。以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫为原料，硫酸钾为电解质，用惰性电极设计成能在高温下使用的电池，写出该电池的正极反应式。
【答案】
(1)Fe3+ +3H2O Fe(OH)3+3H+；水解产生的Fe(OH)3胶体能够吸附杂质；
(2)FeCl2；NaClO
(3)2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－=2FeO42－＋3Cl－＋5H2O
(4)K2FeO4溶解度小于NaFeO4，析出晶体，促进反应进行
(5)B；高铁酸钾在异丙醇中的溶解度小于在水中的溶解度，用异丙醇洗涤有利于提高产品回收率
(6)FeO42- + 3e- + 4SO3 = Fe3+ + 4SO42-
【解析】
试题分析：(1)氯化铁水解生成的氢氧化铁胶体具有吸附性，能够吸附杂质可做净水剂，故答案为：Fe3+ +3H2O Fe(OH)3+3H+；水解产生的Fe(OH)3胶体能够吸附杂质；
(2)根据流程图，吸收剂X吸收氯气后能够生成氯化铁，因此X为氯化亚铁，氢氧化钠与氯气反应生成氧化剂Y，因此氧化剂Y为次氯酸钠，故答案为：FeCl2；NaClO；
(3)碱性条件下，氯化铁与次氯酸钠反应生成高铁酸钠，因此反应①的离子方程式为2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－=2FeO42－＋3Cl－＋5H2O，故答案为：2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－=2FeO42－＋3Cl－＋5H2O；
(4)由于K2FeO4溶解度小于NaFeO4，析出晶体，促进2KOH＋NaFeO4=K2FeO4＋2NaOH反应进行，故答案为：K2FeO4溶解度小于NaFeO4，析出晶体，促进反应进行；
(5)由于4FeO42－＋10H2O=4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑。在提纯K2FeO4时采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，洗涤剂最好选用碱性溶液，故选B；除了氢氧化钠外，一般工业生产还要加入异丙醇作为洗涤剂，是因为高铁酸钾在异丙醇中的溶解度小于在水中的溶解度，用异丙醇洗涤有利于提高产品回收率，故答案为：B；高铁酸钾在异丙醇中的溶解度小于在水中的溶解度，用异丙醇洗涤有利于提高产品回收率；
(6)高铁酸钾具有氧化性，在设计的电池中发生还原反应，二氧化硫具有还原性，能够发生氧化反应，生成三氧化硫，因此电池的正极反应式为FeO42- + 3e- + 4SO3 = Fe3+ + 4SO42-，故答案为：FeO42- + 3e- + 4SO3 = Fe3+ + 4SO42-。
考点：考查了铁及其化合物的性质、氧化还原反应、化学实验的基本操作、原电池原理的应用的相关知识。
4．纳米级Fe粉是新型材料，具有超强磁性、高效催化性。某化学小组探究用氢气和碳酸亚铁制取纳米级铁粉。其实验设计如图（加热、支持装置省略）
（1）a的名称是________________；浓硫酸的作用是________________。
（2）打开分液漏斗活塞，一段时间后再对C装置加热，这样操作的目的是
_______________；反应一段时间后D中变蓝，E中溶液变浑浊，C中发生反应的化学方程式为______________。
（3）反应中若观察到B装置中气泡产生过快，则应进行的操作是
_____________________。
（4）反应一段时间后，B中产生气泡太慢，再滴加硫酸反应速率略有加快但不明显；若向硫酸中加少量硫酸铜再滴入与Zn反应，反应速率明显加快，原因是
____________________。
（5）检验碳酸亚铁中含有铁元素的实验方法是______________________。
【答案】（1）蒸馏烧瓶（1分）吸收氢气中的水蒸气（或干燥氢气）（2分）
（2）排除体系内的空气，防止干挠实验，防止爆炸（2分）FeCO3+H2Fe+CO2+H2O（2分）
（3）调节A中分液漏斗活塞，减慢硫酸滴加速度（2分，不全对扣1分）
（4）锌与硫酸铜反应生成铜，铜与锌形成原电池（锌为负极），加快了反应速率（2分）
