第04讲 化学反应与能量变化-【寒假自学课】2025年高一化学寒假提升精品讲义（人教版2019）

第04讲 化学反应与能量变化 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（7大考点） 模块五 小试牛刀过关测 （基础练10题） （提升练6题） 1.了解化学能与热能的转化，认识吸热反应和放热反应。 2.从化学键变化的角度解释某些吸热反应和放热反应。 3.认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。 4.设计实验认识构成原电池的条件。 5.理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正、负极。 课时1 化学反应与热能 一、吸热反应和放热反应 1．实验探究：化学反应中的能量变化 实验操作 实验现象 有气泡产生；用温度计测量，温度升高 闻到刺激性气味；烧杯壁发凉；木片和烧杯黏结在一起；混合物呈糊状 实验结论 该反应产生气体，放出热量 该反应产生NH3和H2O，吸收热量 化学方程式 Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O 【结论】化学反应除了有新物质生成以外，还总会伴随着能量变化，通常主要表现为热量的释放或吸收。 2.吸热反应和放热反应 (1)概念 ①把释放热量的化学反应称为放热反应。 ②把吸收热量的化学反应称为吸热反应。 (2)常见的放热反应和吸热反应 放热反应 吸热反应 ①所有燃烧反应 ②酸碱中和反应 ③大多数化合反应 ④活泼金属跟水或酸的反应 ⑤物质的缓慢氧化 ①大多数分解反应 ②C＋CO2(以C、H2为还原剂的氧化还原反应) ③Ba(OH)2·8H2O＋NH4Cl(固态铵盐与碱的反应) ④NaHCO3与盐酸的反应 3.有关吸热反应和放热反应理解的三个“不一定” (1)放热反应不一定容易发生，如合成氨反应需要在高温、高压和催化剂作用下才能发生；吸热反应不一定难发生，如盐酸与碳酸氢钠的反应在常温下就能发生。 (2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如硫与铁的反应；吸热反应不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 (3)放热过程不一定是放热反应，如NaOH固体的溶解和浓硫酸的稀释是放热过程，但不是放热反应；吸热过程不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。 二、化学反应中能量变化的原因 1．从化学键变化的角度理解能量变化的原因 (1)原因 (2)实例 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应过程如图所示： 根据上图计算1 mol H2和1 mol Cl2断键吸收的总能量为679 kJ，形成2 mol HCl共释放862 kJ能量，断键吸收的总能量<成键释放的总能量，因此该反应为放热反应。 2.从反应物及生成物总能量高低理解能量变化的原因 物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量不同。因此，一个化学反应的能量变化取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小。 放热反应 吸热反应 化学能转化为热能 热能转化为化学能被生成物“储存” 课时2 化学反应与电能 一、原电池 1．火力发电——化学能间接转化为电能 (1)能量转换原理及过程 化学能热能机械能电能 其中能量转换的关键环节是燃烧(氧化还原反应)。 (2)能量转化特点 能量利用率低、污染严重。 2．原电池——化学能直接转化为电能 (1)实验探究 实验装置 实验现象 实验结论或解释 锌片：逐渐溶解，有气泡产生 铜片：没有变化 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应 锌片：逐渐溶解 铜片：有气泡产生 电流表：指针发生偏转 锌失去电子，变为Zn2＋，电子经过导线流向铜片，产生电流，H＋在铜片上得到电子生成H2，反应过程中产生了电能 (2)原电池的概念及本质 ①概念：将化学能转化为电能的装置。 ②本质：发生氧化还原反应。 (3)原电池的工作原理 分析下图并填空： 原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。 电子、离子的移动方向： ①电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。 ②离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 (4)原电池的构成条件 二、原电池工作原理的应用 1．加快氧化还原反应的进行 在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应加快。 例如：实验室用Zn和稀H2SO4反应制取H2，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成原电池，加快了锌的溶解，使产生H2的速率加快。 2．比较金属的活动性 一般，若两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若金属A作负极，则金属活动性：A＞B。 3．设计原电池 (1)设计思路 ①找：一般给定氧化还原反应的还原剂作负极，氧化剂作电解质溶液，比负极活泼性弱的金属或石墨等能导电的非金属作正极。 ②画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图，在图上标注电极材料，电解质溶液。 (2)实例 以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例 材料选择 装置 电极反应式 负极：Fe 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可) 电解质溶液：CuSO4溶液 负极： Fe－2e－===Fe2＋ 正极： Cu2＋＋2e－===Cu 课时3 化学电源 一、一次电池　二次电池 1．一次电池 (1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 (2)锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。 ②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰。 ③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。 ④特点：放电后不能充电，便于携带，价格低。 2．二次电池(充电电池) (1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电与充电的循环。 (2)能量转化：化学能电能。 (3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 二、燃料电池 1．概念 一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。 2．特点 (1)清洁、安全、高效等； (2)能量转化率可以达到80%以上； (3)反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。 3．应用 在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。 4．氢氧燃料电池 氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同，均为2H2＋O2===2H2O。但正、负极反应与电解质溶液有关，正、负极反应如下： 电解质溶液 负极 正极 酸性(H＋) 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 碱性(OH－) 2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 【特别提醒】在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。 教材习题01 下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(　　) A．锌粒与稀硫酸的反应 B．灼热的木炭与CO2的反应 C．甲烷在氧气中的燃烧反应 D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应 解题思路 锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，A、C项错误；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但反应前后所含元素的化合价均无变化，是非氧化还原反应，D项错误。 【答案】B 教材习题02 下列关于如图装置说法正确的是(　　) A．碳棒是负极 B．该装置能将电能转化为化学能 C．电子由铁片流出经过电流表流向碳棒 D．铁片上发生的反应为Fe＋2e－===Fe2＋ 解题思路 由分析可知，碳棒是原电池的正极，A不正确；该装置属于原电池，能将化学能转化为电能，B不正确；在原电池中，电子从负极沿导线流入正极，所以该原电池中，电子由铁片流出经过电流表流向碳棒，C正确；铁片为负极，发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，D不正确。 【答案】C 核心考点一：吸热反应与放热反应 【例1】（江苏省五市十一校2023-2024学年高二上学期12月阶段联测）下列反应属于吸热反应的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．，酸碱中和反应是放热反应，故A不符合题意； B．，大多数化合反应是放热反应，故B不符合题意； C．，C作还原剂的氧化还原反应(燃烧除外)是吸热反应，故C符合题意； D．，碳燃烧是放热反应，故D不符合题意。 综上所述，答案为C。 核心考点二：化学反应中能量变化的图像 【例2】 反应 (放热)分两步进行：①A (吸热)， ②X→C(放热)。示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是 A．B．C．D． 【答案】A 【解析】A．反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应， 反应物总能量低于生成物总能量，该反应为吸热反应，X→C反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，A正确； B．反应物总能量低于生成物总能量，该反应为吸热反应， 反应物总能量低于生成物总能量，该反应为吸热反应，X→C反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，B错误； C．