5.3 化学变化中的能量变化（四大题型）-【举一反三】2024-2025学年高一化学同步讲与练（沪科版2020必修第二册）

5.3 化学变化中的能量变化 题型01 常见的吸热与放热反应 题型02 化学变化中能量变化的实质 题型03 化学能与电能的转化 题型04 生活中常见的电池 题型01 常见的吸热与放热反应 知识积累 一、化学反应的本质和特征 1．本质： （1）化学反应的本质是旧化学键的_______和新化学键的_______。 （2）断开化学键要_______能量，形成化学键要______能量，吸收的能量与释放的能量__________。 2．特征： （1）生成新物质（符合质量守恒定律）； （2）释放能量或吸收能量（符合能量守恒定律）。 【答案】（1）断裂 形成 （2）吸收 放出 不相等 明辨是非 （1）有化学键断裂的，肯定发生了化学反应（ ） （2）既有化学键断裂，又有化学键形成的，肯定发生了化学反应（ ） （3）在化学键的形成过程中，肯定放出能量（ ） （4）化学反应中原子一定发生重新组合（ ） （5）化学变化中一定会发生电子转移（ ） （6）所有化学反应必然伴随着能量的变化（ ） 【答案】××√； √×√ 实验探究 实验操作 在一只试管中加入2 mL 2 mol/L 盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条 实验现象 镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计温度上升，用手触摸试管壁，有温热感 反应原理 Mg + 2HCl === MgCl2 + H2↑ 实验结论 该反应放出热量 实验操作 将20g Ba(OH)2•8H2O晶体研细后与10g NH4Cl在烧杯中混合，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸烧杯下部，试着用手拿起烧杯 实验现象 有刺激性气味气体产生；木片上的水结成冰，与烧杯底粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉 反应原理 Ba(OH)2·8H2O + 2NH4Cl === BaCl2 + 2NH3↑+ 10H2O 实验结论 该反应吸收热量 二、吸热反应和放热反应 1．吸热反应：吸收热量的化学反应。 2．放热反应：放出热量的化学反应。 三、常见的放热反应与吸热反应 放热反应 吸热反应 大多数化合反应 所有燃烧反应 酸碱中和反应 金属与酸或水的置换反应 铝热反应 大多数分解反应 Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 以C、CO、H2为还原剂的氧化还原反应 明辨是非 （1）需要加热的反应一定是吸热反应（ ） （2）吸热反应一定需要加热才可以进行（ ） （3）放热反应不需要加热即可发生（ ） （4）放出热量的变化过程一定是放热反应（ ） 【答案】 ×××× 【总结1】吸热反应和放热反应的对象都是化学变化，物理变化除外。 【总结2】一个化学反应是吸热还是放热，与反应条件（是否需要加热）没有必然联系。 【例1】下列变化过程，属于放热反应的是 ①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应　②酸碱中和　③固体NaOH溶于水　④硫在空气或氧气中燃烧 A．①②③ B．②③④ C．②④ D．①③④ 【变式1-1】“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。吸食时，将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合摇动即会制冷。根据你的经验判断，该化学物质是 A．氯化钠 B．固体氢氧化钠 C．固体硝酸铵 D．生石灰 【变式1-2】下列反应能量的变化与如图所示相符的是 A．金属镁与稀硫酸的反应 B．大理石的分解反应 C．浓硫酸溶于水 D．稀盐酸与碳酸氢钠溶液的反应 【变式1-3】下列反应属于放热反应的是 A．C + O2 CO2 B．2H2O2H2 ↑+ O2↑ C．NaCl溶于水 D．AgNO3溶于水 题型02 化学变化中能量变化的实质 知识积累 一、从化学键的角度分析化学反应的能量变化 1．键能：断开（形成）1 mol某化学键所吸收（放出）的能量叫键能。单位：kJ/mol。 例如，断开（形成）1 mol H-H键吸收（放出）的能量为436.0 kJ，那么H-H键的键能是436.0 kJ/mol 。 2．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因： （1）若吸收能量E1＞释放能量E2，该反应为吸热反应； （2）若吸收能量E1＜释放能量E2，该反应为放热反应。 3．实例 化学键 H﹣H Cl﹣Cl H﹣Cl 键能kJ/mol 436 243 431 从键能角度分析H2 +Cl2 2HCl 反应体系中能量变化情况。 