专题03 化学反应与能量变化（考题猜想）（8大题型）-2024-2025学年高一化学下学期期中考点大串讲（人教版2019必修第二册）

专题03 化学反应与能量变化 题型一 能量的转化形式 能源的利用 题型二 放热反应与吸热反应的判断 题型三 反应过程能量变化图分析 题型四 反应中能量变化的相关计算 题型五 原电池的工作原理 题型六 原电池原理的应用 题型七 化学电源分析 题型八 化学反应与热能、电能综合分析 题型一 能量的转化形式 能源的利用 【例1-1】下列设备或物品工作时，将化学能转化为电能的是 锂离子电池 风力发电机 偏二甲肼燃烧 太阳能集热器 A B C D 【答案】A 【解析】A．锂离子电池是化学能转化为电能的装置，为原电池，故A正确； B．风力发电，为机械能转化为电能，故B错误； C．偏二甲肼燃烧是化学能转变为动能，故C错误； D．太阳能集热器为太阳能转化为热能的装置，故D错误； 故选：A。 【例1-2】下列关于化学反应与能量变化的说法不正确的是 A．能量变化是化学反应的基本特征之一 B．化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因 C．放热反应可以看成是反应物所具有的化学能转化为热能释放出来 D．反应物的总能量高于生成物的总能量，发生反应时需要从环境吸收能量 【答案】D 【解析】A．化学反应过程中伴随着能量的变化，能量变化是化学反应的基本特征之一，A项正确； B．化学键断裂需要吸收能量，化学键形成需要释放能量，化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因，B项正确； C．放热反应需要将物质本身储存的多余能量向外界释放，则放热反应可以看成是反应物所具有的化学能转化为热能释放出来，C项正确； D．反应物的总能量高于生成物的总能量，反应过程中要向外界释放能量，D项错误； 答案选D。 【变式1-1】下列设备工作时，将化学能转化为热能的是 A．硅太阳能电池 B．锂离子电池 C．太阳能集热器 D．燃气灶 【答案】D 【解析】A. 硅太阳能电池是把太阳能转化为电能，A错误； B. 锂离子电池将化学能转化为电能，B错误； C. 太阳能集热器将太阳能转化为热能，C错误； D. 燃气灶将化学能转化为热能，D正确， 答案选D。 【变式1-2】环境、能源和资源是人类生存和发展的基本条件。下列说法不正确的是( ) A．二氧化硫的产生主要原因是煤的大量燃烧 B．海底埋藏着大量的可燃冰，它不可能成为未来的新能源 C．氢气极易燃烧，燃烧的产物是水，被认为是最清洁的燃料 D．化石燃料面临被耗尽的危险，人类正在利用和开发新的能源，如太阳能、风能、地热能等 【答案】B 【解析】 A、 煤燃烧产生的二氧化硫、二氧化氮，正确； B、 可燃冰燃烧生成二氧化碳和水，海底埋藏着大量的可燃冰，它可能成为未来的新能源，错误； C、 由于氢气燃烧放出的热量多，燃烧产物是水不污染环境，制取氢气的原料丰富，可以用水来制取，所以被认为是最清洁的燃料，正确； D、化石燃料属于不可再生能源，面临被耗尽的危险，人类正在利用和开发新的能源，如太阳能、风能、地热能，正确。故选B。 【变式1-3】环保型燃料——丙烷燃烧时发生反应的化学方程式为C3H8+5O23CO2+4H2O。下列说法中不正确的是 A．丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料 B．所有的燃烧反应都会释放热量 C．1 mol C3H8和5 mol O2所具有的总能量大于3 mol CO2和4 mol H2O所具有的总能量 D．燃烧时化学能只转化为热能 【答案】D 【分析】一个化学反应是放热反应还是吸热反应，取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小，所有的燃烧反应都是放热反应，丙烷燃烧产物为二氧化碳和水，对环境无污染。 【解析】A. 丙烷完全燃烧方程式为：C3H8+5O23CO2+4H2O，产物二氧化碳和水，对环境无污染，因此丙烷为环保型燃料，A正确；B. 燃烧反应是指物质中的可燃性成分与氧气剧烈反应形成火焰，放出大量的热和产生强烈光的过程，所有的燃烧反应都是放热反应，B正确；C. 根据能量守恒定律，如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，在反应中有一部分能量转变为热能的形式释放，这样的反应是放热反应。所有的燃烧反应都是放热反应，丙烷的燃烧是放热反应，所以1 mol C3H8和5 mol O2所具有的总能量大于3 mol CO2和4 mol H2O所具有的总能量，C正确；D. 火炬燃烧时，不仅发热，而且发光，而且反应产物中也含有一定的化学能。所以火炬燃烧时，化学能不仅转化为热能，还转化为光能等其它形式的能。D错误；故合理选项是D。 题型二 放热反应与吸热反应的判断 解题要点 1.需要加热的反应不一定是吸热反应，吸热反应也不一定需要加热。 2.吸热反应、放热反应的判定图示 【例2-1】化学反应伴随着能量变化，下列反应或过程的能量变化与其他三项不同的是 A．金属钠投入水中 B．与在光照条件下反应 C．向碳酸钠溶液中加入足量盐酸 D．与晶体混合 【答案】D 【解析】A．金属钠与水为放热反应；B．H2在Cl2中光照下反应为放热反应；C．碳酸钠与盐酸反应为放热反应；D．与晶体混合为吸热反应；故选D。 【例2-2】一氧化碳可以与氧气充分反应，燃烧生成二氧化碳。下列关于该反应的说法不正确的是 A．属于放热反应 B．属于氧化还原反应 C．反应物的总能量低于生成物的总能量 D．化学键的断裂与形成是该反应中能量变化的主要原因 【答案】C 【解析】A．燃烧放热，该反应属于放热反应，故A项正确； B．该反应中，CO中C元素化合价升高，氧气中氧元素价态降低，属于氧化还原反应，故B项正确； C．该反应属于放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，故C项错误； D．断键吸热、成键放热，化学键的断裂与形成是该反应中能量变化的主要原因，故D项正确； 故本题选C。 【变式2-1】下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是 反应装置或图像 实验现象或图像信息 A 温度计的水银柱上升 B 反应物总能量大于生成物总能量 C 反应开始后，针筒活塞向右移动 D 反应开始后，甲处液面低于乙处液面 【答案】C 【解析】A．因为温度计的水银柱上升，温度升高，说明氢氧化钠与盐酸反应释放热量，故A不符合题意； B．反应物的总能量比生成物的总能量高，所以在发生反应时会有一部分能量释放，表现为反应放热，故B不符合题意； C．锌粒与稀硫酸反应会产生氢气，使锥形瓶内气体压强增加，所以针筒活塞向右移动，不能证明是反应释放热量导致的，故C符合题意； D．锌粒与稀硫酸反应开始后，甲处液面低于乙处液面，说明反应导致集气瓶内气体压强增大，但反应并未在集气瓶中进行，说明是反应释放的热量使集气瓶内的温度升高而导致压强增大，故D不符合题意。 答案选C。 【变式2-2】高粱酿酒过程中的部分流程按顺序排列如下，其中能说明高粱转化过程中放出热量的是 A． “蒸粮”时加热 B． “拌曲”前摊晾 C． “堆酵”时升温 D． “馏酒”时控温 【答案】C 【解析】A.“蒸粮”时加热属于木柴的燃烧过程，是木柴的化学能转化为热能，故A不符合题意； B.“拌曲”前摊晾是属于蒸发水分的过程，故B不符合题意； C.“堆酵”时升温属于高粱的发酵过程，高粱在发酵过程中发生化学变化，并放出热量；故C符合题意； D.“馏酒”时控温有木柴的燃烧过程，是木柴的化学能转化为热能，还有酒的蒸馏过程，蒸馏是吸热过程，故D不符合题意。 故答案选C。 【变式2-3】下列说法正确的是 A．已知，白磷)，红磷)，该反应为放热反应，说明红磷比白磷更稳定 B．反应热的大小与反应物所具有的能量和生成物所具有的能量无关 C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D．电解水制氢气和氧气的过程中旧化学键断裂吸收的总能量小于新化学键形成放出的总能量 【答案】A 【解析】A．