反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应， 反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，X→C反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，C错误； D．反应物总能量低于生成物总能量，该反应为吸热反应，反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，X→C反应物总能量低于生成物总能量，该反应为吸热反应，D错误； 故选A。 核心考点三：能源及能源的开发利用 【例3】美国化学家诺塞拉研制出一种可以将水分解成氢气和氧气的催化剂，这将使氢气生产成为可能，并使太阳能使用步入新的时代，被称为“水发电技术”。下列有关说法正确的是 A．“水发电技术”是指水分解生成氢气和氧气，同时放出能量来发电 B．“水发电技术”可实现发电过程中的零污染物排放 C．若水分解产生的H2、O2分别通入燃料电池的两极，通H2的电极上发生还原反应 D．“水发电技术”的能量转换形式为：化学能→电能→热能 【答案】B 【解析】A．水分解的过程是吸热过程，选项A错误； B．“水发电技术”可实现发电过程中的零污染物排放，选项B正确； C．“水发电技术”的能量转换形式为太阳能→化学能→电能，选项C错误； D．氢氧燃料电池中，通H2的为电源负极，失去电子发生氧化反应，选项D错误。 答案选B。 核心考点四：原电池概念及构成 【例4】 下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】B 【分析】形成原电池的条件：①两个活动性不同的电极，②电解质溶液中，③形成闭合回路，在以上条件下，自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。 【解析】A．Fe、Cu未用导线连接，不能形成闭合回路，故A不符； Ｂ．Fe、Cu用导线连接，形成闭合回路，能发生原电池反应，故B符合； Ｃ．四氯化碳属于非电解质，不能形成原电池，故C不符； Ｄ．Zn、Cu用导线连接，稀硫酸分装在两个容器中，不能形成闭合电路，不能构成原电池，故D不符； 故选B。 核心考点五：原电池的原理及应用 【例5】 仅用下列提供的各组物质不能组成原电池的是 选项 A B C D 电极材料 Cu、Cu 锌片、石墨棒 Al、Ag Cu、Fe 电解质溶液 稀 稀硫酸 溶液 溶液 【答案】A 【解析】A．两个铜电极均会与稀硝酸发生氧化还原反应，不能产生电势差，不能组成原电池，故A符合题意； B．锌能与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，则锌片、石墨棒在稀硫酸中能产生电势差，能组成原电池，故B不符合题意； C．铝能与氢氧化钡溶液反应生成四羟基合铝酸钡和氢气，则铝、银在氢氧化钡溶液中能产生电势差，能组成原电池，故C不符合题意； D．铁能与氯化铁溶液反应生成氯化亚铁，则铜、铁在氯化铁溶液中能产生电势差，能组成原电池，故D不符合题意；故选A。 核心考点六：化学电源 【例6】 常见锌锰干电池的构造如下图所示，该电池放电时的电池总反应方程式为：Zn + 2MnO2 + 2 = Zn2+ + Mn2O3 + 2NH3 + H2O，下列说法错误的是    A．该电池属于一次电池 B．电池正极反应式为：2MnO2＋2＋2e－=Mn2O3＋2NH3＋H2O C．电池工作时，电子从锌筒经糊流向石墨棒 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小3.25g 【答案】C 【分析】由图可知，锌锰干电池为不能充电的一次电池，电池工作时，锌筒为负极，石墨棒为正极。 【解析】A．锌锰干电池不能充电，属于一次电池，故A正确； B．锌锰干电池工作时，MnO2在正极得到电子，反应式为：2MnO2＋2＋2e－=Mn2O3＋2NH3＋H2O，故B正确； C．由分析可知，电池工作时，锌筒为负极，石墨棒为正极，电子由锌筒流出经过外电路流向石墨棒，故C错误； D．由分析可知，电池工作时，锌筒为负极，电极反应式为，每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小3.25g，故D正确；故选C。 【基础练】 1.（山东省菏泽市2023-2024学年高一期中）化学与生产、生活、科技息息相关。下列叙述错误的是 A．高温结构陶瓷是新型无机非金属材料 B．华为首款5G手机芯片主要成分是二氧化硅 C．创造了可控核聚变运行纪录的“人造太阳”，其原料中的与互为同位素 D．“嫦娥五号”探测器配置砷化镓太阳能电池，其能量转化形式：太阳能→电能 【答案】B 【解析】A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，A正确； B．晶体Si是良好的半导体材料，是制造芯片的主要原料，B错误； C．创造了可控核聚变运行纪录的“人造太阳”，其原料中的与质子数相同均为1，中子数不同，互为同位素，C正确； D．太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，D正确； 答案选B。 2.（浙江省杭州市S9联盟2023-2024学年高一联考）下列反应既是氧化还原反应，又是放热反应的是 A．锌与稀硫酸反应 B．氢氧化钡与氯化铵反应 C．灼热的炭与二氧化碳反应 D．盐酸与碳酸氢钠的反应 【答案】A 【解析】A．锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，活泼金属与酸反应为放热反应，A符合题意； B．