专题04 化学反应的能量变化（考题猜想）（7大题型）-2024-2025学年高一化学下学期期末考点大串讲（人教版2019必修第二册）

专题04 化学反应的能量变化 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比较 题型三 反应过程能量变化图和历程图分析 题型四 有关能量变化的计算 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 题型一 能量的转化形式 能源的利用 【例1-1】下列装置或过程能将化学能转化为电能的是 B A．氢燃料电池 B．风力发电 C．天然气燃烧 D．太阳能电池板 【例1-2】科技发展离不开化学，下列说法错误的是 A．嫦娥五号发射时使用液氢和液氧做推进剂，是利用了燃烧反应提供能量 B．制造5G芯片的材料之一氮化硅属于一种新型陶瓷材料 C．积极推广共享单车以减少雾霾和光化学烟雾 D．“天宫”实验舱太阳能电池采用砷化镓(GaAs)作半导体，砷化镓能将化学能转化为电能 【变式1-1】山西大同煤矿是我国巨大煤矿之一，下列有关说法错误的是 A．煤是不可再生能源 B．火力发电时，化学能→热能→电能 C．煤是一种清洁能源 D．燃煤时加入适量CaO可以脱硫 【变式1-2】以新能源汽车为代表的我国新能源产业的快速发展对电力的需求不断攀升。目前我国发电量中不同发电方式所占比例如图所示，下列发电方式不利于缓解“温室效应”的是 A．风力发电 B．水力发电 C．火力发电 D．核能发电 题型二 放热反应与吸热反应的比较 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】下列关于吸热反应的说法中，正确的是 A．反应物的总能量大于生成物的总能量 B．破坏旧化学键吸收的能量大于形成新化学键释放的能量 C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D．NaOH 溶液与稀盐酸的反应是吸热反应 【例2-2】下列反应的能量变化不能用如图表示的是 A．镁条与稀盐酸 B．氢氧化钠与稀硫酸 C．氢气与氯气 D．盐酸与碳酸氢钠 【变式2-1】已知反应C(石墨，s)=C(金刚石，s)的能量变化如下图所示，下列说法正确的是 A．石墨和金刚石互为同位素 B．金刚石比石墨稳定 C．石墨转化为金刚石是吸热反应 D．等质量的石墨和金刚石完全燃烧释放的热量相同 【变式2-2】下列反应属于放热反应的是 A．稀释浓硫酸 B．二氧化碳通过炽热的碳 C．在中燃烧 D．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合搅拌 题型三 反应过程能量变化图和历程图分析 【例3-1】某科研小组尝试利用固体表面催化工艺用CH4制取乙炔(C2H2)，用如图表示反应可能的微观历程。 下列说法错误的是 A．b→c过程中有极性键的断裂 B．b、c、d中，c的能量最高 C．反应过程中碳元素化合价没有发生变化 D．上述反应的化学方程式为：2CH4C2H2+3H2 【例3-2】与催化重整可制备合成气，反应原理为，反应过程中的能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．反应中断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放的总能量 B．反应中既是氧化剂又是还原剂 C．反应中每消耗，转移电子 D．反应中存在非极性键的断裂和形成 【变式3-1】水煤气变换反应是放热反应，在双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化下的反应过程示意图如下下列说法正确的是 A．过 程I 中有非极性共价键断裂 B．过程Ⅱ和过程Ⅲ均为放热过程 C．该反应的化学方程式为CO+ H2O=CO2+H2 D．该反应中反应物的总能量小于生成物总能量 【变式3-2】如图为某反应的“能量-反应过程”图，a曲线未加催化剂，b曲线加了催化剂，下列有关说法正确的是 A．反应物比生成物稳定 B．加入催化剂并没有改变反应的总能量变化 C．断开1mol反应物的化学键需要释放kJ的能量 D．该反应可能是盐酸与碳酸氢钠的反应 题型四 有关能量变化的计算 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】理论研究表明，在101kPa和298K下，异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法不正确的是    A．