高考化学专题《化学能与电能》综合检测试卷含详细答案一、化学能与电能1．某实验小组对FeCl3分别与Na2SO3、NaHSO3的反应进行探究。
（甲同学的实验）装置编号试剂X实验现象I Na2SO3溶液（pH≈9）闭合开关后灵敏电流计指针发生偏转II NaHSO3溶液（pH≈5）闭合开关后灵敏电流计指针未发生偏转(1)怎样配制FeCl3溶液？________________________________________________________。
(2)甲同学探究实验I的电极产物。
①取少量Na2SO3溶液电极附近的混合液，加入_________________________________，产生白色沉淀，证明产生了SO42-。
②该同学又设计实验探究另一电极的产物，其实验方案为_______________________________。
(3)实验I中负极的电极反应式为______________________________________________________。
乙同学进一步探究FeCl3溶液与NaHSO3溶液能否发生反应，设计、完成实验并记录如下：装置编号反应时间实验现象III 0~1 min产生红色沉淀，有刺激性气味气体逸出1~30 min沉淀迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无色30 min后与空气接触部分的上层溶液又变为浅红色，随后逐渐变为浅橙色(4)乙同学认为刺激性气味气体的产生原因有两种可能，用离子方程式表示②的可能原因。
① Fe3+＋3HSO3-垐?噲? Fe(OH)3 ＋3SO2；②_____________________________________________。
(5)查阅资料：溶液中Fe 3+、SO 32-、OH －三种微粒会形成红色配合物并存在如下转化：2+4+5O 2+2-224HOFe S O HOFeO S O Fe +SO −−→垐?噲? 从反应速率和化学平衡两个角度解释1~30 min 的实验现象：______________________________。
（实验反思）(6)分别对比I 和II 、II 和III ，FeCl 3能否与Na 2SO 3或NaHSO 3发生氧化还原反应和______________________有关（写出两条）。
【答案】将FeCl 3溶于浓盐酸，再稀释至指定浓度 足量盐酸和BaCl 2溶液 取少量FeCl 3溶液电极附近的混合液，加入铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，证明产生了Fe 2+ 3SO 32--2e -+H 2O=SO 42-+2HSO 3- H ++HSO 3-=H 2O+SO 2↑ 生成红色配合物的反应速率快，红色配合物生成橙色配合物的速率较慢；在O 2的作用下，橙色的HOFeOSO 2浓度下降，平衡不断正向移动，最终溶液几乎无色 溶液pH 不同、Na 2SO 3、NaHSO 3溶液中SO 32-浓度不同（或Na 2SO 3与NaHSO 3不同，或Na 2SO 3与NaHSO 3的阴离子不同）、反应物是否接触形成红色配合物（任写两条）【解析】【分析】甲同学实验：利用铁离子能够将SO 32-氧化设计原电池，则原电池中氯化铁溶液为正极得电子发生还原反应，试剂X 为负极，失电子发生氧化反应；实验中X 为Na 2SO 3溶液时电流计指针发生偏转，说明铁离子将SO 32-氧化；实验中X 为NaHSO 3溶液时电流计指针未发生偏转，说明二者可能不反应；乙同学进一步探究FeCl 3溶液与NaHSO 3溶液能否发生反应：0~1 min 产生红色沉淀，有刺激性气味气体逸出，红色沉淀应为Fe(OH)3，气体应为二氧化硫，说明二者发生双水解；1~30 min 沉淀迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无色，结合查阅的资料可知生成了HOFeOSO 2，该物质存在平衡HOFeOSO 2⇌HOFeOSO 2，在氧气的作用下不断正向进行，最终溶液几乎无色；30min 后反应现象是空气接触部分的上层溶液又变为浅红色，随后逐渐变为浅橙色，反应后的亚铁离子被空气中氧气氧化为铁离子，过量的HSO 3-电离提供SO 32-，溶液中Fe 3+、SO 32-、OH -三种微粒会继续反应形成红色配合物。
【详解】(1)实验室配制FeCl 3溶液时，为了防止铁离子水解，先将FeCl 3固体溶解在较浓的盐酸中然后加水稀释；(2)①若有硫酸根生成，则加入盐酸酸化的氯化钡溶液会有白色沉淀生成；②氯化铁溶液为原电池正极，发生还原反应，Fe 3+被还原成Fe 2+，铁氰化钾溶液可以与亚铁离子反应生成蓝色沉淀，所以方案为取少量FeCl 3溶液电极附近的混合液，加入铁氰化钾溶液，产生蓝色沉淀，证明产生了Fe 2+；(3)实验I 中试剂X 为原电池负极，SO 32-被氧化生成硫酸根，电极方程式为3SO 32—2e -+H 2O=SO 42-+2HSO 3-；(4)pH=1的氯化铁溶液中有大量的氢离子，亚硫酸氢根离子结合氢离子生成二氧化硫气体，反应的离子方程式：H++HSO3-=H2O+SO2↑；(5)FeCl3溶液与NaHSO3溶液混合反应，在1～30 min出现现象为：沉淀迅速溶解形成红色溶液，随后溶液逐渐变为橙色，之后几乎无色，根据资料：溶液中Fe3+、SO32-、OH-三种微−−−−→Fe2++SO42-，可知原因粒会形成红色配合物并存在转化：HOFeOSO2⇌HOFeOSO22O是：生成红色配合物的反应速率快，红色配合物生成橙色配合物的速率较慢；在氧气的作用下橙色的HOFeOSO2浓度下降平衡HOFeOSO2⇌HOFeOSO2，不断正向进行，最终溶液几乎无色。