氢氧化钡与氯化铵反应生成氯化钡、氨气和水，元素化合价未发生变化，不属于氧化还原反应，且该反应为吸热反应，B不符合题意； C．灼热的炭与二氧化碳反应生成一氧化碳，元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，但该反应为吸热反应，C不符合题意； D．盐酸与碳酸氢钠的反应生成氯化钠、二氧化碳和水，元素化合价未发生变化，不属于氧化还原反应，且该反应为吸热反应，D不符合题意； 故选A。 3.（吉林省四平市2023-2024学年高一期中质量监测）关于吸热反应和放热反应，下列说法错误的是 A．设计如图装置乙可以判断锌与稀硫酸反应是否为放热反应 B．设计如图装置甲可以判断氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应是否为吸热反应 C．浓氯化铵溶液浸泡舞台幕布，可以起到防火作用，因为氯化铵分解吸收热量 D．反应是放热反应还是吸热反应取决于反应物与生成物总键能大小 【答案】A 【解析】A．Zn与稀硫酸反应生成氢气，无论反应是否会放出热量，反应产生的氢气都可使针筒活塞向右移动，不能说明相应的化学反应是放热反应，A错误； B．反应开始后，甲中U形管左边液面高于右边液面，装置中气体体积减小，说明装置内温度降低，反应为吸热反应，B正确； C．浓氯化铵溶液浸泡舞台幕布，当发生火灾时，幕布上的氯化铵分解吸收热量，使幕布的温度降低，因此可以起到防火作用，C正确； D．反应是放热反应还是吸热反应取决于反应物与生成物总键能大小，若反应物总键能大于生成物总键能，发生反应会吸收热量；若反应物总键能小于于生成物总键能，发生反应会放出热量；D正确； 故合理选项是A。 4.（陕西省宝鸡市槐芽中学2023-2024学年高一期中）已知C(石墨)=C(金刚石)，在该反应进程中其能量变化如图所示，有关该反应的描述正确的是 A．等质量的石墨和C金刚石燃烧放出的热量相等 B．金刚石与石墨互为同位素 C．该变化为物理变化 D．石墨比金刚石稳定 【答案】D 【解析】A．由图可知，1mol石墨的能量低于1mol金刚石的能量，二者在氧气中完全燃烧都只生成CO2，因此等质量的石墨和C金刚石燃烧放出的热量不相等，A错误； B．金刚石与石墨是由碳元素形成的两种不同单质，二者互为同素异形体，B错误； C．金刚石与石墨是两种不同的物质，该变化为化学变化，C错误； D．由图可知，石墨的能量比金刚石低，因此石墨比金刚石稳定，D正确；故选D。 5.（浙江省环大罗山联盟2023-2024学年高一期中）下列反应中既是氧化还原反应，能量变化情况又符合如图的是 A．钠与水反应 B．铝与氧化铁在高温下的反应 C．和的反应 D．碳和水蒸气的反应 【答案】D 【解析】A．钠与水反应为放热反应，A错误； B．铝与氧化铁在高温下的反应为放热反应，B错误； C．和的反应为吸热反应，但不是氧化还原反应，C错误； D．碳和水蒸气的反应为吸热反应，也是氧化还原反应，D正确； 故选D。 6.（湖北省七市州教科研协作体2023-2024学年高一期末）下列反应既是氧化还原反应，又符合图示能量变化的是 A．碳酸氢钠与盐酸的反应 B．镁与盐酸的反应 C．十水合碳酸钠和硝酸铵的反应 D．灼热的木炭与二氧化碳的反应 【答案】D 【解析】A．和的反应是吸热的复分解反应，项错误； B．镁与盐酸的反应是放热的氧化还原反应，B项错误； C．与的反应是吸热的非氧化还原反应，项错误； D．灼热的木炭与二氧化碳的反应是吸热的氧化还原反应，D项正确； 答案选D。 7.（辽宁省大连第八中学2023-2024学年高一期末）下列反应中属于吸热反应的是 A．氢气燃烧 B．铝粉和氧化铁粉末的反应 C．浓硫酸稀释 D．和固体的反应 【答案】D 【解析】A．氢气的燃烧会放出热量，属于放热反应，A错误； B．铝粉和氧化铁粉末发生铝热反应，铝热反应是放热反应，B错误； C．浓硫酸稀释，会放出热量，但不发生化学反应，C错误； D．和固体发生复分解反应，属于吸热反应，D正确； 答案选D。 8.（山东省聊城市2023-2024学年高一期中）我国科技发展在多个领域取得新的突破，下列说法不正确的是 A．飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料 B．新能源汽车使用的甲醇燃料电池工作时，能量转化形式：化学能→电能 C．运载火箭的燃料用偏二甲肼（）的原因之一是燃烧时释放大量热 D．太阳能电池翼伸展机构关键部件用到的SiC属于硅酸盐材料 【答案】D 【解析】A．高温结构陶瓷性能优良，主要成分是新型无机非金属材料，A项正确； B．根据甲醇燃料电池的工作原理为原电池，因此能量转化主要形式是化学能转变为电能，B项正确； C．选用偏二甲肼作航空燃料原因之一是燃烧时释放大量热，C项正确； D．SiC属于新型陶瓷，不属于硅酸盐材料，D项错误； 故答案选D。 9.（河南省郑州市郑中国际学校2023-2024学年高一月考）如图所示，下列有关化学反应和能量变化的说法正确的是 A．图a表示的是吸热反应的能量变化 B．图b中生成物比反应物稳定 C．图b可以表示碳酸钙分解反应的能量变化 D．图a表示的反应不需要加热就一定能发生，图b表示的反应一定需要加热才能发生 【答案】C 【解析】A．反应物的总能量高于生成物，为放热反应，A错误； B．反应物的总能量比生成物低，能量越低，物质越稳定，所以反应物比生成物稳定，B错误； C．碳酸钙受热分解为吸热反应，图b反应物的总能量比生成物低，表示吸热反应，C正确； D．反应吸热或放热与反应条件无关，D错误； 答案选C。 10.（内蒙古通辽一中2023-2024学年高一期末）如图所示，有关化学反应和能量变化的说法错误的是 A．