HCN比HNC稳定 B．该反应为吸热反应，只有在加热条件下才能进行 C．反应过程中断开旧化学键吸收的总能量高于形成新化学键放出的总能量 D．1molHCN转化为1molHNC需要吸收59.3kJ的热量 【例4-2】关于下图的说法不正确的是 A．1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)时需要放出17 kJ的能量 B．1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)气体时，需要吸收5 kJ的能量 C．2 mol HI(g)气体分解生成1 mol I2(g)与1 mol H2(g)时需要吸收12 kJ的能量 D．I2(g)与H2(g)生成HI(g)气体的反应是吸热反应 【变式4-1】物质变化过程中常伴随有能量变化。某化学反应的能量变化曲线如图所示。下列说法正确的是    A．该反应属于放热反应 B．该反应中的能量一定低于的能量 C．断裂和时放出能量 D．该反应生成时，吸收能量 【变式4-2】已知某些化学键键能如下，下列说法正确的是 化学键 H-H Cl-Cl Br-Br H-Cl H-Br 键能/ 436 243 194 432 a A．常温下和的状态不同，与Cl-Cl和Br-Br的键能有关 B．根据原子半径可知键长：H-Cl＜H-Br，进而推测a＞432 C．根据键能可估算反应的 D．（g）与（g）反应生成2mol HBr（g）时放出热量大于185kJ 题型五 原电池的工作原理 【例5-1】某小组利用如图装置研究原电池工作原理。下列叙述不正确的是    A．和不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．和用导线连接时，铜片上的反应为 C．无论a和b是否连接，铁片均发生还原反应 D．a和b用导线连接时，溶液中向铜电极移动 【例5-2】盐水小汽车”因结构简单、制作方便，深受孩子们喜爱，其结构和原理如图所示。下列说法错误的是 A．使用前，应将 Mg片用砂纸打磨干净 B．溶液中的Cl⁻向 Cu片一极移动 C．Cu片一极发生还原反应 D．负极的电极反应式为 【变式5-1】某小组进行了如下两组对比实验，下列说法正确的是        A．甲烧杯中外电路的电子由铜流向锌 B．两烧杯中溶液的均增大 C．乙中产生气泡的速率比甲快 D．都能够观察到锌片溶解，铜片表面产生气泡 【变式5-2】分析原电池的工作原理，制作简易电池。如图所示的装置中，电流计指针均发生了偏转。 （1）图1中铜片上有气泡产生。写出铜片上发生的电极反应： 。 （2）两组装置实现的能量转化形式均为 。 （3）下列关于图1和图2的说法正确的是 (填字母)。 a．锌和铁均发生了氧化反应 b．稀硫酸和苹果汁中均含有自由移动的离子 c．电子的移动方向是锌片(铁片)导线电流计导线铜片 （4）用氯化钠溶液替换图1的稀硫酸后，电流计指针偏转，且偏转方向与图1相同，铜片上无气泡产生。则在铜片上得电子的粒子是 。 【变式5-3】为探究化学反应与电化学反应的差别，某化学兴趣小组进行下列实验。回答下列问题： 实验一：装置如图甲，反应5min后，温度计示数升高，将Zn片取出，洗涤，干燥，称量，反应前后Zn片的质量变化为a1g。 （1）①该实验中能量转化形式为 。 ②0~5min内，用Cu2+表示的化学反应速率v(Cu2+)= mol∙L-1∙min-1（用含a1的代数式表示，忽略溶液体积变化）。 实验二：装置如图乙（与实验一中Zn片相同），初始Zn如片、Cu片质量相同，反应5min后，将Zn片、Cu片取出，洗涤，干燥，称量，两电极质量的差值为a2g。 （2）①理论上甲中生成Cu的质量 乙中生成Cu的质量（填“＞”“＜”或“=”），其原因为 。 ②Cu电极的电极反应式为 。 ③理论上电路中转移的电子数为 （用含a2的代数式表示，设NA为阿伏加德罗常数的值）。 实验三：装置如图丙。 （3）①若实验二中电流计指针偏向Cu电极，则实验三中电流计指针偏向 （填“Mg”或“Al”）电极。 ②Al电极的电极反应式为 。 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】某同学用铝片、铜片和西红柿组成水果电池，下列说法正确的是 A．该电池中铝片做负极，发生还原反应 B．可将西红柿换成盛有酒精溶液的装置 C．电池放电时，电子由铝片经西红柿流向铜片 D．可通过改变电极材料、水果种类来调控电流强度 【例6-2】化学电源在生产生活等多方面有着广泛的应用。 （1）电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：。 ①电池的负极材料为 。 ②电池正极的电极反应式为 。 （2）潜艇中使用的液氨—液氧燃料电池工作原理如图所示： ①电极a是 (填“正极”或“负极”)。 ②电解质溶液中向 (填“电极a”或“电极b”)移动。 ③电极b的电极反应式为 。 ④当有生成，理论上电极b消耗标准状况下氧气的体积为 。 （3）某实验小组用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片分别与锌片和金属M，先后制作了两个简易纸电池(如图所示)。用电流表测试这两个电池，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反。由此说明、M三种金属的活泼性由大到小的顺序为 。 【变式6-1】W、X、Y三种金属按如下装置进行实验，下列说法错误的是 装置       现象 金属X上冒气泡 金属Y表面有红色固体生成 A．上述装置均可将化学能转化为电能 B．装置甲中电子流向：W极→导线→X极→稀硫酸→W极 C．装置乙中Y电极上的反应式为： D．金属活动性强弱顺序为：W>X>Y 【变式6-2】化学电池是人类生产生活的重要能量来源之一。 （1）下列反应可通过原电池装置实现化学能直接转化为电能的是 (选填字母)。 a．铁与稀硫酸反应 b．晶体与晶体反应 c．甲烷与氧气反应 （2）某研究小组利用氢氧燃料电池做动力驱动小车，图1为简易实验装置示意图，从构成原电池的基本要素来看，氢气的作用是(选填字母，下同) ，石墨电极b的作用是 ，导线的作用是 ，稀硫酸的作用是 。 a．负极反应物　b．正极反应物　c．负极材料　d．正极材料　e．离子导体　f．电子导体 （3）图2为另一种简易原电池装置。 ①证实化学能转化为电能的实验现象是：电流表指针偏转、 。 ②锌片上发生 (填“氧化”或“还原”)反应。 ③正极的电极反应式是 。 ④下列说法中，不正确的是 。 a．将铜片换为石墨，仍可产生电流 b．将稀硫酸换为硫酸铜溶液，两极电极反应不变 c．将稀硫酸换为稀盐酸，两极电极反应不变 d．电子经导线从锌片流向铜片后，再经溶液从铜片流回锌片 （4）利用反应设计一个简易原电池，请在图3上标明所使用的用品 。 【变式6-3】化学反应中的物质和能量变化是认识和研究化学反应的重要视角。 （1）已知破坏1molH—H键、1molO=O键时分别需要吸收436kJ、498kJ的能量。如图表示H2、02转化为水反应过程中的能量变化。 ①形成1molH—O键需要释放 kJ的能量。 ②从吸热放热角度分析，下列变化与2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)的反应类型相同的是 (填标号)。 a．生石灰溶于水            b．NaOH固体溶于水 c．Zn与稀H2SO4反应        d．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体混合搅拌 （2）利用X、Y两金属设计成如图所示实验装置，电流表指针发生偏转，金属X附近产生大量气泡。产生气体的电极反应式为 ；两金属的活泼性：X Y(填“>”或“<”)。 （3）某酸性废水中含有大量Cl-，利用负载有Pt和Ag的活性炭可对废水净化，其电化学工作原理如图所示： ①工作时电池的正极是 (填“Pt”或“Ag”)。 ②Ag表面发生的电极反应式为 。 ③每消耗标准状况下11.2LO2，理论上可去除 molCl-。 题型七 化学电源分析 【例7-1】热激活电池常用作火箭的工作电源，某种热激活电池以Ca和为电极材料，以无水为电解质，电池总反应为。当电解质受热熔融后，电池即可瞬间放电。下列有关说法错误的是 A．电极发生还原反应 B．负极的电极反应式为 C．常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转 D．每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb 【例7-2】如图所示，工厂中浓度超标时检测仪会发出警报，其工作原理是进入检测仪后会产生电流，电流强度与CO浓度呈正比，当电流强度达到一定标准时会触发警报。下列说法正确的是 A．检测仪工作时，向电极移动 B．工作一段时间后溶液的显著增大 C．电极为正极，电极上发生还原反应 D．