1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl分子的过程中， 了 kJ的能量。 【答案】 吸收；吸收；431；431；释放；183。 及时小练 计算2H2 + O2 2H2O 反应体系中的能量变化情况。已知： 化学键 H—H O＝O H—O 键能kJ/mol 436 498 465 【答案】2 mol H2与1 mol O2反应生成2 mol H2O分子，放出490 kJ的能量。 二、从总能量的角度分析化学反应的能量变化 1．一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。 （1）若反应物总能量E反＞生成物总能量E生，该反应为放热反应； （2）若反应物总能量E反＜生成物总能量E生，该反应为吸热反应。 E反 ___ E生 ，______ 反应 E反 ___ E生 ，______ 反应 【答案】＞，放热；＜，吸热。 2．吸热反应与放热反应的真实能量变化图： E吸 ＜ E放，放热反应 E吸 ＞ E放，吸热反应 资料卡片——能量与稳定性 一般来说，物质具有的能量越低，物质越稳定。即“能量越低越稳定”。 【例2】已知断裂1 mol H—H键吸收能量为436 kJ，形成1 mol H—N键放出能量为391 kJ，若1 mol N2和3 mol H2完全反应：N2＋3H22NH3，放出的能量为92.4 kJ，则断裂1 mol N≡N键吸收的能量是 A．433.6 kJ B．945.6 kJ C．649 kJ D．869 kJ 【变式2-1】下列图示与对应的叙述相符的是 A．图甲装置，由于比活泼，所以为负极 B．图乙装置，放电时，正极b极表面的被氧化，其质量会减少 C．图丙装置，通入的一极是正极，电极反应式为 D．图丁可以表示足量锌粉与稀硫酸反应，加少量固体产生的变化 【变式2-2】从化学键的角度分析化学反应中能量变化的本质 (1)实例分析 断键时吸收的总能量：436 kJ+249 kJ=685 kJ； 成键时释放的总能量：930 kJ； 所以1 mol H2燃烧生成水蒸气时释放能量 。 (2)图示 注：E1为破坏旧化学键吸收的能量，E2为形成新化学键释放的能量。 (3)结论 ①若E1 E2，反应吸收能量(吸热反应)。 ②若E1 E2，反应释放能量(放热反应)。 【变式2-3】钠及其化合物具有一系列重要的性质与用途。 I．钠单质 (1)钠的原子结构示意图是 ，在化学反应中容易 电子(填“得”或“失”)，化学性质活泼，在实验室通常保存在 中。 (2)钠可用于特种金属的冶炼。是离子化合物，熔融的电离方程式是 。钠与熔融反应得到Ti单质的化学方程式是 。 II．钠的氧化物 (3)是一种 氧化物(填“酸性”“碱性”或“两性”)。请写出常温下与适当的氧化物生成的化学方程式 。 (4)的电子式是 ，其中氧元素的化合价为 。可做太空舱供氧剂，因为可与反应生成，化学方程式是 。 III．钠盐(以NaF为例) 下图将氟化钠的形成过程拆分成了多个理想的分步过程。(g表示气态，s表示固态) 信息：下图为玻恩—哈伯循环图，可以用于计算化学过程中的能量变化。其中“横线”代表体系中的物质及状态，“→”代表转化过程。 (5)用电子式表示NaF的形成过程 。 (6)图中涉及共价键断裂的过程是 (填序号)；描述了Na原子失电子转变为的过程是 (填序号)。 (7)下列说法正确的是 。 a．过程①只发生物理变化 b．过程①②③吸收能量，过程④⑤放出能量 c．中不存在和 d．根据过程①②③④⑤的能量变化，可计算得出1molNa与反应放热多少 题型03 化学能与电能的转化 知识积累 实验探究——锌铜原电池 实验装置 实验操作 实验现象 实验结论 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中 锌片上有气泡冒出，铜片上无现象 装置中有电流产生，化学能转化为电能 用导线连接锌片和铜片 铜片上有气泡冒出 用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表 电流表指针发生偏转 一、原电池的基本概念 1．概念：原电池是将化学能转化为电能的装置。 2．本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。 3．电极：（1）负极：________电子，发生________反应； （2）正极：________电子，发生________反应。 4．构成原电池的条件： （1）自发进行的氧化还原反应； （2）两个活动性不同的电极； （3）电解质溶液（或熔融电解质）； （4）形成闭合回路。 【答案】失去 氧化 得到 还原 二、锌铜原电池的工作原理 工作原理 （反应方程式） 负极（Zn） 正极（Cu） 总反应离子方程式： 。 电子移动方向 由 极经导线流向 极（电流方向相反）。 