（5）取少量FeCO3加适量盐酸完全溶解，再加入少量K3[Fe(CN)3]溶液，产生蓝色沉淀，则碳酸亚铁中含有铁元素。（溶解后加入氧化剂，检验Fe3+也可）（2分）
【解析】
【分析】
【详解】
本题的实验目的是用氢气和碳酸亚铁制取纳米级铁粉，根据装置分析可知，A为H2的制取装置，B为干燥装置，C为H2还原FeCO3制取纳米级铁粉。D中无色硫酸铜可用于检验水的存在，E中澄清石灰水则用于检验CO2。
（1）仪器a是圆底烧瓶；B为干燥装置，所以浓硫酸的作用是吸收氢气中的水蒸气。（2）因H2是爆炸气体，所以在操作时必须先排除装置中的空气，必须打开分液漏斗活塞，一段时间后再对C装置加热，防止装置中的空气干挠实验，造成爆炸的危险。反应一段时间后D中变蓝，说明有水生成，E中溶液变浑浊，说明有CO2生成。则C中发生反应的化学方程式为FeCO3+H2Fe+CO2+H2O。
（3）反应中若观察到B装置中气泡产生过快，则说明A处产生H2的速率过快，可调节A 中分液漏斗活塞，减慢硫酸滴加速度。
（4）加少量硫酸铜再滴入与Zn反应，锌与硫酸铜反应生成铜，铜与锌形成原电池（锌为负极），加快了反应速率。
（5）检验碳酸亚铁中含有铁元素的实验方法是取少量FeCO3加适量盐酸完全溶解，再加入少量K3[Fe(CN)3]溶液，产生蓝色沉淀，则碳酸亚铁中含有铁元素。。
5．高铁酸盐（如K2FeO4）是一种高效绿色氧化剂，可用于饮用水和生活用水的处理。从环境保护的角度看，制备高铁酸盐较好的方法为电化学法。
（1）电化学法制备高铁酸钠采用铁片作阳极，NaOH溶液作为电解质溶液，其电流效率可达到40%。写出阳极产生高铁酸钠的电极反应方程式：____________。
（2）铁丝网电极是更理想的阳极材料，相同条件下，可将电流效率提高至70%以上，原因是__________。研究亦发现，铁电极在某一电压范围内会产生氧气使阳极表面生成Fe2O3膜而“钝化”。写出产生O2的电极反应方程式：__________。
（3）FeO42—易与水4h生成絮状氢氧化铁，也会影响高铁酸盐的产率。若以铁丝网为阳极，在中间环节（对应图中4h后）过滤掉氢氧化铁，反应过程中FeO42—浓度以及电流效率随时间的变化如图1中实线所示（图中曲线是每隔1h测得的数据）。图中虚线部分对应于没有过滤氢氧化铁而连续电解的情况。下列判断正确的是___(填编号)
①过滤：掉氢氧化铁有利于获得较高浓度的高铁酸盐溶液
②过滤掉氢氧化铁对电流效率影响不大
③实验表明不过滤掉氢氧化铁，6h后电流效率几乎为0
（4）在相同的pH条件下，经过相同的反应时间，高铁酸盐的产率与温度关系如图2。
随温度升高，高铁酸盐产率先增大后减小的原因是__________。
（5）人们还对用铁的氧化物作电极制备高铁酸盐进行了研究，例如以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐，该研究方向的价值有__________（至少答一点）。
【答案】Fe-6e－+8OH－═FeO42－+4H2O 铁丝网比铁片接触面积更大 4OH－-4e－
═O2↑+2H2O ①③温度升高加快了高铁酸盐的生成速率，另一方面，温度升高加快了高铁酸盐与水反应，10℃～20℃时生成为主要因素，20℃以后分解为主要因素。以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐消耗电能少；以铁的氧化物为电极，可以实现变废为宝；以磁铁矿作为多孔电极，不会发生钝化现象等合理答案。
【解析】
【分析】
（1）已知反应物和生成物，书写方程式时要根据原子守恒和电荷守恒；
（2）接触面积越大，电流越大；阳极铁失去电子，氢氧根也可能失去电子生成氧气；（3）比较实线和虚线对应的坐标即可得出答案；
（4）产率增大说明生成速率增大，减小则说明分解速率增大；
（5）从耗能、环保、提高反应速率等角度解析。
【详解】
（1）铁失去电子，在碱性溶液中生成高铁酸根离子，同时有水生成，故阳极产生高铁酸钠的电极反应方程式为：Fe-6e－+8OH－═FeO42－+4H2O；
（2）铁丝网比铁片接触面积更大，电流效率更高，阳极铁失去电子，氢氧根也可能失去电子生成氧气，再与铁反应生成氧化铁，铁电极上发生析氧反应4OH－-4e－═O2↑+2H2O；（3）由图可知，4h后若没有过滤氢氧化铁，高铁酸根离子浓度及电流效率均降低，①C
正确，②错误；虚线所示，6h后电流效率几乎为0，③正确，故选①③；