电流方向：电极电流表电极 【变式7-1】“仙湖”实验室研发了一种应用前景广泛的“氮氧”燃料电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极a为正极，发生还原反应 B．电极b的电极反应为： C．电极a与电极b应使用活泼性不同的导电材料 D．电极a生成标况下11.2 L 时，理论上会有3 mol 通过导线 【变式7-2】双功能催化剂可应用于燃料电池，装置如图（注：交换膜只允许通过）。下列说法错误的是 A．Y电极处发生氧化反应 B．透过交换膜向右移动 C．X极的电极反应式为 D．当消耗时，理论上电路中转移电子 【变式7-3】化学电池的发明，改变了人们的生活方式。以下是几种电池，回答下列问题。 （1）如下图装置。 ① Zn片作 (填“正极”或“负极”)。 ② Cu 片上发生反应的电极反应式为 。 ③ 能证明化学能转化为电能的实验现象是 。 （2）如下图装置。 ① 在装置图中虚线框内用箭头标出电子运动的方向 。 ② 已知电池使用时， 电池中的 MnO2转化为 MnOOH， 则 MnO2发生 反应(填“氧化”或“还原”)。 （3）如下图装置中是一种新型锂-空气电池，下列说法正确的是 。 a．该电池工作时，Li⁺向锂电极移动 b． 当电路中转移1mol电子时，消耗O2为5.6L(标准状况下) c．若电解质为氢氧化锂溶液，则石墨电极上发生的反应为 【变式7-4】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能量的变化。回答下列问题： （1）下列变化中属于吸热反应的是 (填序号)。 ①冰融化                            ②碳与水蒸气制取水煤气(CO和H2)   ③苛性钠固体溶于水                    ④NaHCO3和HCl反应　 ⑤生石灰跟水反应生成熟石灰            ⑥干冰升华 ⑦Ba(OH)2∙8H2O晶体和氯化铵晶体反应 （2）在密闭容器中充入一定量CO和H2，一定条件下发生反应：，反应过程中的能量变化如图所示： 已知断开1mol CO(g)和2mol H2(g)中的化学键需要吸收的能量为1924 kJ，则断开1mol CH3OH(g)中的化学键所需要吸收 kJ的能量。 （3）根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是___________。 A． B． C． D． （4）被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图为甲烷燃料电池的结构示意图，回答下列问题： ①通入空气的为 极。 ②写出电池工作时的负极反应式： 。 ③若电池工作时转移0.1mol电子，理论上消耗标准状况下 mL。 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04 化学反应的能量变化 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比较 题型三 反应过程能量变化图和历程图分析 题型四 有关能量变化的计算 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 题型一 能量的转化形式 能源的利用 【例1-1】下列装置或过程能将化学能转化为电能的是 B A．氢燃料电池 B．风力发电 C．天然气燃烧 D．太阳能电池板 【答案】A 【解析】A．氢燃料电池将化学能转化为电能，A正确； B．风力发电是风能转化为电能，B错误； C．天然气燃烧将化学能转化为热能，C错误； D．太阳能电池是将太阳能转化为电能，D错误； 故选A。 【例1-2】科技发展离不开化学，下列说法错误的是 A．嫦娥五号发射时使用液氢和液氧做推进剂，是利用了燃烧反应提供能量 B．制造5G芯片的材料之一氮化硅属于一种新型陶瓷材料 C．积极推广共享单车以减少雾霾和光化学烟雾 D．“天宫”实验舱太阳能电池采用砷化镓(GaAs)作半导体，砷化镓能将化学能转化为电能 【答案】D 【解析】A．液氢和液氧发生氧化还原反应，放出大量能量为火箭发射提供动力，A正确； B．Si3N4具有高强度、耐高温等优良性能，属于一种新型陶瓷材料，B正确； C．积极推广共享单车，可以减少汽车尾气排放，汽车尾气中的氮氧化物是形成雾霾和光化学烟雾的重要原因之一，C正确； D．砷化镓(GaAs)是半导体，砷化镓能将太阳能转化为电能，D错误； 故答案选D。 【变式1-1】山西大同煤矿是我国巨大煤矿之一，下列有关说法错误的是 A．煤是不可再生能源 B．