图a可表示铝片与盐酸反应的能量变化图 B．由图b可知该反应为吸热反应 C．图b可以表示盐酸与碳酸氢钠反应的能量变化图 D．若图a表示的是金刚石转化为石墨的能量变化图，则金刚石比石墨稳定 【答案】D 【解析】A．图a反应物的总能量高于生成物，表示的是放热反应，铝片与盐酸的反应为放热反应，符合图a的能量变化，A正确； B．图b表示的是吸热反应，故反应物从环境中吸收的能量大于生成物向环境释放的能量，B正确； C．图b表示的是吸热反应，盐酸与碳酸氢钠的反应为吸热反应，C正确； D．若图a表示的是金刚石转化为石墨的能量变化图，则金刚石转化为石墨要放出能量，由能量越低越稳定可知石墨比金刚石稳定，D错误； 故选D。 【提升练】 11.（广西百色市普通高中2023-2024学年高一期末）下图为反应：的能量变化示意图。下列说法正确的是 A．拆开和中的化学键成为H、O原子共放出1368kJ能量 B．由H、O原子形成共吸收1852KJ能量 C．由图可知，具有的总能量大于具有的总能量 D．和反应生成共放出484kJ能量 【答案】D 【解析】A．断开化学键吸收能量，则拆开和中的化学键成为H、O原子共吸收1368kJ能量，故A错误； B．形成化学键放出能量，则由4molH、2molO原子形成，共放出1852kJ能量，故B错误； C．由图可知，该反应的反应物和具有的总能量大于生成物具有的总能量，故C错误； D．由图可知，和反应生成共放出484kJ能量，故D正确； 答案选D。 12.（河北省沧州市运东联盟2023-2024学年高一联考）反应的能量变化如图所示，下列说法错误的是 A．生成物的总能量小于反应物的总能量 B．断键时放出的总能量大于形成化学键时吸收的总能量 C．与足量反应生成，放出的热量大于110.5kJ D．该反应的热化学方程式可表示为   【答案】B 【解析】A．由图可知反应物的总能量要比生成物总能量高，A项正确； B．断开化学键时吸收能量，形成化学键时放出能量，B项错误； C．不完全燃烧生成放出110.5kJ热量，则燃烧生成，放出的热量大于110.5kJ，C项正确； D．与氧气反应，热化学方程式为  ，D项正确； 本题选B。 13.（江西省抚州市金溪一中2023-2024学年高一月考）为将反应2Al+6H+=2Al3++3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜) A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝离子和氢气，与题中方程式不相符，A错误； B．铝与稀硫酸反应生成铝离子和氢气，铝为负极，铜为正极，将化学能转化为电能，B正确； C．铝与稀硝酸反应生成一氧化氮，与题中方程式不相符，C错误； D．两个电极均为铝，不能达到将化学能转化为电能的目的，D错误； 故选B。 14.（湖南省株洲一中2023-2024学年高一期中）某原电池的总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是 选项 正极 负极 电解质溶液 A Cu Fe FeCl3溶液 B C Fe Fe(NO3)3溶液 C Fe Zn Fe2(SO4)3溶液 D Ag Fe Fe2(SO4)3溶液 【答案】C 【解析】根据2Fe3++Fe=3Fe2+知，铁易失电子而作负极，不如铁活泼的金属或导电的非金属作正极，铁离子得电子发生还原反应，所以电解质溶液为可溶性的铁盐： A．铜作正极，铁作负极，电解质为可溶性的氯化铁，则符合题意，故A不选； B．铁作负极，碳作正极，电解质为Fe(NO3)3溶液，能发生氧化还原反应，则符合题意，故B不选； C．Zn的金属活泼性比Fe强，则Zn作负极，Fe作正极，电解质为可溶性的硫酸铁，所以不能构成该条件下的原电池，则不符合题意，故C选； D．Fe作负极，银作正极，电解质为Fe2(SO4)3溶液，发生反应为2Fe3++Fe═3Fe2+，符合题意，故D不选； 故选C。 15.（河北石家庄二中2023-2024学年高一期末）汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如图所示。放电时的电池反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O。下列说法中，正确的是    A．Pb作电池的负极 B．PbO2作电池的负极 C．PbO2得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液酸性增强 【答案】A 【解析】A．根据总反应方程式，Pb化合价升高，失去电子，因此Pb作电池的负极，故A正确； B．PbO2中Pb化合价降低，得到电子，发生还原反应，因此PbO2作电池的正极，故B错误； C．PbO2得电子，被还原，故C错误； D．根据总反应方程式分析，电池放电时，硫酸不断消耗，浓度不断减弱，则溶液酸性减弱，故D错误。 综上所述，答案为A。 16.（黑龙江大庆中学2023-2024学年高一期中）如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。下列关于该装置的说法中，正确的是(　　) A．a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应 B．碳棒上有气体逸出，溶液中c(H＋)增大 C．导线上有电流，电流方向a→b D．反应后a极质量减小 【答案】D　 【解析】金属a可与稀硫酸反应，a为原电池的负极，a极失电子发生氧化反应，b为正极，发生还原反应，A不正确，D正确；溶液中的H＋在b极上得电子生成氢气，c(H＋)减小，B不正确；导线中电子流向为a→b，电流方向为b→a，C不正确。 