因为白磷转化为红磷为放热反应，所以红磷能量更低，根据物质能量越低越稳定，所以说明红磷比白磷更稳定，故A正确； B．反应热的大小是反应物所具有的能量与生成物所具有的能量的差值，是有关系的，故B错误； C．需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，例如铝热反应需要加热，但是铝热反应为放热反应，故C错误； D．电解水制取氢气和氧气为吸热反应，旧化学键断裂吸收的总能量大于新化学键形成放出的总能量，故D错误； 故选A。 题型三 反应过程能量变化图分析 解题要点 解答能量变化图像题的“4关键” （1）从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即E1； （2）从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即E2； （3）ΔH＝E1－E2； （4）催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不能影响反应的ΔH。 【例3-1】“能量-反应过程”图是表示反应过程中物质能量变化的示意图，如图为某反应的“能量-反应过程”图，下列有关说法正确的是 A．该反应中，反应物的总能量小于生成物的总能量 B．断开的化学键需要吸收的能量 C．是放热反应 D．和的能量之和为 【答案】A 【分析】如图，该反应反应物总能量小于生成物总能量，为吸热反应，a为正反应活化能，也是反应物断键所吸收的能量，b为逆反应活化能，也为生成物成键所放出的能量。 【解析】A．如图，该反应反应物总能量小于生成物总能量，为吸热反应，故A正确； B．b为逆反应活化能，也为生成物成键所放出的能量，即形成所释放bkJ能量，断开的化学键需要吸收的能量，故B错误； C．如图，该反应反应物总能量小于生成物总能量，为吸热反应，即是吸热反应，故C错误； D．如图，和的能量之和未知，故D错误； 故选A。 【例3-2】下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系。 据此判断下列说法中正确的是 A．石墨转变为金刚石是吸热反应 B．等质量的S(g)完全燃烧放出的热量小于S(s) C．白磷比红磷稳定 D．CO(g) + H2O(g)=CO2(g)+H2(g)为吸热反应 【答案】A 【解析】A. 图1中，石墨的能量比金刚石低，所以石墨转变为金刚石是吸热反应，A正确； B. 图2中，S(g)的能量比S(s)的能量高，所以等质量的S(g)完全燃烧放出的热量大于S(s)，B错误； C. 图3中，白磷的能量高于红磷的能量，所以白磷比红磷能量高，稳定性差，C错误； D. 图4中，CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)的反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应，D错误； 答案选A。 【例3-3】氢能的低成本、低温、高效率制取一直是亟待解决的关键难题。实验计算机模拟在催化剂表面水煤气变换低温产氢反应(CO+H2O=CO2+H2)过程中能量的变化如图所示，下列说法正确的是 A．CO+H2O=CO2+H2为放热反应 B．状态3中物质状态最稳定 C．过程I、II、III均需要吸收能量 D．该反应类型为置换反应 【答案】A 【解析】A．从反应历程和能量关系图可以看出，反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应是放热反应，故A正确；B．能量越低越稳定，状态3能量最高，最不稳定，故B错误；C．过程Ⅰ和Ⅱ是从低能量状态到高能量状态，需要吸收能量，过程Ⅲ是从高能量状态到低能量状态，放出能量，故C错误；D．置换反应是单质和化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，该反应的反应物没有单质，不属于置换反应，故D错误；故选A。 【变式3-1】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。 【变式3-2】已知反应的能量变化如图所示、均为正值，下列说法正确的是 A. 该反应吸收的能最为 B. 破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量 C. 和的总能量一定高于和的总能量 D. 该反应只有在加热条件下才能进行 【答案】A 【解析】 A.断键吸收的能量成键放出的能量，故A正确； B.图象分析反应物能量低于生成物，结合能量守恒分析反应是吸热反应，所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，故B错误； C.图象分析可知反应过程中反应物能量低于生成物能量，故C错误； D.某些吸热反应不需要加热也可以发生，如氢氧化钡晶体和铵盐发生的吸热反应，故D错误。 故选A。   【变式3-3】科研人员采用新型复合光催化剂，利用太阳光高效分解水的过程如图所示。已知过氧化氢的分解是放热反应。下列叙述中正确的是 A．过程Ⅰ放出热量 B．过程Ⅱ产生的化合物只有氧化性 C．过程Ⅲ中断裂旧键吸收的能量小于形成新键放出的能量 D．该过程中能量的主要转化形式：光能转化为热能 【答案】C 【解析】A．过程Ⅰ断键，断键需要吸收热量，故A错误；B．过程Ⅱ产生的化合物是H2O2，H2O2既有氧化性又有还原性，故B错误；C．过氧化氢的分解是放热反应，所以过程Ⅲ中断裂旧键吸收的能量小于形成新键放出的能量，故C正确；D．该过程中能量的主要转化形式：光能转化为化学能，故D错误；选C。 题型四 反应中能量变化的相关计算 解题要点 1.三类计算： （1）依据一定质量（或物质的量、体积）的物质完全反应放出或吸收的热量计算化学反应的能量变化：用E(反应物)表示反应物的总能量，E(生成物)表示生成物的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝E(生成物)－E(反应物)。 （2）根据断键与成键的能量变化来计算化学反应的能量变化。用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。 （3）根据能量变化的图像来计算化学反应的能量变化。 2.常见物质中的化学键数目 物质 CO2 (C===O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2 (Si—O) 石墨 金刚石 S8 (S—S) Si (Si—Si) 键数 2 4 6 4 1.5 2 8 2 【例4-1】H2和在一定条件下能发生反应：H2(g)＋(g)2HI(g)，生成2 mol HI(g)反应放出热量a kJ，已知a、b、c均大于零。下列说法正确的是 A．反应物的总能量低于生成物的总能量 B．断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量小于断开2 mol H—I键所需能量 C．向密闭容器中加入1 mol H2和1 mol ，充分反应后放出的热量等于a kJ D．断开1 mol H—I键所需能量为(c＋b＋a) kJ 【答案】B 【解析】A．H2与反应是放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，A错误；B．断裂旧键1 molH—H键和1 molI—I键需要吸收能量，形成新键2 molH—I要放出能量，该反应为放热反应，故断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量小于形成2 mol H—I键放出的能量，形成2 molH—I放出的能量等于断开2 mol H—I键吸收的能量，B正确；C．H2与反应是可逆反应，1 mol H2和1 mol不可能反应完，放出的热量小于a kJ，C错误；D．设断开1 mol H—I键所需能量为x kJ，则有2x-(c+b)=a，x=(c＋b＋a)，D错误；故选B。 【例4-2】下图为反应的能量变化示意图。下列说法正确的是 A．