（4）高铁酸盐产率增高说明温度升高加快了高铁酸盐的生成速率，产率降低说明温度升高加快了高铁酸盐与水反应，10℃～20℃时生成为主要因素，20℃以后分解为主要因素；（5）以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐，该研究方向的价值有：以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐消耗电能少；以铁的氧化物为电极，可以实现变废为宝；以磁铁矿作为多孔电极，不会发生钝化现象等。
6．（一）如图所示，甲、乙是电化学实验装置，请回答下列问题：
若甲、乙两个烧杯中均盛放饱和NaCl溶液。
①甲中石墨棒上的电极反应式是_________________________________
②乙中总反应的离子方程式为___________________________________
③若乙中含有0.10 mol·L-1NaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为560mL（标准状况下）时，溶液的pH=_____________（2分）（假设溶液体积变化忽略不计），转移电子的个数为____________
（二）肼一空气燃料电池是一种碱性电池，无污染，能量高，有广泛的应用前景。其工作原理如上图所示，回答下列问题：
①该燃料电池中正极通入的物质是__________；
负极发生的反应式为：__________________________
②电池工作时，OH- 移向极________（“a”或“b”）
③当电池放电转移5mol电子时，至少消耗燃料肼________g
(三)全钒液流电池的结构如图所示，其电解液中含有钒的不同价态的离子、H+和SO42﹣．电池放电时，负极的电极反应为：V2+﹣e﹣=V3+．
①电池放电时的总反应方程式为___________________________
充电时，电极M应接电源的_________ 极
②若电池初始时左、右两槽内均以VOSO4和H2SO4的混合液为电解液，使用前需先充电激活，充电过程阴极区的反应分两步完成：第一步VO2+转化为V3+；第二步V3+转化为V2+．则第一步反应过程中阴极区溶液n（H+）__________（填“增大”、“不变”或“减小”）（1分），阳极的电极反应式为_________________________
【答案】（一）（1）①O2＋4e－＋2H2O===4OH－
②2Cl－＋2H2O Cl2↑＋2 OH－＋H2↑
③ 13； 3.612×1022或0.06N A
（二）①空气或氧气 N2H4 +4OH- -4e- =4H2O+ N2↑ ②a ③40
（三）①VO2++2H++V2+=VO2++H2O+V3+正
②减小 VO2++H2O﹣e﹣=VO2++2H+
【解析】
试题分析：（一）（1）①甲装置为原电池，石墨作正极，O2放电，电极反应为：O2＋2H2O ＋4e－=4OH－；②乙装置为电解池， Fe是阴极，不参与反应，总反应的离子方程式为：
2Cl－＋2H2O Cl2↑＋2 OH－＋H2↑；③阳极生成0.025mol的气体,其中先是氯离子失电子，0.04mol氯离子失去0.04mol电子,生成0.02mol的氯气，另外的0.005mol气体是氢氧根离子失电子生成的氧气，可知0.02mol氢氧根失去0.02mol电子，共失去0.06mol电子，同时在阴极氢离子得电子0.06mol电子，刚好反应0.06mol氢离子，也就是留下了0.04mol氢氧根离子，氢离子浓度为0.04/0.4=0.1mol/L.pH为13；转移电子的个数为
3.612×1022或0.06N A；
（二）①在肼（N2H4）燃料电池中，通入燃料气体N2H4为负极，通入空气或氧气的一极为正极；在原电池中，阴离子向负极移动，在碱性电解质中失去电子生成氮气和水，电极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O；②电池工作时，OH- 移向负极，即a极；③当电池放电转移5mol 电子时，消耗燃料肼1.25mol，质量为40g；
（三）①左槽的电极反应式为VO2++2H++e-=VO2++H2O，为原电池的正极，总反应方程式为