17.（江苏淮安一中2023-2024学年高一期末）X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示： 则四种金属的活动性由强到弱的顺序为(　　) A．Z＞Y＞X＞W B．Z＞X＞Y＞W C．Z＞Y＞W＞X D．Y＞Z＞X＞W 【答案】A 【解析】根据相对活泼的金属作负极，确定原电池的负极就可以解决。甲中Z作负极，乙中Y作负极，丙中Z作负极，丁中X作负极，故四种金属的活动性的强弱顺序为Z＞Y＞X＞W。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第04讲 化学反应与能量变化 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（7大考点） 模块五 小试牛刀过关测 （基础练10题） （提升练6题） 1.了解化学能与热能的转化，认识吸热反应和放热反应。 2.从化学键变化的角度解释某些吸热反应和放热反应。 3.认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。 4.设计实验认识构成原电池的条件。 5.理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正、负极。 课时1 化学反应与热能 一、吸热反应和放热反应 1．实验探究：化学反应中的能量变化 实验操作 实验现象 有 产生；用温度计测量，温度 闻到 气味；烧杯壁 ；木片和烧杯 ；混合物呈 实验结论 该反应产生 ， 热量 该反应产生NH3和H2O， 热量 化学方程式 【结论】化学反应除了有新物质生成以外，还总会伴随着能量变化，通常主要表现为热量的 或 。 2.吸热反应和放热反应 (1)概念 ①把 热量的化学反应称为放热反应。 ②把 热量的化学反应称为吸热反应。 (2)常见的放热反应和吸热反应 放热反应 吸热反应 ①所有燃烧反应 ②酸碱中和反应 ③大多数化合反应 ④活泼金属跟水或酸的反应 ⑤物质的缓慢氧化 ①大多数分解反应 ②C＋CO2(以C、H2为还原剂的氧化还原反应) ③Ba(OH)2·8H2O＋NH4Cl(固态铵盐与碱的反应) ④NaHCO3与盐酸的反应 3.有关吸热反应和放热反应理解的三个“不一定” (1)放热反应不一定容易发生，如合成氨反应需要在高温、高压和催化剂作用下才能发生；吸热反应不一定难发生，如盐酸与碳酸氢钠的反应在常温下就能发生。 (2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如硫与铁的反应；吸热反应不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 (3)放热过程不一定是放热反应，如NaOH固体的溶解和浓硫酸的稀释是放热过程，但不是放热反应；吸热过程不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。 二、化学反应中能量变化的原因 1．从化学键变化的角度理解能量变化的原因 (1)原因 (2)实例 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应过程如图所示： 根据上图计算1 mol H2和1 mol Cl2断键吸收的总能量为679 kJ，形成2 mol HCl共释放862 kJ能量，断键吸收的总能量<成键释放的总能量，因此该反应为放热反应。 2.从反应物及生成物总能量高低理解能量变化的原因 物质的组成、结构与 不同，所具有的能量不同。因此，一个化学反应的能量变化取决于 和 的相对大小。 放热反应 吸热反应 转化为 转化为 被生成物“储存” 课时2 化学反应与电能 一、原电池 1．火力发电——化学能间接转化为电能 (1)能量转换原理及过程 化学能热能机械能电能 其中能量转换的关键环节是 (氧化还原反应)。 (2)能量转化特点 能量利用率低、污染严重。 2．原电池——化学能直接转化为电能 (1)实验探究 实验装置 实验现象 实验结论或解释 锌片：逐渐 ，有 产生 铜片： 锌与稀硫酸反应生成 ，铜与稀硫酸 锌片： 铜片： 电流表：指针发生偏转 锌 电子，变为 ，电子经过导线流向 ，产生电流， 在铜片上 电子生成 ，反应过程中产生了 (2)原电池的概念及本质 ①概念：将 能转化为 的装置。 ②本质：发生 反应。 (3)原电池的工作原理 分析下图并填空： 原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。 电子、离子的移动方向： ①电子的移动方向：从 流出，经导线流向 。 ②离子的移动方向：阳离子向 移动，阴离子向 移动。 (4)原电池的构成条件 二、原电池工作原理的应用 1．加快氧化还原反应的进行 在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应加快。 例如：实验室用Zn和稀H2SO4反应制取H2，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成 ，加快了锌的溶解，使产生H2的速率 。 2．比较金属的活动性 一般，若两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若金属A作负极，则金属活动性： 。 3．设计原电池 (1)设计思路 ①找：一般给定氧化还原反应的还原剂作 ，氧化剂作电解质溶液，比负极活泼性弱的金属或石墨等能导电的非金属作 。 ②画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图，在图上标注电极材料，电解质溶液。 (2)实例 以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例 材料选择 装置 电极反应式 负极：Fe 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可) 电解质溶液：CuSO4溶液 负极： Fe－2e－===Fe2＋ 正极： Cu2＋＋2e－===Cu 课时3 化学电源 一、一次电池　二次电池 1．一次电池 (1)特点：电池放电后 充电(内部的氧化还原反应 逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。 (2)锌锰干电池的构造如图所示。 ①锌筒为 ，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。 ②石墨棒为 ，最终被还原的物质是 。 ③NH4Cl糊的作用是 液。 ④特点：放电后不能充电，便于携带，价格低。 2．二次电池(充电电池) (1)特点：二次电池在放电时所进行的 ，在充电时可以 ，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电与充电的循环。 (2)能量转化：化学能电能。 (3)常见的充电电池： 电池、 电池、 电池等。 二、燃料电池 1．概念 一种将燃料(如 、 、 )和氧化剂(如 )的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。 2．特点 (1)清洁、安全、高效等； (2)能量转化率可以达到80%以上； (3)反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。 3．应用 在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。 4．氢氧燃料电池 氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同，均为2H2＋O2===2H2O。但正、负极反应与电解质溶液有关，正、负极反应如下： 电解质溶液 负极 正极 酸性(H＋) 碱性(OH－) 【特别提醒】在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性，酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。 教材习题01 下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(　　) A．锌粒与稀硫酸的反应 B．灼热的木炭与CO2的反应 C．甲烷在氧气中的燃烧反应 D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应 解题思路 教材习题02 下列关于如图装置说法正确的是(　　) A．碳棒是负极 B．该装置能将电能转化为化学能 C．电子由铁片流出经过电流表流向碳棒 D．铁片上发生的反应为Fe＋2e－===Fe2＋ 解题思路 核心考点一：吸热反应与放热反应 【例1】（江苏省五市十一校2023-2024学年高二上学期12月阶段联测）下列反应属于吸热反应的是 A． B． C． D． 核心考点二：化学反应中能量变化的图像 【例2】 反应 (放热)分两步进行：①A (吸热)， ②X→C(放热)。示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是 A．B．C．D． 核心考点三：能源及能源的开发利用 【例3】美国化学家诺塞拉研制出一种可以将水分解成氢气和氧气的催化剂，这将使氢气生产成为可能，并使太阳能使用步入新的时代，被称为“水发电技术”。下列有关说法正确的是 A．“水发电技术”是指水分解生成氢气和氧气，同时放出能量来发电 B．“水发电技术”可实现发电过程中的零污染物排放 C．若水分解产生的H2、O2分别通入燃料电池的两极，通H2的电极上发生还原反应 D．“水发电技术”的能量转换形式为：化学能→电能→热能 核心考点四：原电池概念及构成 【例4】 下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 核心考点五：原电池的原理及应用 【例5】 仅用下列提供的各组物质不能组成原电池的是 选项 A B C D 电极材料 Cu、Cu 锌片、石墨棒 Al、Ag Cu、Fe 电解质溶液 稀 稀硫酸 溶液 溶液 核心考点六：化学电源 【例6】 常见锌锰干电池的构造如下图所示，该电池放电时的电池总反应方程式为：Zn + 2MnO2 + 2 = Zn2+ + Mn2O3 + 2NH3 + H2O，下列说法错误的是    A．该电池属于一次电池 B．电池正极反应式为：2MnO2＋2＋2e－=Mn2O3＋2NH3＋H2O C．电池工作时，电子从锌筒经糊流向石墨棒 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小3.25g 【基础练】 1.（山东省菏泽市2023-2024学年高一期中）化学与生产、生活、科技息息相关。下列叙述错误的是 A．高温结构陶瓷是新型无机非金属材料 B．华为首款5G手机芯片主要成分是二氧化硅 C．创造了可控核聚变运行纪录的“人造太阳”，其原料中的与互为同位素 D．“嫦娥五号”探测器配置砷化镓太阳能电池，其能量转化形式：太阳能→电能 2.（浙江省杭州市S9联盟2023-2024学年高一联考）下列反应既是氧化还原反应，又是放热反应的是 A．锌与稀硫酸反应 B．氢氧化钡与氯化铵反应 C．