离子移动方向 阳离子向 极移动，阴离子向 极移动。 【答案】 Zn - 2e- === Zn2+ 2H+ + 2e- === H2↑ Zn + 2H+ === Zn2+ + H2↑ 负 正 正 负 三、原电池的应用 1．比较金属活动性 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。 2．加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。 3．设计原电池 利用原电池原理设计和制造原电池，将化学能直接转化为电能。 【例3】下列装置能构成原电池的是(连接两个电极的均是金属导线) A． B． C． D． 【变式3-1】 有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 A． B． C． D． 【变式3-2】利用下列化学反应能设计成原电池的是 A．CH4＋2O2CO2＋2H2O B．CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O C．Na2O＋H2O=2NaOH D．Al2O3＋2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] 【变式3-3】某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是 选项 正极 负极 电解质溶液 A Fe Zn HCl B Zn Cu H2SO4 C Ag Zn CuSO4 D C Zn ZnCl2 A．A B．B C．C D．D 题型04 生活中常见的电池 知识积累 一、锌锰干电池（一次电池） 常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。 总反应 Zn + 2MnO2 + 2 === Zn2+ + 2MnO(OH) + 2NH3↑ 负极 Zn﹣2e- === Zn2+ 正极 2MnO2 + 2 + 2e- === 2MnO(OH) + 2NH3↑ 二、铅酸蓄电池（二次电池） 有些电池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（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。 总反应 Pb + PbO2 + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O 负极 Pb +﹣2e- === PbSO4 正极 PbO2 + 4H+ + + 2e- === PbSO4 + 2H2O 三、燃料电池 燃料电池是一种将燃料（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，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。 1．氢氧燃料电池 电解质 H2SO4溶液 KOH溶液 总反应 2H2 + O2 === 2H2O 负极 反应式 正极 反应式 【答案】2H2 - 4e- === 4H+ 2H2 + 4OH- - 4e- === 4H2O O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O O2 + 2H2O + 4e- === 4OH- 2．甲烷燃料电池 甲烷电池 H2SO4作电解质 KOH作电解质 负极反应式 正极反应式 总反应式 【答案】CH4 + 2H2O - 8e- === CO2 + 8H+ CH4 + 10OH- - 8e- === + 7H2O 2O2 + 8H+ + 8e- === 4H2O 2O2 + 8e- + 4H2O === 8OH- CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O CH4 + 2O2 + 2OH- === + 3H2O 【例4】有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 图I    普通锌锰电池 图Ⅱ    碱性锌锰电池 图Ⅲ    铅酸蓄电池 图IV    银锌纽扣电池 A．图I所示电池中，锌筒作负极，发生氧化反应，用久会变薄，有漏液风险；电池工作时电子从锌筒流出，经过电解质溶液流向石墨电极 B．图Ⅱ所示电池中，的作用是作还原剂 C．图Ⅲ所示装置放电工作过程中，负极的质量逐渐减少 D．图IV所示电池中，正极的电极反应式为 【变式4-1】电子表所用的纽扣电池，两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，电池反应为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，示意图如图所示。