拆开2 mol 和1 mol 中的化学键成为H、O原子，共放出1368 kJ能量 B． C．2mol 和1 mol 反应生成2 mol ，放出能量小于484 kJ D． 【答案】D 【解析】A．断开化学键吸收能量，则拆开2molH2(g)和1molO2(g)中的化学键成为H、O原子共吸收1368kJ能量，A错误； B．根据题目信息可知，，B错误； C．由图可知，2molH2(g)和1molO2(g)反应生成2molH2O(g)共放出484kJ能量，则反应生成2 mol H2O(l)，放出能量大于484 kJ，C错误； D．根据题目信息可知，，D正确； 故选D。 【变式4-1】NOCl常用于有机合成，其合成原理为2NO(g)＋Cl2(g)⇌2NOCl(g)，反应过程中的能量变化如图所示。下列有关说法正确的是 A．2 mol NOCl(g)所具有能量比2 mol NO(g)所具有能量低76 kJ B．该反应为吸热反应 C．该反应中每生成2 mol NOCl(g)放出热量76 kJ D．形成1 mol NOCl(g)中的化学键吸收热量90 kJ 【答案】C 【解析】A．根据图示，2molNOCl(g)所具有能量比2molNO(g)和1molCl2(g)所具有的总能量低(180-104)kJ=76kJ，则2molNOCl(g)所具有能量比2molNO(g)和1molCl2(g)所具有的总能量低76kJ，A错误； B．反应物的能量总和大于生成物的能量总和，为放热反应，B错误； C．2molNO(g)和1molCl2(g)完全反应生成2molNOCl(g)放出热量(180-104)kJ=76kJ，C正确； D．断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量，D错误； 答案选C。 【变式4-2】下图表示N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法不正确的是 A．O2过量时，可能会有红棕色气体产生 B．N2化学性质稳定，是因为断开N2分子中的化学键需要吸收较多能量 C．1molN2(g)和1molO2(g)反应生成2molNO(g)，需吸收能量180kJ D．1molN2(g)和1molO2(g)所具有的能量之和比2molNO(g)的能量高 【答案】D 【解析】A．O2过量时，会继续与NO反应生成NO2,可能会有红棕色气体产生，选项A正确； B．N2化学性质稳定，是因为断开N2分子中的化学键需要吸收较多能量，每断裂1molNN，需要吸收946kJ热量，选项B正确； C．根据图中信息可知，1molN2(g)和1molO2(g)反应生成2molNO(g)，需吸收能量(946+498-6322)kJ=180kJ，选项C正确； D．根据选项C可知，反应的△H=+180kJ/mol，反应为吸热反应，1molN2(g)和1molO2(g)所具有的能量之和比2molNO(g)的能量低，选项D不正确； 答案选D。 【变式4-3】肼()是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ)：NN键为942、O=O键为500、N-N键为154，则断裂1molN-H键所需的能量是 A．194kJ B．391kJ C．516kJ D．658kJ 【答案】B 【解析】根据图中内容可知，，化学反应的焓变等于产物的能量与反应物能量的差值，旧键断裂吸收能量，新建形成释放能量，设断裂1molN-H键所需的能量为K，所以有154+4K+500=2218；解得K=391； 故答案选B。 题型五 原电池的工作原理 解题要点 （1）原电池工作原理相当于将氧化还原反应中电子通过用电器转移，产生电能，因此原电池的作用为将化学能转化成电能。 （2）电子的流向：电子由负极经导线流向正极。反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。 （3）离子移动方向：阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 【例5-1】下列说法正确的是 A．图1所示装置能将化学能转化为电能 B．图2所示反应为吸热反应 C．锌锰干电池中，锌筒作正极 D．蓄电池放电时发生了氧化还原反应 【答案】D 【解析】A．图1没有形成闭合电路，所示装置不能构成原电池，不能能将化学能转化为电能，故A错误；     B．图2所示，反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，故B错误； C．锌锰干电池中，锌失电子发生氧化反应，锌筒作负极，故C错误； D．蓄电池放电时，有电子转移，发生了氧化还原反应，故D正确； 选D。 【例5-2】某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是 A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为： C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液蓝色逐渐变浅 D．将表面附着铜的铁片放入稀硫酸中，不能构成原电池 【答案】D 【分析】a和b不连接时，Fe与CuSO4发生置换反应，a和b用导线连接时，Cu为正极，生成Cu，Fe为负极，失去电子转化为Fe2+，据此回答。 【解析】A．a和b不连接时，铁片上会有金属Cu析出，A正确； B．a和b用导线连接时，铜片为正极，发生的反应为：Cu2++2e−=Cu，B正确； C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解转化为Fe2+，Cu2+转化为Cu，溶液蓝色逐渐变浅，C正确； D．将表面附着铜的铁片放入稀硫酸中，也会构成原电池，D错误； 故选D。 【变式5-1】如图为原电池的简易装置，下列给出的电极材料为、，电解质溶液为。下列相关表述正确的是 选项 M N P 表述 A 锌 铜 稀硫酸 电流方向： B 镁 铝 氢氧化钠溶液 电子方向： C 铝 铜 浓硝酸 负极反应： D 铜 铁 硫酸铁溶液 在溶液中，移向极附近 【答案】B 【解析】A．锌、铜、稀硫酸组成的原电池中锌是负极，铜是正极，则电流方向：，故A错误； B．镁、铝、氢氧化钠溶液组成的原电池中，铝电极的反应：，即铝是负极，镁是正极，则电子方向：，故B正确； C．铝、铜、浓硝酸组成的原电池中，由于铝在常温下遇到浓硝酸钝化，所以铝是正极，铜是负极，负极反应为，故C错误； D．铜、铁、硫酸铁溶液组成的原电池中，铁是负极，铜是正极，正极上放电，所以在溶液中，移向极附近，故错误； 故答案为：B。 【变式5-2】“纸电池”工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．若电解液为食盐水，则该电池中电子从铁电极流出 B．该装置内铁电极发生氧化反应 C．若电解液为稀盐酸，则铜片上有气泡产生 D．若电解液为稀盐酸，电池工作时H+向铁电极定向移动 【答案】D 【分析】铁的活泼性大于铜，铁为负极、铜为正极。 【解析】A．原电池中电子由负极流出，铁为负极，铜为正极，则该电池中电子从铁电极流出，A正确；B．铁为负极，该装置内铁失电子发生氧化反应，B正确；C．铁为负极，铜为正极，若电解液为稀盐酸，则铜片上氢离子得电子生成氢气，有气泡产生，C正确；D．铁为负极，铜为正极，原电池中阳离子移向正极，若电解液为稀盐酸，则电池工作时H+向铜电极定向移动，D错误；选选D。 【变式5-3】根据原电池原理，人们研制出了性能各异的化学电池。 （1）如图装置中，Zn片作 (填“正极”或“负极”)，Cu片上发生反应的电极反应式为 ，能证明化学能转化为电能的实验现象是 。 （2）某镁-溴电池工作原理如图所示，其总反应为：Mg + Br= Mg2+ + 3Br-。下列说法正确的是 (填字母)。 a.石墨是电池的正极    b.Mg发生氧化反应 【答案】（1）负极 2H+ + 2e- = H2↑ 电流表指针偏转 （2）ab 【解析】（1）该装置构成原电池，锌的活泼性大于铜，总反应为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2，Zn片发生氧化反应作负极，Cu片是正极，发生反应的电极反应式为2H+ + 2e- = H2↑，锌失的电子通过导线转移到铜电极，能证明化学能转化为电能的实验现象是电流表指针偏转； （2）A．