2020-2021备战高考化学化学能与电能综合题汇编附答案一、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．某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+，发现和探究过程如下。
向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。
(1)检验产物①取少量黑色固体，洗涤后，_______（填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。
②取上层清液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有_______________。
(2)针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是___________________（用离子方程式表示）。
针对两种观点继续实验：①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。
同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色变浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：(资料：Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN)②对Fe3+产生的原因作出如下假设：假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；假设b：空气中存在O2，由于________（用离子方程式表示），可产生Fe3+；假设c：酸性溶液中NO3-具有氧化性，可产生Fe3+；假设d：根据_______现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。
③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。
实验Ⅱ可证实假设d成立。
实验Ⅰ：向硝酸酸化的________溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3 min时溶液呈浅红色，30 min后溶液几乎无色。
实验Ⅱ：装置如图。
其中甲溶液是________，操作及现象是________________。
【答案】加入足量稀盐酸（或稀硫酸），固体未完全溶解（或者加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀）Fe2+Fe+2Fe3+=3Fe2+4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O白色沉淀0.05 mol·L-1 NaNO3溶液FeCl2、FeCl3混合溶液按图连接好装置，电流表指针发生偏转，分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深【解析】【详解】(1)①黑色固体中含有过量铁，如果同时含有银，则可以加入HCl或H2SO4溶解Fe，而银不能溶解，故答案为：加入足量稀盐酸(或稀硫酸)酸化，固体未完全溶解；②K3[Fe(CN)3]是检验Fe2+的试剂，所以产生蓝色沉淀说明含有Fe2+，故答案为：Fe2+；(2)过量铁粉与Fe3+反应生成Fe2+，即Fe+2Fe3+=3Fe2+，故答案为：Fe+2Fe3+=3Fe2+；②O2氧化Fe2+反应为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，白色沉淀是AgSCN，所以实验可以说明含有Ag+，Ag+可能氧化Fe2+生成Fe3+，故答案为：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；白色沉淀；③实验Ⅰ：证明假设abc错误，就是排除Ag+对实验的影响，相当于没有Ag+存在的空白实验，考虑其他条件不要变化，可以选用0.05mol•L-1NaNO3，故答案为：0.05 mol·L-1 NaNO3溶液；实验Ⅱ：原电池实验需要证明的是假设d的反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+能够实现，所以甲池应当注入FeCl2、FeCl3混合溶液，按图连接好装置，如电流表指针发生偏转，分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深，可说明d正确，故答案为：FeCl2、FeCl3混合溶液；按图连接好装置，电流表指针发生偏转，分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深。
3．硝酸是氧化性酸，其本质是NO3－有氧化性，某课外实验小组进行了下列有关NO3－氧化性的探究（实验均在通风橱中完成）。
实验装置编号溶液X实验现象实验Ⅰ 6 mol·L-1稀硝酸电流计指针向右偏转，铜片表面产生无色气体，在液面上方变为红棕色。
实验Ⅱ15 mol·L-1浓硝酸电流计指针先向右偏转，很快又偏向左边，铝片和铜片表面产生红棕色气体，溶液变为绿色。
（1）实验Ⅰ中，铝片作_____（填“正”或“负”）极。
液面上方产生红棕色气体的化学方程式是_________。
（2）实验Ⅱ中电流计指针先偏向右边后偏向左边．．．．．．．．．．的原因是____________________。
查阅资料：活泼金属与1 mol·L-1稀硝酸反应有H2和NH4+生成，NH4+生成的原理是产生H2的过程中NO3－被还原。
（3）用上图装置进行实验Ⅲ：溶液X为1 mol·L-1稀硝酸溶液，观察到电流计指针向右偏转。
①反应后的溶液中含NH4+。
实验室检验NH4+的方法是______________________________。
②生成NH4+的电极反应式是_____________________________________________。
（4）进一步探究碱性条件下NO3－的氧化性，进行实验Ⅳ：①观察到A中有NH3生成，B中无明显现象。
A、B产生不同现象的解释是_______________。
②A中生成NH3的离子方程式是_______________________________。
（5）将铝粉加入到NaNO3溶液中无明显现象，结合实验Ⅲ和Ⅳ说明理由_________________。
【答案】负2NO+O2=2NO2Al开始作电池的负极，Al在浓硝酸中迅速生成致密氧化膜后，Cu作负极取少量待检溶液于试管中，加入浓NaOH溶液，加热，若产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则溶液中含NH4+NO3-＋8e-＋10H+＝NH4+＋3H2O Al与NaOH溶液反应产生H2的过程中可将NO3-还原为NH3，而Mg不能与NaOH溶液反应8Al＋3NO3-＋5OH-＋2H2O＝3NH3↑＋8AlO2-因为铝与中性的硝酸钠溶液无生成H2的过程，NO3－无法被还原【解析】【分析】（1）根据实验现象可知，实验1电流计指针向右偏转，铜片表面产生无色气体，在液面上方变为红棕色，说明在原电池中铝作负极，发生氧化反应，铜做正极，硝酸根离子被还原成一氧化氮，在空气中被氧化成二氧化氮；（2）实验2中电流计指针先向右偏转，很快又偏向左边，铝片和铜片表面产生红棕色气体，溶液变为绿色，说明开始铝是负极，同实验1，铜表面有二氧化氮产生，很快铝被浓硝酸钝化，铜做负极，发生氧化反应，生成硝酸铜，溶液呈绿色，硝酸根离子在铝电极被还原成二氧化氮，据此答题；（3）溶液X为1mol•L-1稀硝酸溶液，反应后的溶液中含NH4+，说明硝酸根离子被还原成了铵根离子，原电池中铝做负极，铜做正极，硝酸根离子在正极还原成铵根离子；（4）Al与NaOH溶液反应产生H2的过程中可将NO3-还原为NH3，根据电荷守恒和元素守恒可写出离子方程式，而镁与碱没有反应；（5）铝粉在中性溶液中不产生氢气，也就不与硝酸钠反应，据此分析。
【详解】（1）根据实验现象可知，实验1电流计指针向右偏转，铜片表面产生无色气体，在液面上方变为红棕色，说明在原电池中铝作负极，发生氧化反应，铜做正极，硝酸根离子被还原成一氧化氮，在空气中被氧化成二氧化氮，反应方程式为2NO+O2=2NO2；（2）实验2中电流计指针先向右偏转，很快又偏向左边，铝片和铜片表面产生红棕色气体，溶液变为绿色，说明开始铝是负极，同实验1，铜表面有二氧化氮产生，很快铝被浓硝酸钝化，铜做负极，发生氧化反应，生成硝酸铜，溶液呈绿色，硝酸根离子在铝电极被还原成二氧化氮；（3）溶液X为1mol•L-1稀硝酸溶液，反应后的溶液中含NH4+，说明硝酸根离子被还原成了铵根离子，原电池中铝做负极，铜做正极，硝酸根离子在正极还原成铵根离子，①实验室检验NH4+的方法是取少量待检溶液于试管中，加入浓NaOH溶液，加热，若产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，则溶液中含NH4+；②生成NH4+的电极反应式是NO3-+8e-+10 H+=NH4++3H2O；（4）①Al与NaOH溶液反应产生H2的过程中可将NO3-还原为NH3；根据电荷守恒和元素守恒可写出离子方程式，而镁与碱没有反应；②碱性条件下铝将硝酸根还原生成氨气，反应的离子方程式为8Al+3NO3-+5OH-+2H2O=3NH3↑+8AlO2-；（5）铝与中性的硝酸钠溶液无生成H2的过程，也就不与硝酸钠反应，所以无明显现象。