下列判断正确的是 A．锌为负极，被还原 B．纽扣电池工作时，OH-移向 C．纽扣电池工作时，电解质溶液的碱性增强 D．每6.5g锌发生反应时，转移电子0.1NA 【变式4-2】下列说法不正确的是 A．二氧化硫可用于杀菌，也是一种抗氧化剂 B．碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查 C．实验室中点燃可燃性气体之前必须检验气体纯度 D．锂离子电池因高效、安全、环保，在手机、笔记本电脑、照相机中有广泛应用 【变式4-3】锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。(__) 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 5.3 化学变化中的能量变化 题型01 常见的吸热与放热反应 题型02 化学变化中能量变化的实质 题型03 化学能与电能的转化 题型04 生活中常见的电池 题型01 常见的吸热与放热反应 知识积累 一、化学反应的本质和特征 1．本质： （1）化学反应的本质是旧化学键的_______和新化学键的_______。 （2）断开化学键要_______能量，形成化学键要______能量，吸收的能量与释放的能量__________。 2．特征： （1）生成新物质（符合质量守恒定律）； （2）释放能量或吸收能量（符合能量守恒定律）。 【答案】（1）断裂 形成 （2）吸收 放出 不相等 明辨是非 （1）有化学键断裂的，肯定发生了化学反应（ ） （2）既有化学键断裂，又有化学键形成的，肯定发生了化学反应（ ） （3）在化学键的形成过程中，肯定放出能量（ ） （4）化学反应中原子一定发生重新组合（ ） （5）化学变化中一定会发生电子转移（ ） （6）所有化学反应必然伴随着能量的变化（ ） 【答案】××√； √×√ 实验探究 实验操作 在一只试管中加入2 mL 2 mol/L 盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条 实验现象 镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计温度上升，用手触摸试管壁，有温热感 反应原理 Mg + 2HCl === MgCl2 + H2↑ 实验结论 该反应放出热量 实验操作 将20g Ba(OH)2•8H2O晶体研细后与10g NH4Cl在烧杯中混合，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸烧杯下部，试着用手拿起烧杯 实验现象 有刺激性气味气体产生；木片上的水结成冰，与烧杯底粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉 反应原理 Ba(OH)2·8H2O + 2NH4Cl === BaCl2 + 2NH3↑+ 10H2O 实验结论 该反应吸收热量 二、吸热反应和放热反应 1．吸热反应：吸收热量的化学反应。 2．放热反应：放出热量的化学反应。 三、常见的放热反应与吸热反应 放热反应 吸热反应 大多数化合反应 所有燃烧反应 酸碱中和反应 金属与酸或水的置换反应 铝热反应 大多数分解反应 Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 以C、CO、H2为还原剂的氧化还原反应 明辨是非 （1）需要加热的反应一定是吸热反应（ ） （2）吸热反应一定需要加热才可以进行（ ） （3）放热反应不需要加热即可发生（ ） （4）放出热量的变化过程一定是放热反应（ ） 【答案】 ×××× 【总结1】吸热反应和放热反应的对象都是化学变化，物理变化除外。 【总结2】一个化学反应是吸热还是放热，与反应条件（是否需要加热）没有必然联系。 【例1】下列变化过程，属于放热反应的是 ①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应　②酸碱中和　③固体NaOH溶于水　④硫在空气或氧气中燃烧 A．①②③ B．②③④ C．②④ D．①③④ 【答案】C 【解析】①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是吸热反应； ②酸碱中和是放热反应； ③固体NaOH溶于水会放热，但不是化学反应； ④硫在空气或氧气中燃烧是放热反应； 故②④符合题意；本题选C。 【变式1-1】“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。吸食时，将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合摇动即会制冷。根据你的经验判断，该化学物质是 A．氯化钠 B．固体氢氧化钠 C．固体硝酸铵 D．