根据图示，电子由镁电极经导线流向石墨电极，石墨是电池的正极，故a正确； B．根据总反应，镁元素化合价升高，Mg发生氧化反应，故b正确； 选ab。 题型六 原电池原理的应用 解题要点 加快化学反应速率 实验室制取H2时，稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液，从而加快了H2的逸出 比较金属的活泼性 通常溶解（或质量减轻）的为负极，质量增加（或产生气泡）的为正极，据负极活泼性＞正极活泼性，可得出结论 用于金属的防护 将需要保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 电极材料的选择 在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电，电池中的负极不一定能够与电解质溶液反应。 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择含有与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。 【例6-1】a、b、c、d四种金属片浸入稀硫酸中，用导线两两组成原电池。若a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为 A．b>d>c>a B．a>c>d>b C．d>c>a>b D．c>a>b>d 【答案】A 【解析】a、b相连时，电流由a经导线流向b，a是正极、b是负极，活动性b>a；c、d相连时，电子由d到c，d是负极、c是正极，活动性d>c；a、c相连时，a极上产生大量气泡，a是正极、c是负极，活动性c>a；b、d相连时，H+移向d极，d是正极，b是负极，活动性b>d，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为b>d>c>a，选A。 【变式6-1】利用反应设计一个原电池，下列装置示意图正确的是 A．   B．  C．   D．   【答案】C 【解析】根据反应，铁单质化合价升高，失去电子，作原电池负极，铁离子化合价降低，在正极材料上得到电子变为亚铁离子，而正极材料是活泼性比铁弱的金属或则石墨电极，溶液中电解质是含铁离子的盐溶液，比如氯化铁或硫酸铁，故C符合题意。 综上所述，答案为C。 【变式6-2】原电池是利用氧化还原反应设计的装置，该装置的特点是使氧化反应和还原反应在两个电极进行，“迫使”电子沿着特定的路线移动，从而产生电能。甲、乙两个原电池装置如图所示：    回答下列问题： （1）若装置甲的溶液M为稀硫酸，两个电极采用镁棒和铝棒。 ①电极X为 (填“正极”或“负极”)，该电极反应式为 。 ②该电池的正极是 (填“镁棒”或“铝棒”)，该电极产物W是 (填化学式)。 ③该原电池总反应的化学方程式是 。 （2）若装置甲中两电极质量变化与时间的关系如图所示，其中一个电极为Ag电极，则该电池的电解质溶液为 (填化学式)溶液，电极X为 (填字母)    a．Fe电极    b．Mg电极    c．Cu电极    d．Al电极 （3）将（1）中原电池生成的气体产物W通入装置乙中可制备燃料电池。 ①正极为 (填“电极甲”或“电极乙”)，该电极发生 (填“氧化反应”或“还原反应”)。 ②该电池工作时，外电路中电子由 (填“电极甲”或“电极乙”，下同)流出；电解质溶液中的移向 。 【答案】（1）负极 铝棒 H2 （2）AgNO3 d （3）电极甲 还原反应 电极乙 电极乙 【解析】（1）①镁与硫酸反应，铝与硫酸反应，镁的活泼性比铝强，因此镁为负极，铝为正极，再根据X电极是电子流出的极，则电极X为负极，该电极反应式为；故答案为：负极；。 ②根据前面分析该电池的正极是铝棒，该电极是氢离子得到电子变为氢气，因此正极产物W是H2；故答案为：铝棒；H2。 ③该原电池总反应是镁和硫酸反应生成硫酸镁和氢气，其化学方程式是；故答案为：。 （2）若装置甲中两电极质量变化与时间的关系如图所示，其中一个电极为Ag电极，则一个电极质量增加10.8g，另一个电极质量减少0.9g，题中金属活泼性都比银弱，说明银为正极，银电极质量增加，则该电池的电解质溶液为硝酸银(AgNO3)溶液，有0.1mol银生成，有0.1mol电子转移，则负极会消耗0.05mol铁或0.05mol镁或0.05mol铜或铝，质量分别为2.8g、1.2g、3.2g、0.9g，则电极X为Al电极；故答案为：AgNO3；d。 （3）①燃烧电池中燃料为负极，氧化剂为正极，则正极为电极甲，氧气得到电子，则说明该电极发生还原反应；故答案为：电极甲；还原反应。 ②该电池工作时，外电路中电子由负极即电极乙流出；根据原电池“同性相吸”，则电解质溶液中的移向负极即电极乙；故答案为：电极乙；电极乙。 题型七 化学电源分析 解题要点 解答燃料电池题目的几个关键点： ①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时分析该离子参与靠近一极的电极反应。 【例7-1】汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如下图所示。放电时的电池反应：。下列说法中，不正确的是 A．得电子，被还原 B．Pb作电池的负极 C．负极的电极反应为： D．电池放电时，溶液酸性增强 【答案】D 【分析】硫酸铅蓄电池中，氧化铅为正极，发生还原反应，铅作为负极，发生氧化反应。 【解析】A．PbO2中Pb元素得到电子，化合价降低，被还原，作电池的正极，故A正确； B．Pb为电池的负极，Pb失电子生成硫酸铅，故B正确； C．负极Pb失电子生成硫酸铅，负极反应为，故C正确； D．电池放电时，反应消耗硫酸，溶液酸性减弱，故D错误； 【例7-2】电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下。下列说法不正确的是 A．镁电极是该电池的负极 B．石墨电极上发生还原反应 C．发生的电极反应为： D．电池工作时，电子从石墨电极经导线流向Mg电极，溶液中阳离子流向正极 【答案】D 【分析】该装置中Mg易失电子作负极，电极反应式为，石墨电极是该电池的正极，H2O2具有氧化性，应在原电池的正极被还原，电极反应式为，据此分析解答。 【解析】A．Mg易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，故A正确； B．H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，故B正确； C．H2O2具有氧化性，应在原电池的正极被还原，电极反应式为，故C正确； D．电池工作时，电子从负极Mg电极经导线流向石墨电极，溶液中阳离子移向正极，故D错误； 故选D。 【例7-3】燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，某氢氧燃料电池的构造示意图如图，该电池工作时，下列说法正确的是 A．电极是该电池的正极 B．在电极上发生氧化反应 C．电解质溶液中向电极移动 D．该装置实现了电能向化学能的转化 【答案】C 【解析】A．通入燃料氢气的电极是负极，通氧气的电极是正极，所以a是负极，A错误； B．通入燃料氢气的电极a是负极，通氧气的电极b是正极，O2在b电极上获得电子，发生还原反应，B错误； C．电解质溶液中OH-向负极（a极）移动，C正确； D．该装置是原电池，实现了化学能向电能的转化，D错误； 故选C。 【变式7-1】镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金，该电池在充放电过程中的总反应方程式是：，下列说法正确的是 A．放电过程中负极MH得电子发生氧化反应 B．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为 C．