VO2++2H++V2+=VO2++H2O+V3+；充电时，电极M应接电源的正极；②第一步VO2+转化为V3+的方程式为：VO2++4H++2e￣= V3++2H2O，消耗了H+，所以阴极区溶液n（H+）减小；阳极上VO2+失电子生成VO2+，电极方程式为：VO2++H2O﹣e﹣=VO2++2H+。
考点：原电池，电解池原理
7．（1）某课外活动小组同学用图1装置（M、N为外电源的两个电极）进行实验，试回答下列问题：
①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的_________腐蚀。请写出正极反应式：____________。
②若开始时开关K与b连接时，两极均有气体产生，则铁电极为__________极（填“阴”或“阳”），该电极上发生的电极反应式为_____________，总反应的离子方程式为________________。
（2）该小组同学设想，用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠。
①B出口导出的气体是__________，制得的氢氧化钠溶液从出口____________（填“A”、“B”、“C”或“D”）导出。通过阴离子交换膜的离子数____________（填“>”、“<”或“=”）通过阳离子交换膜的离子数。
②氢气、氧气和氢氧化钠溶液又可制成燃料电池，该电池的负极反应式为__________________。
【答案】（1）① 吸氧(1分)； O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-；
② 阴 2H+ + 2e- = H2↑(或2H2O + 2e- = H2↑+ 2OH-)，
2Cl- + 2H2O 2OH- + H2↑+ Cl2↑
（2）①O2；D ； <；②H2+ 2OH- - 2e- = 2H2O。
【解析】
试题分析：①若开始时开关K与a连接，则发生的原电池反应，由于食盐水是中性溶液，故铁发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，在正极发生的电极反应式是O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-；
②若开始时开关K与b连接时，若Fe与电源的正极连接，Fe是活性电极，Fe电极就会发生反应：Fe-2e-=Fe2+，该电极就不会产生气体，实际上两极均有气体产生，则铁电极应该与电源的负极连接，为阴极，该电极上发生的电极反应式为2H+ + 2e- = H2↑，或2H2O +
2e- = H2↑+ 2OH-；电解的总反应的离子方程式为2Cl- + 2H2O 2OH- + H2↑+ Cl2↑。（2）该小组同学设想，用如图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠。由于阳离子的放电能力H+>Na+，所以在阴极发生反应：2H+ + 2e- = H2↑，反应产生氢气，附近溶液中水的电离平衡被破坏，溶液中c(OH-)增大，因此溶液显碱性，有一定浓度的NaOH；溶液中阴离子的放电能力：OH->SO42-，所以在阳极发生反应：4OH--4e-=2H2O+O2↑，由于氢氧根离子放电，使附近溶液中H+浓度增大，溶液显酸性，附近的溶液为H2SO4溶液。①B出口导出的气体是O2，从A口出去的溶液含有硫酸溶液；制得的氢氧化钠溶液从出口D导出，C口处出去的气体是H2。由于SO42-带有2个单位的负电荷，Na+带有一个定位的正电荷，在整个闭合回路中电荷转移总量相等，所以通过阴离子交换膜的离子数<通过阳离子交换膜的离子数。②氢气、氧气和氢氧化钠溶液又可制成燃料电池，通入燃料氢气的电极为负极，由于电解质溶液为NaOH碱性溶液，所以该电池的负极反应式为H2+ 2OH- - 2e- = 2H2O。
【考点定位】考查电化学反应原理的应用的知识。