生石灰 【答案】C 【解析】由题意，该物质溶于水是吸热过程或吸热反应，氯化钠溶于水的能量变化不明显，固体硝酸铵溶于水是吸热过程，固体氢氧化钠溶于水是放热过程，生石灰与水反应放热，故选C。 【变式1-2】下列反应能量的变化与如图所示相符的是 A．金属镁与稀硫酸的反应 B．大理石的分解反应 C．浓硫酸溶于水 D．稀盐酸与碳酸氢钠溶液的反应 【答案】A 【分析】由图知，反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应。 【解析】A．金属镁与稀硫酸的反应置换出氢气，为放热反应，A 正确；   B．大理石的分解反应是吸热反应，B错误；    C．浓硫酸溶于水放出大量的热，但为物理过程，不是化学变化，C错误；   D．稀盐酸与碳酸氢钠溶液的反应是吸热反应，D错误； 故选A。 【变式1-3】下列反应属于放热反应的是 A．C + O2 CO2 B．2H2O2H2 ↑+ O2↑ C．NaCl溶于水 D．AgNO3溶于水 【答案】A 【解析】A．物质的燃烧为放热反应，所以C + O2CO2为放热反应，故A正确； B．氢气和氧气反应生成水的反应为放热反应，则水的分解为吸热反应，即2H2O 2H2 ↑+ O2↑为吸热反应，故B错误； C．NaCl溶于水为物理变化，不属于化学反应，故C错误； D．AgNO3溶于水为物理变化，不属于化学反应，故D错误； 故答案为：A。 题型02 化学变化中能量变化的实质 知识积累 一、从化学键的角度分析化学反应的能量变化 1．键能：断开（形成）1 mol某化学键所吸收（放出）的能量叫键能。单位：kJ/mol。 例如，断开（形成）1 mol H-H键吸收（放出）的能量为436.0 kJ，那么H-H键的键能是436.0 kJ/mol 。 2．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因： （1）若吸收能量E1＞释放能量E2，该反应为吸热反应； （2）若吸收能量E1＜释放能量E2，该反应为放热反应。 3．实例 化学键 H﹣H Cl﹣Cl H﹣Cl 键能kJ/mol 436 243 431 从键能角度分析H2 +Cl2 2HCl 反应体系中能量变化情况。 1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl分子的过程中， 了 kJ的能量。 【答案】 吸收；吸收；431；431；释放；183。 及时小练 计算2H2 + O2 2H2O 反应体系中的能量变化情况。已知： 化学键 H—H O＝O H—O 键能kJ/mol 436 498 465 【答案】2 mol H2与1 mol O2反应生成2 mol H2O分子，放出490 kJ的能量。 二、从总能量的角度分析化学反应的能量变化 1．一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。 （1）若反应物总能量E反＞生成物总能量E生，该反应为放热反应； （2）若反应物总能量E反＜生成物总能量E生，该反应为吸热反应。 E反 ___ E生 ，______ 反应 E反 ___ E生 ，______ 反应 【答案】＞，放热；＜，吸热。 2．吸热反应与放热反应的真实能量变化图： E吸 ＜ E放，放热反应 E吸 ＞ E放，吸热反应 资料卡片——能量与稳定性 一般来说，物质具有的能量越低，物质越稳定。即“能量越低越稳定”。 【例2】已知断裂1 mol H—H键吸收能量为436 kJ，形成1 mol H—N键放出能量为391 kJ，若1 mol N2和3 mol H2完全反应：N2＋3H22NH3，放出的能量为92.4 kJ，则断裂1 mol N≡N键吸收的能量是 A．433.6 kJ B．945.6 kJ C．649 kJ D．869 kJ 【答案】B 【解析】根据化学方程式及所给数据，设断裂1 mol N≡N键吸收的能量为E(N≡N)，断键吸收能量为Q吸=E(N≡N)＋3×436 kJ，成键放出能量为Q放=6×391 kJ，Q放-Q吸=92.4 kJ，解得E(N≡N)=945.6 kJ；故选B。 【变式2-1】下列图示与对应的叙述相符的是 A．图甲装置，由于比活泼，所以为负极 B．图乙装置，放电时，正极b极表面的被氧化，其质量会减少 C．图丙装置，通入的一极是正极，电极反应式为 D．图丁可以表示足量锌粉与稀硫酸反应，加少量固体产生的变化 【答案】D 【解析】A．图甲中尽管Mg比Al活泼，但Mg与氢氧化钠不反应，铝与氢氧化钠能够反应，铝为负极，A错误； B．乙装置为铅酸蓄电池，放电时铅电极被氧化，电极为正电极被还原：，其质量会增加，B错误； C．丙装置为氢氧燃料电池，氢气的一极为负极：，氧气的一极为正极：，C错误； D．足量锌粉与稀硫酸反应时加少量CuSO4，锌置换出铜，形成原电池反应，反应速率增大，但由于锌过量，所以生成氢气总量不变，D正确； 故选D。 