NiMH电池电子由负极→正极→电解质溶液→负极，形成闭合回路 D．NiMH电池可以用盐酸作为电解质溶液 【答案】B 【分析】根据题中所给信息，M为储氢合金或金属，放电时，MH为负极，依据原电池工作原理进行分析；【解析】A．放电过程中，MH为负极，失去电子，化合价升高，发生氧化反应，故A错误；B．根据上述分析，MH为负极，NiOOH在正极上得电子，其反应式为NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-，故B正确；C．电子移动方向：从负极→外电路或负载→正极，电子不通过电解质溶液传递，电解质溶液中只有阴阳离子定向移动，故C错误；D．NiOOH、Ni(OH)2能与盐酸反应，因此盐酸不能作电解质溶液，故D错误；答案为B。 【变式7-2】二甲醚是一种绿色、可再生的新能源。如图是绿色电源“燃料电池”的工作原理示意图（a、b均为多孔性Pt电极）。该电池工作时，下列说法正确的是 A．a电极为该电池正极 B．在 b 电极上得电子，被氧化 C．电池工作时，a电极反应式： D．电池工作时，燃料电池内部从a电极移向b电极 【答案】D 【分析】氧气得电子，化合价降低，故b电极是正极，由图知在a电极二甲醚与水反应生成二氧化碳和氢离子，故a电极的反应式为CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+，据此回答。 【解析】A．通燃料的一极失电子，为负极，即a为负极，故A错误； B．O2在b电极上得电子，被还原，故B错误； C．在a电极二甲醚与水反应生成二氧化碳和氢离子，故a电极的反应式为CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+，故C错误； D．原电池工作时，电解质溶液中的H+向正极移动，即从a极向b电极移动，故D正确； 故答案为C。 【变式7-3】一种可穿戴电池的结构如图所示，其中凝胶电解质不易漏液，耐火性能良好。其电池的总反应为。关于该电池工作原理，下列说法错误的是    A．为负极 B．正极反应式为 C．电子由负极经隔离膜流向正极 D．凝胶电解质可提高电池的安全性和稳定性 【答案】C 【分析】该电池的总反应为，锌化合价升高为负极，V2O5在正极，据此回答。 【解析】A．反应中Zn化合价升高，失去电子，因此Zn为负极，A正确；B．正极得电子，因此正极的电极反应为，B正确；C．电子只能通过导线由负极流向正极，不能在电解质体系中移动，C错误；D．若电解质为溶液则可能会腐蚀容器材料或者会泄漏，有安全隐患，因此凝胶电解质可提高电池的安全性和稳定性，D正确；故选C。 【变式7-4】化学电池的发明，改变了人们的生活。 （1）将锌片、铜片按照如图所示装置连接，能证明化学能转化为电能的实验现象是：铜片上有气泡产生、 。 （2）上图所示装置中，Cu片作 (填“正极”或“负极”)。 （3）Zn片上发生反应的电极反应式为 ； （4）下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 (填序号)。 ① ② ③ （5）常见的锌锰干电池构造示意图如下。 已知：电池的总反应为。 下列说法正确的是 (填字母)。 a．锌筒作负极        b．发生氧化反应 【答案】（1）电流表指针偏转 （2）正极 （3）Zn-2e-=Zn2+ （4）③ （5）a 【分析】装置锌为活泼金属，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，为负极，则铜极为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气； 【解析】（1）该装置为原电池装置，装置中电流表指针偏转能证明化学能转化为电能； （2）由分析可知，Cu片作正极； （3）锌失去电子发生氧化反应生成锌离子：Zn-2e-=Zn2+； （4）①不是氧化还原反应，不能实现化学能直接转化为电能； ②为燃烧过程，不能实现化学能直接转化为电能； ③为自发氧化还原反应，能实现化学能直接转化为电能； 故选③； （5）a．锌为活泼金属，失去电子发生氧化反应，锌筒作负极，正确；         b．中锰元素化合价降低，发生还原反应，错误； 故选a。 题型八 化学反应与热能、电能综合分析 解题要点 有关原电池的解题思路 解决原电池问题时，一般的思维程序是：判断参加正、负极反应的物质→电极产物→电子和离子的移动方向→电极反应方程式→原电池反应方程式→现象、计算。 【例8-1】能源是现代文明的原动力，化学电池在生产生活中有着广泛的应用。 （1）根据构成原电池的本质判断，下列反应方程式正确且能设计成原电池的是 (填字母)。 a．        b． c．            d． （2）反应中相关物质的能量变化如下图所示。若有生成，该反应需要 (填“吸收”或“放出”) 能量。 （3）以为原理设计燃料电池，装置如下图所示。 ①A处加入的是 (写化学式)。 ②b电极上发生的电极反应式为 。 ③当消耗标准状况下时，导线上转移的电子的物质的量是 mol。 【答案】（1）d （2）放出 91 （3） 0.6 【解析】（1）自发进行的氧化还原反应理论上可以设计成原电池。 a．为非氧化还原反应，不能设计成原电池，故a错误；   b．电子得失及电荷不守恒，正确的离子方程式为，故b错误； c．为非氧化还原反应，不能设计成原电池，故c错误；              d．为自发进行的氧化还原反应，能设计成原电池，故d正确； 故答案为：d； （2）图像显示反应中反应物总能量高于生成物总能量，即反应为放热反应，若有生成，该反应放出510kJ-419kJ=91kJ能量； （3）①由总反应式可知，N2H4发生氧化反应生成氮气，即生成氮气的一极通入N2H4，所以①A处加入的是N2H4； ②N2H4发生氧化反应生成氮气， b电极上氧气发生还原反应，电极反应式为； ③正极反应式为，当消耗标准状况下，即O2，导线上转移的电子的物质的量是4×0.15mol=0.6mol。 【例8-2】现代社会的一切活动都离不开能量，化学反应在发生物质变化的同时伴随有能量变化。电池是现代社会中不可缺的储能装置，电池的发展史见证了人类对能量储存的不断追求和创新。回答下列问题： （1）现有下列四个反应： A． B． C． D． ①上述四个反应中属于氧化还原反应且反应过程中能量变化符合下图所示的是 (填字母)。 ②上述四个反应中为放热反应且能设计成原电池是 (填字母)。 （2）为验证与氧化性强弱，某学习小组设计下图所示的四个装置，装置中既能观察到电流表指针发生了偏转又能达到实验目的是_______(填字母)。 A B C D （3）历史上第一个化学电源——伏打电堆(示意图如下图)，该电堆相当于多个原电池串联。如金属c为Zn，金属d为Cu，e为浸有稀的湿布片；则a是原电池的 极，负极的电极反应式为 。 （4）一种强碱性电解质的3D―Zn―NOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为。放电时正极的电极反应式为 。 （5）燃料电池是一种高效、对环境友好的供电装置，甲烷燃料电池原理示意图如下图所示。 ①负极的电极反应式为 。 ②已知甲烷与氧气完全反应时，每生成1mol液态水释放的能量约为400kJ。又知该甲烷燃料电池每提供1kW·h电能生成216g水，则该电池的能量转化率为 %()。 【答案】（1）①B ②C （2）B （3）正 Zn-2e-=Zn2+ （4） （5）① ②75% 【解析】（1）①图示过程中，反应物总能量小于生成物总能量，图示为吸热反应；A．没有化合价改变，属于非氧化还原反应，故不选A；B．，碳元素化合价改变，属于氧化还原反应，该反应吸热，故选B；C．是放热反应，故不选C；D．没有化合价改变，属于非氧化还原反应，故不选D；选B。 ②放热的氧化还原反应能设计为原电池，上述四个反应中为放热反应且能设计成原电池是，选C。 （2）A、A构成原电池，发生反应Zn+2Fe3+=Zn2++2Fe2+，不能证明与氧化性强弱，故不选A； B、B构成原电池，Cu的活泼性大于Ag，Cu是负极，发生反应Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，能证明与氧化性强弱，故选B；C、C构成原电池，铁在浓硝酸中钝化，铜做负极，发生反应Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，不能证明与氧化性强弱，故不选C；D、D两个电极相同，不能形成原电池，电流表指针不能发生偏转，故不选D；选B。 （3）金属c为Zn，金属d为Cu，e为浸有稀的湿布片；锌的活泼性大于铜，铜为原电池正极，则a是原电池的正极，负极锌失电子变为锌离子，负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+。 （4）电池总反应为。放电时正极得电子发生还原反应，正极的电极反应式为。 （5）①负极甲烷失电子生成碳酸根离子，负极的电极反应式为 。 ②甲烷与氧气完全反应时，每生成1mol液态水释放的能量约为400kJ。该甲烷燃料电池每提供1kW·h电能生成216g水，每提供1kW·h电能生成12mol水，则该电池的能量转化率为。 【变式8-1】人类活动离不开能量，能量的利用与化学反应中能量变化密切相关。 Ⅰ．某小组研究氨氮废水的处理(氮元素主要为和)，实验流程如图。 （1）过程Ⅰ：加溶液，调节至9后，升温至，再通空气将氨赶出并回收。用离子方程式表示加溶液的作用： 。 （2）过程Ⅱ：在微生物作用下，经过两步反应被氧化成。能量变化示意图如图： ①第一步反应是 反应(选填“放热”或“吸热”)。 ②全部被氧化成的热离子方程式是 。 Ⅱ．某小组研究片与稀硫酸反应中的能量变化，进行实验。 （3）实验Ⅰ：将片和片分别插入2个盛有稀硫酸的烧杯中。观察到片表面产生气泡，溶液温度由升到片表面无明显变化，溶液温度无变化。片与稀硫酸反应的能量变化关系符合图 (填“A”或“B”)。 （4）实验Ⅱ：用导线将电流表、小灯泡与片、片相连接，插入盛有稀硫酸的烧杯中(如图所示)。 ①观察到电流表指针发生偏转，片表面产生气泡，溶液温度由升到 ②结合电子的移动方向，解释片表面产生气泡的原因：该原电池中失电子， 。 （5）实验Ⅰ和Ⅱ产生等量气体时，测得。结合能量的转化形式，分析两溶液温度变化幅度不同的原因 。 （6）将片和片换成片和石墨棒，重复实验Ⅱ，请判断电流表指针是否发生偏转。若不偏转，说明理由；若偏转，写出片表面发生的电极反应式。理由或电极反应式是 。 【答案】（1） （2）放热      （3）A （4）电子沿导线流向正极铜，溶液中的在正极上得电子生成 （5）根据能量守恒，能量的变化相同，但温度变化不相同，则说明实验Ⅰ中化学能主要转化为热能，实验Ⅱ中化学能主要转化为电能，部分转化为热能 （6） 【解析】（1）铵盐和氢氧化钠在加热条件下反应生成氨气，反应的离子方程式为：。 （2）①有图可知，第一步反应中反应物的能量高于生成物的能量，为放热反应； ②由盖斯定律可知，第一步反应+第二步反应可知    。 （3）Zn片与稀硫酸反应是放热反应，反应物总能量高于生成物总能量，其能量变化关系符合如图A。 （4）结合电子的移动方向，解释Cu片表面产生气泡的原因该原电池中Zn失电子，电子沿导线流向正极铜，溶液中的H+在正极Cu上得电子生成H2。 （5）实验I和Ⅱ产生等量气体时，测得T2＞T3。结合能量的转化形式，分析两溶液温度变化幅度不同的原因实验I和Ⅱ产生等量气体时，根据能量守恒，则能量改变相同，但温度变化不相同，则说明实验I中化学能主要转化为热能，实验Ⅱ中化学能主要转化为电能，部分转化为热能。 （6）将Zn片和Cu片换成Fe片和石墨棒，重复实验Ⅱ，电流表指针发生偏转，则Fe片溶解，其铁片表面发生的电极反应式。 学科网（北京）股份有限公司1 / 21 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题03 化学反应与能量变化 题型一 能量的转化形式 能源的利用 题型二 放热反应与吸热反应的判断 题型三 反应过程能量变化图分析 题型四 反应中能量变化的相关计算 题型五 原电池的工作原理 题型六 原电池原理的应用 题型七 化学电源分析 题型八 化学反应与热能、电能综合分析 题型一 能量的转化形式 能源的利用 【例1-1】下列设备或物品工作时，将化学能转化为电能的是 锂离子电池 风力发电机 偏二甲肼燃烧 太阳能集热器 A B C D 【例1-2】下列关于化学反应与能量变化的说法不正确的是 A．能量变化是化学反应的基本特征之一 B．化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因 C．放热反应可以看成是反应物所具有的化学能转化为热能释放出来 D．反应物的总能量高于生成物的总能量，发生反应时需要从环境吸收能量 【变式1-1】下列设备工作时，将化学能转化为热能的是 A．硅太阳能电池 B．锂离子电池 C．太阳能集热器 D．燃气灶 【变式1-2】环境、能源和资源是人类生存和发展的基本条件。下列说法不正确的是( ) A．二氧化硫的产生主要原因是煤的大量燃烧 B．海底埋藏着大量的可燃冰，它不可能成为未来的新能源 C．氢气极易燃烧，燃烧的产物是水，被认为是最清洁的燃料 D．化石燃料面临被耗尽的危险，人类正在利用和开发新的能源，如太阳能、风能、地热能等 【变式1-3】环保型燃料——丙烷燃烧时发生反应的化学方程式为C3H8+5O23CO2+4H2O。下列说法中不正确的是 A．丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料 B．所有的燃烧反应都会释放热量 C．1 mol C3H8和5 mol O2所具有的总能量大于3 mol CO2和4 mol H2O所具有的总能量 D．燃烧时化学能只转化为热能 题型二 放热反应与吸热反应的判断 解题要点 1.需要加热的反应不一定是吸热反应，吸热反应也不一定需要加热。 2.吸热反应、放热反应的判定图示 【例2-1】化学反应伴随着能量变化，下列反应或过程的能量变化与其他三项不同的是 A．金属钠投入水中 B．与在光照条件下反应 C．向碳酸钠溶液中加入足量盐酸 D．与晶体混合 【例2-2】一氧化碳可以与氧气充分反应，燃烧生成二氧化碳。下列关于该反应的说法不正确的是 A．属于放热反应 B．属于氧化还原反应 C．反应物的总能量低于生成物的总能量 D．化学键的断裂与形成是该反应中能量变化的主要原因 【变式2-1】下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是 反应装置或图像 实验现象或图像信息 A 温度计的水银柱上升 B 反应物总能量大于生成物总能量 C 反应开始后，针筒活塞向右移动 D 反应开始后，甲处液面低于乙处液面 【变式2-2】高粱酿酒过程中的部分流程按顺序排列如下，其中能说明高粱转化过程中放出热量的是 A． “蒸粮”时加热 B． “拌曲”前摊晾 C． “堆酵”时升温 D． “馏酒”时控温 【变式2-3】下列说法正确的是 A．已知，白磷)，红磷)，该反应为放热反应，说明红磷比白磷更稳定 B．反应热的大小与反应物所具有的能量和生成物所具有的能量无关 C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D．电解水制氢气和氧气的过程中旧化学键断裂吸收的总能量小于新化学键形成放出的总能量 题型三 反应过程能量变化图分析 解题要点 解答能量变化图像题的“4关键” （1）从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即E1； （2）从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即E2； （3）ΔH＝E1－E2； （4）催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不能影响反应的ΔH。 【例3-1】“能量-反应过程”图是表示反应过程中物质能量变化的示意图，如图为某反应的“能量-反应过程”图，下列有关说法正确的是 A．该反应中，反应物的总能量小于生成物的总能量 B．断开的化学键需要吸收的能量 C．是放热反应 D．和的能量之和为 【例3-2】下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系。 