火力发电时，化学能→热能→电能 C．煤是一种清洁能源 D．燃煤时加入适量CaO可以脱硫 【答案】C 【解析】A．经常使用的化石能源是煤、石油、天然气，是不可再生资源，A正确； B．火力发电时，首先煤燃烧，化学能转化为热能，再利用热能发电，B正确； C．煤燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等空气污染物，不属于清洁能源，C错误； D．燃煤时加入适量CaO，能与煤燃烧生成的二氧化硫在氧气中发生反应生成硫酸钙，可以脱硫，D正确； 故选C。 【变式1-2】以新能源汽车为代表的我国新能源产业的快速发展对电力的需求不断攀升。目前我国发电量中不同发电方式所占比例如图所示，下列发电方式不利于缓解“温室效应”的是 A．风力发电 B．水力发电 C．火力发电 D．核能发电 【答案】C 【解析】A．风力发电能减少CO2等温室气体的排放，有利于缓解“温室效应”，故A不选； B．水力发电能减少CO2等温室气体的排放，有利于缓解“温室效应”，故B不选； C．火力发电产生大量CO2等温室气体，不利于缓解“温室效应”，故C选； D．核能发电能减少CO2等温室气体的排放，有利于缓解“温室效应”，故D不选； 答案选C。 题型二 放热反应与吸热反应的比较 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】下列关于吸热反应的说法中，正确的是 A．反应物的总能量大于生成物的总能量 B．破坏旧化学键吸收的能量大于形成新化学键释放的能量 C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D．NaOH 溶液与稀盐酸的反应是吸热反应 【答案】B 【解析】A．吸热反应是反应物的总能量小于生成物的总能量的反应，故A错误； B．吸热反应是反应物的总能量小于生成物的总能量的反应，反应中破坏旧化学键吸收的能量大于形成新化学键释放的能量，故B正确； C．需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如氯化铵和八水合氢氧化钡晶体的反应是不需要加热就能发生的吸热反应，故C错误； D．氢氧化钠溶液与稀盐酸的中和反应是反应物的总能量大于生成物的总能量的放热反应，故D错误； 故选B。 【例2-2】下列反应的能量变化不能用如图表示的是 A．镁条与稀盐酸 B．氢氧化钠与稀硫酸 C．氢气与氯气 D．盐酸与碳酸氢钠 【答案】D 【分析】由图可知，满足条件的反应为放热反应，据此答题； 【解析】A．镁条与稀盐酸的反应为放热反应，A正确； B．氢氧化钠与稀硫酸的反应为放热反应，B正确； C．氢气与氯气的化合反应为放热反应，C正确； D．盐酸与碳酸氢钠的反应为吸热反应，D错误； 故选D。 【变式2-1】已知反应C(石墨，s)=C(金刚石，s)的能量变化如下图所示，下列说法正确的是 A．石墨和金刚石互为同位素 B．金刚石比石墨稳定 C．石墨转化为金刚石是吸热反应 D．等质量的石墨和金刚石完全燃烧释放的热量相同 【答案】C 【解析】A．金刚石与石墨是碳元素形成的两种不同的单质，互为同素异形体，A错误； B．能量越低越稳定，由图知，等质量的金刚石能量大于石墨，则石墨比金刚石稳定，B错误； C．金刚石所具有的能量高，石墨转化为金刚石是吸热反应，C正确； D．等质量的石墨与金刚石完全燃烧生成稳定的化合物释放的热量不相同，金刚石所具有的能量高，释放的热量多，D错误； 答案选C。 【变式2-2】下列反应属于放热反应的是 A．稀释浓硫酸 B．二氧化碳通过炽热的碳 C．在中燃烧 D．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合搅拌 【答案】C 【解析】A．稀释浓硫酸的过程放热，但不是化学反应，不属于放热反应，A不选； B．二氧化碳通过炽热的碳生成CO，该反应是吸热反应，B不选； C．在中燃烧属于化学变化且该过程中放热，属于放热反应，C选； D．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合搅拌的过程中吸热，属于吸热反应，D不选； 故选C。 题型三 反应过程能量变化图和历程图分析 【例3-1】某科研小组尝试利用固体表面催化工艺用CH4制取乙炔(C2H2)，用如图表示反应可能的微观历程。 下列说法错误的是 A．b→c过程中有极性键的断裂 B．b、c、d中，c的能量最高 C．反应过程中碳元素化合价没有发生变化 D．