【变式2-2】从化学键的角度分析化学反应中能量变化的本质 (1)实例分析 断键时吸收的总能量：436 kJ+249 kJ=685 kJ； 成键时释放的总能量：930 kJ； 所以1 mol H2燃烧生成水蒸气时释放能量 。 (2)图示 注：E1为破坏旧化学键吸收的能量，E2为形成新化学键释放的能量。 (3)结论 ①若E1 E2，反应吸收能量(吸热反应)。 ②若E1 E2，反应释放能量(放热反应)。 【答案】 245 kJ > < 【解析】略 【变式2-3】钠及其化合物具有一系列重要的性质与用途。 I．钠单质 (1)钠的原子结构示意图是 ，在化学反应中容易 电子(填“得”或“失”)，化学性质活泼，在实验室通常保存在 中。 (2)钠可用于特种金属的冶炼。是离子化合物，熔融的电离方程式是 。钠与熔融反应得到Ti单质的化学方程式是 。 II．钠的氧化物 (3)是一种 氧化物(填“酸性”“碱性”或“两性”)。请写出常温下与适当的氧化物生成的化学方程式 。 (4)的电子式是 ，其中氧元素的化合价为 。可做太空舱供氧剂，因为可与反应生成，化学方程式是 。 III．钠盐(以NaF为例) 下图将氟化钠的形成过程拆分成了多个理想的分步过程。(g表示气态，s表示固态) 信息：下图为玻恩—哈伯循环图，可以用于计算化学过程中的能量变化。其中“横线”代表体系中的物质及状态，“→”代表转化过程。 (5)用电子式表示NaF的形成过程 。 (6)图中涉及共价键断裂的过程是 (填序号)；描述了Na原子失电子转变为的过程是 (填序号)。 (7)下列说法正确的是 。 a．过程①只发生物理变化 b．过程①②③吸收能量，过程④⑤放出能量 c．中不存在和 d．根据过程①②③④⑤的能量变化，可计算得出1molNa与反应放热多少 【答案】(1) 失 煤油 (2) TiCl4=Ti4++4Cl- 4Na+TiCl4(熔融)=Ti+4NaCl (3) 碱性 Na2O+CO2=Na2CO3 (4) -1 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 (5) (6) ③ ② (7)abd 【解析】（1） 钠原子的结构示意图为。钠原子最外层只有一个电子，在化学反应中容易失电子，化学性质活泼，在实验室通常保存在煤油中。 （2）TiCl4是离子化合物，熔融状态下TiCl4电离生成Ti4+和Cl-，电离方程式为TiCl4=Ti4++4Cl-。钠与熔融TiCl4反应生成Ti单质和NaCl，化学方程式为4Na+TiCl4(熔融)=Ti+4NaCl。 （3）Na2O为碱性氧化物。常温下Na2O能与CO2反应生成碳酸钠，化学方程式为Na2O+CO2=Na2CO3。 （4） Na2O2由钠离子和过氧根离子构成，电子式为。其中氧元素的化合价为-1价，过氧化钠可与CO2反应生成碳酸钠和氧气，化学方程式为2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2。 （5） Na和F2反应，Na失去一个电子，F得到一个电子，最终形成NaF，用电子式表示形成过程为。 （6）从图中可知，步骤③中F2中的F-F键断裂生成F(g)，涉及共价键断裂的过程是③。步骤②中Na(g)失电子生成Na+(g)，描述了钠原子失电子转变为钠离子的过程是②。 （7）a．过程①固态钠转化为气态钠，只发生了物理变化，a正确； b．过程①②③中物质的能量逐渐增加，为吸收能量的过程，过程④⑤中物质的能量逐渐降低，为放出能量的过程，b正确； c．NaF(s)中存在钠离子和氟离子，只是这些离子无法自由移动，c错误； d．根据过程①②③④⑤可得知钠与氟气反应的能量变化情况，钠与氟气的反应为放热反应，放出的热量=过程④+过程⑤放出的热量-过程①②③吸收的热量，因此可计算出1molNa与F2反应放热多少，d正确； 故答案选abd。 题型03 化学能与电能的转化 知识积累 实验探究——锌铜原电池 实验装置 实验操作 实验现象 实验结论 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中 锌片上有气泡冒出，铜片上无现象 装置中有电流产生，化学能转化为电能 用导线连接锌片和铜片 铜片上有气泡冒出 用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表 电流表指针发生偏转 一、原电池的基本概念 1．概念：原电池是将化学能转化为电能的装置。 2．本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。 3．电极：（1）负极：________电子，发生________反应； （2）正极：________电子，发生________反应。 4．构成原电池的条件： （1）自发进行的氧化还原反应； （2）两个活动性不同的电极； （3）电解质溶液（或熔融电解质）； （4）形成闭合回路。 【答案】失去 氧化 得到 还原 二、锌铜原电池的工作原理 工作原理 （反应方程式） 负极（Zn） 正极（Cu） 总反应离子方程式： 。 