据此判断下列说法中正确的是 A．石墨转变为金刚石是吸热反应 B．等质量的S(g)完全燃烧放出的热量小于S(s) C．白磷比红磷稳定 D．CO(g) + H2O(g)=CO2(g)+H2(g)为吸热反应 【例3-3】氢能的低成本、低温、高效率制取一直是亟待解决的关键难题。实验计算机模拟在催化剂表面水煤气变换低温产氢反应(CO+H2O=CO2+H2)过程中能量的变化如图所示，下列说法正确的是 A．CO+H2O=CO2+H2为放热反应 B．状态3中物质状态最稳定 C．过程I、II、III均需要吸收能量 D．该反应类型为置换反应 【变式3-1】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． 【变式3-2】已知反应的能量变化如图所示、均为正值，下列说法正确的是 A. 该反应吸收的能最为 B. 破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量 C. 和的总能量一定高于和的总能量 D. 该反应只有在加热条件下才能进行 【变式3-3】科研人员采用新型复合光催化剂，利用太阳光高效分解水的过程如图所示。已知过氧化氢的分解是放热反应。下列叙述中正确的是 A．过程Ⅰ放出热量 B．过程Ⅱ产生的化合物只有氧化性 C．过程Ⅲ中断裂旧键吸收的能量小于形成新键放出的能量 D．该过程中能量的主要转化形式：光能转化为热能 题型四 反应中能量变化的相关计算 解题要点 1.三类计算： （1）依据一定质量（或物质的量、体积）的物质完全反应放出或吸收的热量计算化学反应的能量变化：用E(反应物)表示反应物的总能量，E(生成物)表示生成物的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝E(生成物)－E(反应物)。 （2）根据断键与成键的能量变化来计算化学反应的能量变化。用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量，ΔQ表示能量变化，则ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。 （3）根据能量变化的图像来计算化学反应的能量变化。 2.常见物质中的化学键数目 物质 CO2 (C===O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2 (Si—O) 石墨 金刚石 S8 (S—S) Si (Si—Si) 键数 2 4 6 4 1.5 2 8 2 【例4-1】H2和在一定条件下能发生反应：H2(g)＋(g)2HI(g)，生成2 mol HI(g)反应放出热量a kJ，已知a、b、c均大于零。下列说法正确的是 A．反应物的总能量低于生成物的总能量 B．断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量小于断开2 mol H—I键所需能量 C．向密闭容器中加入1 mol H2和1 mol ，充分反应后放出的热量等于a kJ D．断开1 mol H—I键所需能量为(c＋b＋a) kJ 【例4-2】下图为反应的能量变化示意图。下列说法正确的是 A．拆开2 mol 和1 mol 中的化学键成为H、O原子，共放出1368 kJ能量 B． C．2mol 和1 mol 反应生成2 mol ，放出能量小于484 kJ D． 【变式4-1】NOCl常用于有机合成，其合成原理为2NO(g)＋Cl2(g)⇌2NOCl(g)，反应过程中的能量变化如图所示。下列有关说法正确的是 A．2 mol NOCl(g)所具有能量比2 mol NO(g)所具有能量低76 kJ B．该反应为吸热反应 C．该反应中每生成2 mol NOCl(g)放出热量76 kJ D．形成1 mol NOCl(g)中的化学键吸收热量90 kJ 【变式4-2】下图表示N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法不正确的是 A．O2过量时，可能会有红棕色气体产生 B．N2化学性质稳定，是因为断开N2分子中的化学键需要吸收较多能量 C．1molN2(g)和1molO2(g)反应生成2molNO(g)，需吸收能量180kJ D．1molN2(g)和1molO2(g)所具有的能量之和比2molNO(g)的能量高 【变式4-3】肼()是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ)：NN键为942、O=O键为500、N-N键为154，则断裂1molN-H键所需的能量是 A．194kJ B．391kJ C．516kJ D．658kJ 题型五 原电池的工作原理 解题要点 （1）原电池工作原理相当于将氧化还原反应中电子通过用电器转移，产生电能，因此原电池的作用为将化学能转化成电能。 （2）电子的流向：电子由负极经导线流向正极。反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。 （3）离子移动方向：阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 【例5-1】下列说法正确的是 A．图1所示装置能将化学能转化为电能 B．图2所示反应为吸热反应 C．锌锰干电池中，锌筒作正极 D．蓄电池放电时发生了氧化还原反应 【例5-2】某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是 A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为： C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液蓝色逐渐变浅 D．将表面附着铜的铁片放入稀硫酸中，不能构成原电池 【变式5-1】如图为原电池的简易装置，下列给出的电极材料为、，电解质溶液为。下列相关表述正确的是 选项 M N P 表述 A 锌 铜 稀硫酸 电流方向： B 镁 铝 氢氧化钠溶液 电子方向： C 铝 铜 浓硝酸 负极反应： D 铜 铁 硫酸铁溶液 在溶液中，移向极附近 【变式5-2】“纸电池”工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．若电解液为食盐水，则该电池中电子从铁电极流出 B．该装置内铁电极发生氧化反应 C．若电解液为稀盐酸，则铜片上有气泡产生 D．若电解液为稀盐酸，电池工作时H+向铁电极定向移动 【变式5-3】根据原电池原理，人们研制出了性能各异的化学电池。 （1）如图装置中，Zn片作 (填“正极”或“负极”)，Cu片上发生反应的电极反应式为 ，能证明化学能转化为电能的实验现象是 。 （2）某镁-溴电池工作原理如图所示，其总反应为：Mg + Br= Mg2+ + 3Br-。下列说法正确的是 (填字母)。 a.石墨是电池的正极    b.Mg发生氧化反应 题型六 原电池原理的应用 解题要点 加快化学反应速率 实验室制取H2时，稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液，从而加快了H2的逸出 比较金属的活泼性 通常溶解（或质量减轻）的为负极，质量增加（或产生气泡）的为正极，据负极活泼性＞正极活泼性，可得出结论 用于金属的防护 将需要保护的金属制品作原电池极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 电极材料的选择 在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电，电池中的负极不一定能够与电解质溶液反应。 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择含有与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。 【例6-1】a、b、c、d四种金属片浸入稀硫酸中，用导线两两组成原电池。