【名师点睛】原电池是把化学能转化为电能的装置，根据该原理可以设计各种燃料电池。通入燃料的电极为负极，负极失去电子，发生氧化反应，通入氧气的电极为正极，正极发生还原反应。电极反应式与电解质溶液有关。以氢氧燃料电池为例。当电解质溶液为酸溶液时，负极反应式是：H2-2e-=2H+，正极反应式是O2+4e-+4H+=2H2O；当电解质溶液为碱性物质时，负极的电极反应式是：H2-2e-+2OH-=2H2O；正极的电极反应式是O2+4e-+2H2O =4OH-。因此要根据电解质溶液的酸碱性来书写电极反应的反应式。电解池是把电能转化为化学能的装置，与电源正极连接的电极为阳极，与电源负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。若阳极为活性电极(除金、铂之外的金属电极)，阳极失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极，则为溶液中的阴离子失去电子，发生氧化反应；阴极则是溶液中的阳离子放电，遵循离子放电顺序。掌握原电池、电解池反应原理是本题解答的关
键。
8．）某课外活动小组同学用右图装置进行实验，试回答下列问题。
（1）若开始时开关K与a连接，则A极的电极反应式为：________________________。（2）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为：_________________________，总反应的离子方程式为___________________。有关上述实验，下列说法正确的是（填序号）______________
①溶液中Na+向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度(饱和食盐水足量)
④若标准状况下B极产生2.24 L气体，则溶液中转移0.2 mol电子
（3）该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
①该电解槽的阳极反应式为_____________。此时通过阴离子交换膜的离子数____________（填“大于”或“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的硫酸溶液从出口（填写“A”、“B”、“C”、“D”）_____________导出。
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因__________________ 。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为___________________。
【答案】（1）O2+2H2O+4e-=4OH-；（2）2H++2e-=H2↑，2H2O+2Cl-= Cl2↑+H2 ↑+2OH-，②；
（3）①4OH - -4e -= O 2↑+2H 2O ，小于；② A ；③ 消耗了水生成了更多的KOH ；④O 2+2H 2O+4e -
=4OH -。 【解析】
试题分析：（1）K 与a 连接，构成原电池，A 极作正极，B 极作负极，此装置属于钢铁的吸氧腐蚀，A 极电极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －=4OH －；（2）K 与b 连接，构成的是电解池，B 极为阴极 H ＋在此得电子，2H 2O ＋2e －=H 2↑＋2OH －，A 极为阳极，2Cl －2e －=Cl 2↑，因此总
电极反应式为：2Cl －＋2H 2O =点燃 =======通电 =======电解 ========催化剂△ Cl 2↑＋H 2↑＋2OH －
，①根据电解原理，阳离子向阴极移动，即向B 极移动，故错误；②从A 处逸出的气体是Cl 2，能把I －氧化成I 2，淀粉遇碘单质变蓝，故正确；③应通入HCl 气体，盐酸中含有水，这样原来溶液的浓度将减小，故错误；④B 极产生2.24L 的氢气，则转移电子为2.24×2/22.4mol=0.2mol，但溶液中没有电子的转移，只是阴阳离子的定向移动，故错误；（3）①左端为阳极，阴离子放电，其电极反应式为：2H 2O －4e －=O 2↑＋4H ＋，阴极上的电极反应式为：2H 2O ＋2e －=H 2↑＋2OH －，SO 4
2－通过阴离子交换膜，与形成H ＋形成H 2SO 4，K ＋通过阳离子交换膜与形成的OH －形成KOH ，根
据得失电子数目守恒，因此填小于；②根据上述分析，硫酸应从A 口导出；③根据B 极电解反应式，消耗了水生成了更多的OH －，因此OH －
浓度增大，即pH 增大；④构成燃料电池，氧气作正极，氢气作负极，因为电解质溶液是KOH ，即正极电极反应式为：O 2＋2H 2O ＋4e －=4OH －。 考点：考查电解原理、原电池工作原理等知识。