电子移动方向 由 极经导线流向 极（电流方向相反）。 离子移动方向 阳离子向 极移动，阴离子向 极移动。 【答案】 Zn - 2e- === Zn2+ 2H+ + 2e- === H2↑ Zn + 2H+ === Zn2+ + H2↑ 负 正 正 负 三、原电池的应用 1．比较金属活动性 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。 2．加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。 3．设计原电池 利用原电池原理设计和制造原电池，将化学能直接转化为电能。 【例3】下列装置能构成原电池的是(连接两个电极的均是金属导线) A． B． C． D． 【答案】D 【分析】形成原电池的条件：①两个电极；②电解质溶液；③闭合回路；④自发的氧化还原反应。 【解析】A．装置中两金属电极的活泼性相同，不能形成原电池，A项错误； B．汽油不是电解质，不能形成原电池，B项错误； C．没有形成闭合回路，不能形成原电池，C项错误； D．铁和铜作电极，硫酸铜作电解质溶液，有闭合回路，有自发的氧化还原反应，能形成原电池，D项正确； 答案选D。 【变式3-1】 有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】a极质量减小，b极质量增加，则表明a极金属失电子作负极，溶液中的Cu2+在b极得电子生成Cu附着在b极，金属活动性a＞b；b极有气体产生，c极无变化，则表明b极金属能与H+发生置换反应，而c极不能，金属活动性b＞c；d极溶解，c极有气体产生，则d极为负极，c极为正极，金属活动性d＞c；电流计指示，导线中电流从a极流向d极，则d极为负极，a极为正极，金属活动性d＞a；综合以上分析，金属活动性d＞a＞b＞c，C正确。 【变式3-2】利用下列化学反应能设计成原电池的是 A．CH4＋2O2CO2＋2H2O B．CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O C．Na2O＋H2O=2NaOH D．Al2O3＋2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] 【答案】A 【解析】A．CH4＋2O2CO2＋2H2O的反应属于氧化还原反应，且反应放热、能自发进行，因此能设计成原电池，故A正确； B．CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故B错误； C．Na2O＋H2O=2NaOH的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故C错误； D．Al2O3＋2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故D错误； 故本题选A。 【变式3-3】某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是 选项 正极 负极 电解质溶液 A Fe Zn HCl B Zn Cu H2SO4 C Ag Zn CuSO4 D C Zn ZnCl2 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】将拆成两个半反应：氧化反应(负极反应)：；还原反应(正极反应)：。则电池的负极是，正极是比锌不活泼的金属或能导电的非金属，电解质溶液中含。 故选C。 题型04 生活中常见的电池 知识积累 一、锌锰干电池（一次电池） 常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。 总反应 Zn + 2MnO2 + 2 === Zn2+ + 2MnO(OH) + 2NH3↑ 负极 Zn﹣2e- === Zn2+ 正极 2MnO2 + 2 + 2e- === 2MnO(OH) + 2NH3↑ 二、铅酸蓄电池（二次电池） 有些电池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（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。 总反应 Pb + PbO2 + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O 负极 Pb +﹣2e- === PbSO4 正极 PbO2 + 4H+ + + 2e- === PbSO4 + 2H2O 三、燃料电池 燃料电池是一种将燃料（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，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。 1．