若a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为 A．b>d>c>a B．a>c>d>b C．d>c>a>b D．c>a>b>d 【变式6-1】利用反应设计一个原电池，下列装置示意图正确的是 A．   B．  C．   D．   【变式6-2】原电池是利用氧化还原反应设计的装置，该装置的特点是使氧化反应和还原反应在两个电极进行，“迫使”电子沿着特定的路线移动，从而产生电能。甲、乙两个原电池装置如图所示：    回答下列问题： （1）若装置甲的溶液M为稀硫酸，两个电极采用镁棒和铝棒。 ①电极X为 (填“正极”或“负极”)，该电极反应式为 。 ②该电池的正极是 (填“镁棒”或“铝棒”)，该电极产物W是 (填化学式)。 ③该原电池总反应的化学方程式是 。 （2）若装置甲中两电极质量变化与时间的关系如图所示，其中一个电极为Ag电极，则该电池的电解质溶液为 (填化学式)溶液，电极X为 (填字母)    a．Fe电极    b．Mg电极    c．Cu电极    d．Al电极 （3）将（1）中原电池生成的气体产物W通入装置乙中可制备燃料电池。 ①正极为 (填“电极甲”或“电极乙”)，该电极发生 (填“氧化反应”或“还原反应”)。 ②该电池工作时，外电路中电子由 (填“电极甲”或“电极乙”，下同)流出；电解质溶液中的移向 。 题型七 化学电源分析 解题要点 解答燃料电池题目的几个关键点： ①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时分析该离子参与靠近一极的电极反应。 【例7-1】汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如下图所示。放电时的电池反应：。下列说法中，不正确的是 A．得电子，被还原 B．Pb作电池的负极 C．负极的电极反应为： D．电池放电时，溶液酸性增强 【例7-2】电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如下。下列说法不正确的是 A．镁电极是该电池的负极 B．石墨电极上发生还原反应 C．发生的电极反应为： D．电池工作时，电子从石墨电极经导线流向Mg电极，溶液中阳离子流向正极 【例7-3】燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，某氢氧燃料电池的构造示意图如图，该电池工作时，下列说法正确的是 A．电极是该电池的正极 B．在电极上发生氧化反应 C．电解质溶液中向电极移动 D．该装置实现了电能向化学能的转化 【变式7-1】镍氢电池（NiMH）目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金，该电池在充放电过程中的总反应方程式是：，下列说法正确的是 A．放电过程中负极MH得电子发生氧化反应 B．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为 C．NiMH电池电子由负极→正极→电解质溶液→负极，形成闭合回路 D．NiMH电池可以用盐酸作为电解质溶液 【变式7-2】二甲醚是一种绿色、可再生的新能源。如图是绿色电源“燃料电池”的工作原理示意图（a、b均为多孔性Pt电极）。该电池工作时，下列说法正确的是 A．a电极为该电池正极 B．在 b 电极上得电子，被氧化 C．电池工作时，a电极反应式： D．电池工作时，燃料电池内部从a电极移向b电极 【变式7-3】一种可穿戴电池的结构如图所示，其中凝胶电解质不易漏液，耐火性能良好。其电池的总反应为。关于该电池工作原理，下列说法错误的是    A．为负极 B．正极反应式为 C．电子由负极经隔离膜流向正极 D．凝胶电解质可提高电池的安全性和稳定性 【变式7-4】化学电池的发明，改变了人们的生活。 （1）将锌片、铜片按照如图所示装置连接，能证明化学能转化为电能的实验现象是：铜片上有气泡产生、 。 （2）上图所示装置中，Cu片作 (填“正极”或“负极”)。 （3）Zn片上发生反应的电极反应式为 ； （4）下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 (填序号)。 ① ② ③ （5）常见的锌锰干电池构造示意图如下。 已知：电池的总反应为。 下列说法正确的是 (填字母)。 a．锌筒作负极        b．发生氧化反应 题型八 化学反应与热能、电能综合分析 解题要点 有关原电池的解题思路 解决原电池问题时，一般的思维程序是：判断参加正、负极反应的物质→电极产物→电子和离子的移动方向→电极反应方程式→原电池反应方程式→现象、计算。 【例8-1】能源是现代文明的原动力，化学电池在生产生活中有着广泛的应用。 （1）根据构成原电池的本质判断，下列反应方程式正确且能设计成原电池的是 (填字母)。 a．        b． c．            d． （2）反应中相关物质的能量变化如下图所示。若有生成，该反应需要 (填“吸收”或“放出”) 能量。 （3）以为原理设计燃料电池，装置如下图所示。 ①A处加入的是 (写化学式)。 ②b电极上发生的电极反应式为 。 ③当消耗标准状况下时，导线上转移的电子的物质的量是 mol。 【例8-2】现代社会的一切活动都离不开能量，化学反应在发生物质变化的同时伴随有能量变化。电池是现代社会中不可缺的储能装置，电池的发展史见证了人类对能量储存的不断追求和创新。回答下列问题： （1）现有下列四个反应： A． B． C． D． ①上述四个反应中属于氧化还原反应且反应过程中能量变化符合下图所示的是 (填字母)。 ②上述四个反应中为放热反应且能设计成原电池是 (填字母)。 （2）为验证与氧化性强弱，某学习小组设计下图所示的四个装置，装置中既能观察到电流表指针发生了偏转又能达到实验目的是_______(填字母)。 A B C D （3）历史上第一个化学电源——伏打电堆(示意图如下图)，该电堆相当于多个原电池串联。如金属c为Zn，金属d为Cu，e为浸有稀的湿布片；则a是原电池的 极，负极的电极反应式为 。 （4）一种强碱性电解质的3D―Zn―NOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为。放电时正极的电极反应式为 。 （5）燃料电池是一种高效、对环境友好的供电装置，甲烷燃料电池原理示意图如下图所示。 ①负极的电极反应式为 。 ②已知甲烷与氧气完全反应时，每生成1mol液态水释放的能量约为400kJ。又知该甲烷燃料电池每提供1kW·h电能生成216g水，则该电池的能量转化率为 %()。 【变式8-1】人类活动离不开能量，能量的利用与化学反应中能量变化密切相关。 Ⅰ．某小组研究氨氮废水的处理(氮元素主要为和)，实验流程如图。 （1）过程Ⅰ：加溶液，调节至9后，升温至，再通空气将氨赶出并回收。用离子方程式表示加溶液的作用： 。 （2）过程Ⅱ：在微生物作用下，经过两步反应被氧化成。能量变化示意图如图： ①第一步反应是 反应(选填“放热”或“吸热”)。 ②全部被氧化成的热离子方程式是 。 Ⅱ．某小组研究片与稀硫酸反应中的能量变化，进行实验。 （3）实验Ⅰ：将片和片分别插入2个盛有稀硫酸的烧杯中。观察到片表面产生气泡，溶液温度由升到片表面无明显变化，溶液温度无变化。片与稀硫酸反应的能量变化关系符合图 (填“A”或“B”)。 （4）实验Ⅱ：用导线将电流表、小灯泡与片、片相连接，插入盛有稀硫酸的烧杯中(如图所示)。 ①观察到电流表指针发生偏转，片表面产生气泡，溶液温度由升到 ②结合电子的移动方向，解释片表面产生气泡的原因：该原电池中失电子， 。 （5）实验Ⅰ和Ⅱ产生等量气体时，测得。结合能量的转化形式，分析两溶液温度变化幅度不同的原因 。 （6）将片和片换成片和石墨棒，重复实验Ⅱ，请判断电流表指针是否发生偏转。若不偏转，说明理由；若偏转，写出片表面发生的电极反应式。理由或电极反应式是 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 21 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$