9．类比是化学学习中常用的方法之一，已知硝酸能把铁氧化成Fe(NO 3)3，但当铁过量时，产物是Fe(NO 3) 2。某同学受此启发，提出一个相似的观点：氯气与铁粉反应，当 Cl 2足量时生成 FeCl 3，当铁粉过量时产物是FeCl 2 。为验证该观点是否正确，该同学将一根细的纯铁丝分别在足量和少量的Cl 2中点燃，取其表面生成物并分别编号为A 、B ，然后通过实验确定其成分。
探究过程如下：
提出假设：A 是FeCl 3，B 是FeCl 2 。
（1）设计实验方案：分别取 A 、B 的溶液均进行以下实验，但实验现象相同。请填写下表中的相应空格。
（2）根据上述实验结论，写出Cl2与铁粉加热时发生反应的化学方程式
____________________。
（3）为进一步探究 FeCl3溶液的性质，他又利用 A 溶液做了如下一些实验，其中明显错误的是____（填写序号）。
A．将 A 溶液滴入淀粉碘化钾溶液中，可得到蓝色液体，该液体能产生丁达尔现象
B．向 A 溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，溶液颜色加深
C．在 A 溶液中滴加NaOH浓溶液，出现红褐色沉淀
D．将 A 溶液加热蒸干并灼烧，得到FeCl3固体
（4）FeCl3溶液常作印刷电路铜板腐蚀剂，腐蚀后的废液中含有 FeCl3、FeCl2、CuCl2，某研究性学习小组的同学们设计了两种从废液中回收 Cu的方案：
方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，过滤。在所得滤渣中加入足量的盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜。
该方案中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为_____________________。
方案2：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的 pH=1，用铜和石墨作电极进行电解。当观察到阴极上有少量气泡产生时，即停止电解，这时要回收的 Cu 已全部析出。该方案中铜作_________极，该电极上所发生的电极反应为（若有多个电极反应，请按照反应发生的先后顺序全部写出）____________________。
方案2在电极上直接回收铜，操作上比方案 1简便，但方案 2 也有不足之处，主要表现为____。
【答案】溶液变红色 FeCl2 2Fe+3Cl2Δ
2FeCl3 BD Fe3+＞Cu2+> H +> Fe2+阴 Fe3++e-
=Fe2+、Cu2++2e-=Cu 、2H++2e-=H2↑污染性气体Cl2产生；使用了电解装置，成本较高等【解析】
【分析】
【详解】
（1）铁离子与KSCN溶液反应溶液显红色，则实验现象是溶液变红色，KMnO4溶液颜色无明显变化，说明不存在氯化亚铁；
（2）根据以上分析可知铁与氯气反应只能生成氯化铁，反应的化学方程式为
2Fe+3Cl2Δ
2FeCl3；
（3）A．将A溶液滴入淀粉碘化钾溶液中，可得到蓝色液体，这是由于碘化钾被氧化为单质碘，淀粉溶于水能形成胶体，因此该液体能产生丁达尔现象，A正确；
B．向 A 溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，生成亚铁离子，溶液颜色变浅，B错误；C．在 A 溶液中滴加NaOH浓溶液，出现红褐色沉淀，该沉淀是氢氧化铁，C正确；D．氯化铁水解生成氢氧化铁和氯化氢，水解吸热，且生成的氯化氢挥发，所以将 A 溶液加热蒸干得到氢氧化铁，并灼烧得到氧化铁固体，D错误；
答案选BD；
（4）方案1：四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为Fe3+＞Cu2+>H +>Fe2+；
方案2：要回收铜，即铜离子放电形成铜，所以铜应该作阴极；氧化性是铁离子强于铜离子，铜离子强于氢离子，则阴极电极反应式依次为Fe3++e-= Fe2+、Cu2++2e-=Cu、2H++2e-
=H2↑；用于使用了电解装置，成本较高等，且阴极氯离子放电产生污染性气体Cl2。