氢氧燃料电池 电解质 H2SO4溶液 KOH溶液 总反应 2H2 + O2 === 2H2O 负极 反应式 正极 反应式 【答案】2H2 - 4e- === 4H+ 2H2 + 4OH- - 4e- === 4H2O O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O O2 + 2H2O + 4e- === 4OH- 2．甲烷燃料电池 甲烷电池 H2SO4作电解质 KOH作电解质 负极反应式 正极反应式 总反应式 【答案】CH4 + 2H2O - 8e- === CO2 + 8H+ CH4 + 10OH- - 8e- === + 7H2O 2O2 + 8H+ + 8e- === 4H2O 2O2 + 8e- + 4H2O === 8OH- CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O CH4 + 2O2 + 2OH- === + 3H2O 【例4】有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 图I    普通锌锰电池 图Ⅱ    碱性锌锰电池 图Ⅲ    铅酸蓄电池 图IV    银锌纽扣电池 A．图I所示电池中，锌筒作负极，发生氧化反应，用久会变薄，有漏液风险；电池工作时电子从锌筒流出，经过电解质溶液流向石墨电极 B．图Ⅱ所示电池中，的作用是作还原剂 C．图Ⅲ所示装置放电工作过程中，负极的质量逐渐减少 D．图IV所示电池中，正极的电极反应式为 【答案】D 【解析】A．普通锌锰电池中，锌筒作负极，发生氧化反应，用久会变薄，有漏液风险；电池工作时电子从锌筒流出，经导线流入石墨电极，电子不能进入电解质溶液，故A错误； B．碱性锌锰电池中，得电子生成MnOOH和OH-，Mn元素由+4价下降到+3价，所以作氧化剂，故B错误； C．图Ⅲ所示装置工作过程中，负极发生反应Pb-2e-+=PbSO4，质量逐渐增大，故C错误； D．银锌纽扣电池中，锌为负极，Ag2O为正极，正极Ag2O得到电子生成Ag，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：，D正确； 故选D。 【变式4-1】电子表所用的纽扣电池，两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，电池反应为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，示意图如图所示。下列判断正确的是 A．锌为负极，被还原 B．纽扣电池工作时，OH-移向 C．纽扣电池工作时，电解质溶液的碱性增强 D．每6.5g锌发生反应时，转移电子0.1NA 【答案】C 【分析】根据原电池工作原理，负极上失去电子，化合价升高，发生氧化反应，正极上得到电子，化合价降低，发生还原反应，推出Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，Ag2O为正极，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－，据此分析； 【解析】A．根据电极总反应式，Zn的化合价升高，失去电子，即Zn为负极，被氧化，故A错误； B．原电池中，阴离子移向负极，故OH-移向Zn，故B错误； C．电解质溶液为KOH溶液，电池反应为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，原电池工作时消耗水，导致溶液碱性增强，故C正确； D．根据总电极反应式，负极反应式为Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，每6.5g(即0.1mol)锌发生反应时，转移电子0.2NA，故D错误； 答案为C。 【变式4-2】下列说法不正确的是 A．二氧化硫可用于杀菌，也是一种抗氧化剂 B．碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查 C．实验室中点燃可燃性气体之前必须检验气体纯度 D．锂离子电池因高效、安全、环保，在手机、笔记本电脑、照相机中有广泛应用 【答案】B 【解析】A．二氧化硫具有杀菌消毒作用，同时二氧化硫具有还原性，可适量添加到食品中用作抗氧化剂，A正确； B．碳酸钡能与胃液中的HCl反应生成重金属离子钡离子，对人体有伤害，碳酸钡不可用于胃肠X射线造影检查，通常使用硫酸钡进行胃肠X射线造影检查，B错误； C．实验室中点燃可燃性气体之前必须检验气体纯度，C正确； D．锂离子电池高效、安全、环保，因此在手机、笔记本电脑、照相机中有广泛的应用，D正确； 故选B。 【变式4-3】锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。(__) 【答案】错误 【解析】略 1 学科网（北京）股份有限公司 $$