(6)分别对比Ⅰ和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ，FeCl3能否与Na2SO3或NaHSO3发生氧化还原反应和溶液pH 不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-浓度不同(或Na2SO3与NaHSO3不同，或Na2SO3与NaHSO3的阴离子不同)、反应物是否接触形成红色配合物有关。
【点睛】第3题写电极反应方程式时要注意pH=9的溶液是由于SO32-水解，OH-来自于水的电离，电极方程式不能写成SO32--2e-+2OH-===SO42-+H2O。
2．二氧化氯(ClO2)具有强氧化性，在工业上常用作水处理剂、漂白剂。
ClO2是一种易溶于水的黄绿色气体，其体积分数超过10%时易引起爆炸。
某研究小组欲用以下三种方案制备ClO2，回答下列问题：（1）以黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO2，黄铁矿中的硫元素在酸性条件下被ClO3-氧化成SO42-，写出制备ClO2的离子方程式__。
（2）用过氧化氢作还原剂，在硫酸介质中还原NaClO3制备ClO2，并将制得的ClO2用于处理含CN-废水。
实验室模拟该过程的实验装置(夹持装置略)如图所示。
①装置A的名称是__，装置C的作用是__。
②反应容器B应置于30℃左右的水浴中，目的是__。
③通入氮气的主要作用有3个，一是可以起到搅拌作用，二是有利于将ClO2排出，三是__。
④ClO2处理含CN-废水的离子方程式为__，装置E的作用是__。
（3）氯化钠电解法是一种可靠的工业生产ClO2的方法。
①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质。
某次除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的__（填化学式），至沉淀不再产生后，再加入过量的Na2CO3和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去。
②用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2，工作原理如图所示，写出阳极产生ClO2的电极反应式__。
【答案】FeS2+15ClO3-+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O 恒压漏斗安全瓶提高化学反应速率，同时防止过氧化氢受热分解稀释ClO2，防止其爆炸 2CN-+2ClO2=2CO2+N2+2Cl-吸收ClO2等气体，防止污染大气 BaCl2 Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+【解析】【分析】二氧化氯(ClO2)具有强氧化性，在工业上常用作水处理剂、漂白剂。
分别利用无机反应和电解原理制备二氧化氯，三种方法均利用了氧化还原反应。
【详解】（1）以黄铁矿(FeS2)、氯酸钠和硫酸溶液混合反应制备ClO2，黄铁矿中的硫元素在酸性条件下被ClO3-氧化成SO42-，根据氧化还原反应中电子守恒和元素守恒，可以写出制备ClO2的离子方程式为FeS2+15ClO3-+14H+=15ClO2+Fe3++2SO42-+7H2O。
（2）①装置A的名称为恒压漏洞，装置C为安全瓶，起到防止液体倒吸的作用。
②升高温度可以提高化学反应速率，但是原料中含有过氧化氢，过氧化氢在过高的温度下可以发生分解反应，因此反应容器B应置于30℃左右的水浴中。
③根据题文可知，ClO2是一种易溶于水的黄绿色气体，其体积分数超过10%时易引起爆炸，故通入氮气的主要作用有3个，一是可以起到搅拌作用，二是有利于将ClO2排出，三是稀释ClO2，防止其爆炸。
④ClO2处理含CN-废水发生氧化还原反应，将CN-转化为无污染的CO2和N2，故离子方程式为2CN-+2ClO2=2CO2+N2+2Cl-；装置E在整套装置之后，起到吸收尾气，防止环境污染的作用。
（3）①用于电解的食盐水需先除去其中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质，需要过量的碳酸根离子、氢氧根离子和钡离子，过量的钡离子可以用碳酸根离子除去，因此在加入Na2CO3之前应先加入过量BaCl2。
②用石墨做电极，电解池的阳极发生氧化反应，元素化合价升高，因此氯离子在阳极失电子和水反应得到ClO2，电极反应式为Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+。
3．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。
请回答下列问题：（1）上述实验中发生反应的化学方程式有__________________________________；（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是____________________________；（3）实验室中现有24Na SO 、4MgSO 、24Ag SO 、24K SO 等4中溶液，可与实验中4CuSO 溶液起相似作用的是______________________________________；（4）要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措旌有________（答两种）；（5）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。
将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn 粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。
①请完成此实验设计，其中：V 1=______，V 6=______，V 9=______；②该同学最后得出的结论为：当加入少量4CuSO 溶液时，生成氢气的速率会大大提高。