10．CuSO4溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂。
(1)某同学配制 CuSO4 溶液时，向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水，并不断搅拌，结果得到悬浊液。他认为是固体没有完全溶解，于是对悬浊液加热，结果发现浑浊更明显了，原因是______________________，最后，他向烧杯中加入了一定量的_______溶液，得到了澄清的CuSO4溶液。
(2)该同学利用制得的 CuSO4溶液，进行以下实验探究。
①图一是根据反应 Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4设计成的锌铜原电池。电解质溶液乙是_______溶液；Cu极的电极反应式是_________________。
②图二中，I 是甲烷燃料电池（电解质溶液为 NaOH 溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是__________（填“CH4”或“O2”）， a 处电极上发生的电极反应式是____；铁为电解池的____极，当铜电极的质量减轻 3.2 g，则消耗的 CH4在标准状况下的体积为____L。
(3)反应一段时间后，生成的 Na2CO3溶液（溶质仅为 Na2CO3）中存在的关系正确的是
____。
A．c(Na+)=c(HCO3-)=c(OH-)=c(H+) B．c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)
C．c(Na+)>c(CO32-)>c(H+)>c(OH-) D．c(Na+)>c(CO32-) >c(OH-)>c(HCO3-)
【答案】Cu2++2H 2O Cu(OH)2+2H+△H>0，加热促进了Cu2+水解，生成了更多的难溶物Cu(OH)2 H2SO4 CuSO4 Cu2++2e-=Cu O2 CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 阴 0.28 BD 【解析】
（1）硫酸铜为强酸弱碱盐，水解呈酸性，Cu2++2H2O?Cu（OH）2+2H+，加热促进铜离子水解，生成了更多的难溶物Cu（OH）2，配制水解呈酸性的溶液时应在相应酸的稀溶液中溶解，防止水解，硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子在溶液中发生水解生成氢氧化铜，应加入硫酸使其溶解，故答案为Cu2++2H2O?Cu（OH）2+2H+，加热促进铜离子水解，生成了更多的难溶物Cu（OH）2；硫酸；
（2）①根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，电解质为C uSO4，铜离子在Cu电极上得电子析出Cu，电极反应式为Cu2++2e-
═Cu，故答案为CuSO4；Cu2++2e-═Cu；
②甲烷碱性燃料电池为电源，总电极反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，负极发生氧化
反应，正极发生还原反应，电镀时，镀件铁作电解池的阴极，连接甲烷燃料电源的负极，所以a应通入CH4，镀层金属作电解池的阳极，发生氧化反应，连接甲烷燃料电源的正极，所以b应通入O2．所以甲烷碱性燃料电池a处电极上CH4放电，发生氧化反应，电极反应式是CH4-8e-+10OH-=CO32-
+7H2O，根据电子转移守恒8n（CH4）=2n（Cu）=2×
3.2
64/
g
g mol
=0.1mol，所以n（CH4）=
1 80 mol，所以v（CH4）=
1
80
mol×22.4L/mol=0.28L，故答案为O2；CH4-8e-+10OH-=CO32-
+7H2O；阴；0.28；
(3)A. Na2CO3溶液水解显碱性，c(Na+)＞c(HCO3-)＞c(OH-)＞c(H+)，错误； B.
根据质子守恒，c(OH-)=c(H+)+c(HCO3-)+2c(H2CO3)，正确；C. Na2CO3溶液水解显碱性，c(OH-) >c(H+)，错误； D. Na2CO3溶液水解显碱性，且一级水解大于二级水解，c(Na+)>c(CO32-
) >c(OH-)>c(HCO3-)，正确；故选BD。