灼热的炭与二氧化碳反应 D．盐酸与碳酸氢钠的反应 3.（吉林省四平市2023-2024学年高一期中质量监测）关于吸热反应和放热反应，下列说法错误的是 A．设计如图装置乙可以判断锌与稀硫酸反应是否为放热反应 B．设计如图装置甲可以判断氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应是否为吸热反应 C．浓氯化铵溶液浸泡舞台幕布，可以起到防火作用，因为氯化铵分解吸收热量 D．反应是放热反应还是吸热反应取决于反应物与生成物总键能大小 4.（陕西省宝鸡市槐芽中学2023-2024学年高一期中）已知C(石墨)=C(金刚石)，在该反应进程中其能量变化如图所示，有关该反应的描述正确的是 A．等质量的石墨和C金刚石燃烧放出的热量相等 B．金刚石与石墨互为同位素 C．该变化为物理变化 D．石墨比金刚石稳定 5.（浙江省环大罗山联盟2023-2024学年高一期中）下列反应中既是氧化还原反应，能量变化情况又符合如图的是 A．钠与水反应 B．铝与氧化铁在高温下的反应 C．和的反应 D．碳和水蒸气的反应 6.（湖北省七市州教科研协作体2023-2024学年高一期末）下列反应既是氧化还原反应，又符合图示能量变化的是 A．碳酸氢钠与盐酸的反应 B．镁与盐酸的反应 C．十水合碳酸钠和硝酸铵的反应 D．灼热的木炭与二氧化碳的反应 7.（辽宁省大连第八中学2023-2024学年高一期末）下列反应中属于吸热反应的是 A．氢气燃烧 B．铝粉和氧化铁粉末的反应 C．浓硫酸稀释 D．和固体的反应 8.（山东省聊城市2023-2024学年高一期中）我国科技发展在多个领域取得新的突破，下列说法不正确的是 A．飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料 B．新能源汽车使用的甲醇燃料电池工作时，能量转化形式：化学能→电能 C．运载火箭的燃料用偏二甲肼（）的原因之一是燃烧时释放大量热 D．太阳能电池翼伸展机构关键部件用到的SiC属于硅酸盐材料 9.（河南省郑州市郑中国际学校2023-2024学年高一月考）如图所示，下列有关化学反应和能量变化的说法正确的是 A．图a表示的是吸热反应的能量变化 B．图b中生成物比反应物稳定 C．图b可以表示碳酸钙分解反应的能量变化 D．图a表示的反应不需要加热就一定能发生，图b表示的反应一定需要加热才能发生 10.（内蒙古通辽一中2023-2024学年高一期末）如图所示，有关化学反应和能量变化的说法错误的是 A．图a可表示铝片与盐酸反应的能量变化图 B．由图b可知该反应为吸热反应 C．图b可以表示盐酸与碳酸氢钠反应的能量变化图 D．若图a表示的是金刚石转化为石墨的能量变化图，则金刚石比石墨稳定 【提升练】 11.（广西百色市普通高中2023-2024学年高一期末）下图为反应：的能量变化示意图。下列说法正确的是 A．拆开和中的化学键成为H、O原子共放出1368kJ能量 B．由H、O原子形成共吸收1852KJ能量 C．由图可知，具有的总能量大于具有的总能量 D．和反应生成共放出484kJ能量 12.（河北省沧州市运东联盟2023-2024学年高一联考）反应的能量变化如图所示，下列说法错误的是 A．生成物的总能量小于反应物的总能量 B．断键时放出的总能量大于形成化学键时吸收的总能量 C．与足量反应生成，放出的热量大于110.5kJ D．该反应的热化学方程式可表示为   13.（江西省抚州市金溪一中2023-2024学年高一月考）为将反应2Al+6H+=2Al3++3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜) A． B． C． D． 14.（湖南省株洲一中2023-2024学年高一期中）某原电池的总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是 选项 正极 负极 电解质溶液 A Cu Fe FeCl3溶液 B C Fe Fe(NO3)3溶液 C Fe Zn Fe2(SO4)3溶液 D Ag Fe Fe2(SO4)3溶液 15.（河北石家庄二中2023-2024学年高一期末）汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如图所示。放电时的电池反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O。下列说法中，正确的是    A．Pb作电池的负极 B．PbO2作电池的负极 C．PbO2得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液酸性增强 16.（黑龙江大庆中学2023-2024学年高一期中）如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。下列关于该装置的说法中，正确的是(　　) A．a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应 B．碳棒上有气体逸出，溶液中c(H＋)增大 C．导线上有电流，电流方向a→b D．反应后a极质量减小 17.（江苏淮安一中2023-2024学年高一期末）X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示： 则四种金属的活动性由强到弱的顺序为(　　) A．Z＞Y＞X＞W B．Z＞X＞Y＞W C．Z＞Y＞W＞X D．Y＞Z＞X＞W 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网 学科网（北京）股份有限公司 $$