上述反应的化学方程式为：2CH4C2H2+3H2 【答案】C 【分析】a→b是CH4附着于固体表面，b→c是CH4分子分解为原子，c→d是固体表面的原子重新组合为H2、C2H2等分子，d→e是新分子脱离催化剂表面。 【解析】A．据分析，过程是CH4分子分解为原子，断裂的均是极性键，故A正确； B．据分析，b→c是CH4分子分解为原子，c→d是固体表面的原子重新组合为H2、C2H2等分子，分解过程吸收能量，重新组合过程放出能量，则b、c、d中，c的能量最高，故B正确； C．反应过程中碳元素化合价从CH4的-4价到C2H2的-1价，发生变化，故C错误； D．根据分析可知，上述反应的化学方程式为：2CH4C2H2+3H2，故D正确； 故答案选C。 【例3-2】与催化重整可制备合成气，反应原理为，反应过程中的能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．反应中断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放的总能量 B．反应中既是氧化剂又是还原剂 C．反应中每消耗，转移电子 D．反应中存在非极性键的断裂和形成 【答案】D 【解析】A．由图可知，该反应为吸热反应，则反应中断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放的总能量，A正确； B．由反应式可知，中C的化合价由-4价升高至+2价，被氧化，H的化合价由+1价降低至0价，被还原，则反应中既是氧化剂又是还原剂，B正确； C．由反应式可知，反应中化合价升高的只有中的C元素，中C的化合价由-4价升高至+2价，即每消耗1个，转移个电子，所以反应中每消耗（即1 mol），转移电子，C正确； D．由反应式可知，反应中没有非极性键的断裂，有非极性键的形成，D错误； 故选D。 【变式3-1】水煤气变换反应是放热反应，在双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化下的反应过程示意图如下下列说法正确的是 A．过 程I 中有非极性共价键断裂 B．过程Ⅱ和过程Ⅲ均为放热过程 C．该反应的化学方程式为CO+ H2O=CO2+H2 D．该反应中反应物的总能量小于生成物总能量 【答案】C 【解析】A．根据反应过程示意图，过程Ⅰ中水分子中的O-H极性共价键断裂，故A错误； B．过程II中水分子中的O-H化学键断裂，吸收热量，过程Ⅲ中CO、氢氧原子团和氢原子形成了二氧化碳、水、和氢气，新的化学键生成放出热量，故B错误； C．由图可知，反应物是CO和H2O，生成物是CO2、H2，该反应的化学方程式为CO+ H2O=CO2+H2，故C正确； D．水煤气变换反应是放热反应，该反应中反应物的总能量大于生成物总能量，故D错误； 故选：C。 【变式3-2】如图为某反应的“能量-反应过程”图，a曲线未加催化剂，b曲线加了催化剂，下列有关说法正确的是 A．反应物比生成物稳定 B．加入催化剂并没有改变反应的总能量变化 C．断开1mol反应物的化学键需要释放kJ的能量 D．该反应可能是盐酸与碳酸氢钠的反应 【答案】B 【解析】A．能量越低物质越稳定，则生成物比反应物稳定，A错误； B．催化剂只改变反应过程，不影响反应的总能量变化，B正确； C．断裂化学键吸收能量，则断开1mol反应物的化学键需要吸收kJ的能量，C错误； D．该反应是反应物的总能量高于生成物总能量，是放热反应，盐酸与碳酸氢钠是吸热反应，与图不符，D错误； 故选B。 题型四 有关能量变化的计算 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】理论研究表明，在101kPa和298K下，异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法不正确的是    A．HCN比HNC稳定 B．该反应为吸热反应，只有在加热条件下才能进行 C．反应过程中断开旧化学键吸收的总能量高于形成新化学键放出的总能量 D．1molHCN转化为1molHNC需要吸收59.3kJ的热量 【答案】B 【解析】A．由图可知HCN能量低于HNC，物质能量越低越稳定，故A正确； B．该反应生成物能量高于反应物，为吸热反应，但不一定需要加热才能发生，故B错误； C．该反应为吸热反应，断键吸收的总能量高于成键放出的总能量，故C正确； D．由图可知1molHCN转化为1molHNC需要吸收59.3kJ的热量，故D正确； 故选：B。 【例4-2】关于下图的说法不正确的是 A．1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)时需要放出17 kJ的能量 B．1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)气体时，需要吸收5 kJ的能量 C．2 mol HI(g)气体分解生成1 mol I2(g)与1 mol H2(g)时需要吸收12 kJ的能量 D．I2(g)与H2(g)生成HI(g)气体的反应是吸热反应 【答案】D 【分析】由图可知，1 mol I2(g)与1 mol H2(g)的总能量大于2molHI(g)的总能量，而1 mol I2(s)与1 mol H2(g)的总能量小于2molHI(g)的能量，1 mol I2(s)变为1 mol I2(g)时需要吸收17kJ能量，以此来解答。 【解析】A．由图可知，1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)时放出17kJ的热量，故A正确； B．由图可知，1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)气体时，需要吸收5 kJ的能量，故B正确； C．由图可知，1 mol I2(g)与1 mol H2(g)生成2molHI(g)时放出12kJ热量，则2 mol HI(g)气体分解生成1 mol I2(g)与1 mol H2(g)时需要吸收12 kJ的能量，故C正确； D．由图可知，1 mol I2(g)与1 mol H2(g)生成2molHI(g)时放出12kJ热量，即I2(g)与H2(g)生成HI(g)气体的反应是放热反应，故D错误； 故选D。 【变式4-1】物质变化过程中常伴随有能量变化。某化学反应的能量变化曲线如图所示。下列说法正确的是    A．该反应属于放热反应 B．该反应中的能量一定低于的能量 C．断裂和时放出能量 D．该反应生成时，吸收能量 【答案】D 【解析】A．由图可知，该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应属于吸热反应，A错误； B．由图可知，该反应中的能量一定低于的能量，B错误； C．断裂化学键需要吸收能量，C错误； D．依据图像分析判断和反应生成，每生成吸收热量，D正确； 故选D。 【变式4-2】已知某些化学键键能如下，下列说法正确的是 化学键 H-H Cl-Cl Br-Br H-Cl H-Br 键能/ 436 243 194 432 a A．常温下和的状态不同，与Cl-Cl和Br-Br的键能有关 B．根据原子半径可知键长：H-Cl＜H-Br，进而推测a＞432 C．根据键能可估算反应的 D．（g）与（g）反应生成2mol HBr（g）时放出热量大于185kJ 【答案】C 【知识点】根据△H=反应物的键能之和-生成物的键能之和计算、反应热大小比较、键能、键长、键角 【解析】A．Cl-Cl键能大于Br-Br键能，说明Cl2分子比Br2分子稳定，破坏的是共价键，而物质聚集状态由分子间作用力决定，A不正确； B．Cl原子半径小于Br原子，H—Cl键的键长比H—Br键长短，H—Cl键的键能比H—Br键大，进而推测a＜432，B不正确； C．根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，得到： ，C正确； D．相同条件下，Br2(g)没有Cl2(g)活泼，物质的量相同时，Cl2(g)含有能量比Br2(g)高；HBr(g)没有HCl(g)稳定，物质的量相同时，HCl(g)含有能量比HBr(g)低，因此H2(g)与Br2(g)反应生成2molHBr(g)时，放出热量小于185kJ，D不正确； 故选C。 题型五 原电池的工作原理 【例5-1】某小组利用如图装置研究原电池工作原理。下列叙述不正确的是    A．和不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．和用导线连接时，铜片上的反应为 C．无论a和b是否连接，铁片均发生还原反应 D．a和b用导线连接时，溶液中向铜电极移动 【答案】C 【解析】A．和不连接时，铁片和硫酸铜溶液之间发生化学反应，铁能将金属铜从其盐中置换出来，所以铁片上会有金属铜析出，故A正确； B．和用导线连接时，形成了原电池，铜作正极，发生的反应为：，故B正确； C．和不连接时，铁片和硫酸铜溶液之间发生化学反应，铁能将金属铜从其盐中置换出来，和用导线连接时，形成了原电池，加快了铁将金属铜从其盐中置换出来的速度，无论和是否连接，铁片均会溶解，铁片均发生氧化反应，故C错误； D．和用导线连接时，形成了原电池，为负极，为正极，铜离子移向铜电极，故D正确； 答案选C。 【例5-2】盐水小汽车”因结构简单、制作方便，深受孩子们喜爱，其结构和原理如图所示。下列说法错误的是 A．使用前，应将 Mg片用砂纸打磨干净 B．溶液中的Cl⁻向 Cu片一极移动 C．Cu片一极发生还原反应 D．负极的电极反应式为 【答案】B 【分析】由图可知，Mg片、铜片和食盐水构成了原电池，将化学能转化为电能，其中Mg失电子发生氧化反应，作负极，负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，铜片作正极，正极上氧气发生得电子的还原反应，正极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-，原电池工作时，阳离子移向正极，阴离子移向负极，据此分析解答。 【解析】A．Mg表面有氧化膜，使用前，应将 Mg片用砂纸打磨干净，故A正确； B．铜片作正极，阳离子移向正极，故溶液中的Na+向 Cu片一极移动，溶液中的Cl⁻向 Mg片一极移动，故B错误； C．铜片作正极，氧气发生得电子的还原反应，正极反应式为2H2O+O2+4e-=4OH-，故C正确； D．Mg作负极，负极反应式为Mg-2e-=Mg2+，故D正确； 答案选B。 【变式5-1】某小组进行了如下两组对比实验，下列说法正确的是        A．甲烧杯中外电路的电子由铜流向锌 B．两烧杯中溶液的均增大 C．乙中产生气泡的速率比甲快 D．都能够观察到锌片溶解，铜片表面产生气泡 【答案】B 【解析】A．甲烧杯中外电路的电子由负极(Zn)流向正极(Cu)，故A错误； B．两烧杯中氢离子变为氢气，溶液中氢离子浓度降低，则溶液的均增大，故B正确； C．甲为原电池，能加快反应速率，因此甲中产生气泡的速率比乙快，故C错误； D．都能够观察到锌片溶解，甲中铜片表面产生气泡，乙中铜片无现象，锌片表面有气泡，故D错误。 综上所述，答案为B。 【变式5-2】分析原电池的工作原理，制作简易电池。如图所示的装置中，电流计指针均发生了偏转。 （1）图1中铜片上有气泡产生。写出铜片上发生的电极反应： 。 （2）两组装置实现的能量转化形式均为 。 （3）下列关于图1和图2的说法正确的是 (填字母)。 a．锌和铁均发生了氧化反应 b．稀硫酸和苹果汁中均含有自由移动的离子 c．电子的移动方向是锌片(铁片)导线电流计导线铜片 （4）用氯化钠溶液替换图1的稀硫酸后，电流计指针偏转，且偏转方向与图1相同，铜片上无气泡产生。则在铜片上得电子的粒子是 。 【答案】（1） （2）化学能转化为电能 （3）abc （4）O2 【解析】（1）图1锌为负极，失电子发生氧化反应，铜为正极，氢离子移向正极得电子发生还原反应，铜电极的电极反应式为； （2）两组装置均为原电池原理，均为将化学能转化为电能； （3）a．锌和铁均为负极，反应氧化反应，a项正确； b．稀硫酸和苹果汁均为电解质溶液，含有自由移动的离子，b项正确； c．电子通过外电路导线由负极流向正极，故电子的移动方向是锌片(铁片)导线电流计导线铜片，c项正确； 答案选abc。 （4）用氯化钠溶液替换图1的稀硫酸后，电流计指针偏转，且偏转方向与图1相同，说明Cu电极为正极，此时氧气在此电极上得到电子生成氢氧根，故答案为氧气。 【变式5-3】为探究化学反应与电化学反应的差别，某化学兴趣小组进行下列实验。回答下列问题： 实验一：装置如图甲，反应5min后，温度计示数升高，将Zn片取出，洗涤，干燥，称量，反应前后Zn片的质量变化为a1g。 （1）①该实验中能量转化形式为 。 ②0~5min内，用Cu2+表示的化学反应速率v(Cu2+)= mol∙L-1∙min-1（用含a1的代数式表示，忽略溶液体积变化）。 实验二：装置如图乙（与实验一中Zn片相同），初始Zn如片、Cu片质量相同，反应5min后，将Zn片、Cu片取出，洗涤，干燥，称量，两电极质量的差值为a2g。 （2）①理论上甲中生成Cu的质量 乙中生成Cu的质量（填“＞”“＜”或“=”），其原因为 。 ②Cu电极的电极反应式为 。 ③理论上电路中转移的电子数为 （用含a2的代数式表示，设NA为阿伏加德罗常数的值）。 实验三：装置如图丙。 （3）①若实验二中电流计指针偏向Cu电极，则实验三中电流计指针偏向 （填“Mg”或“Al”）电极。 ②Al电极的电极反应式为 。 【答案】（1）化学能转化为热能 2a1 （2）＜ 相同条件下，形成原电池时，反应速率加快（合理即可） （3）Mg 【分析】甲装置中，Zn与CuSO4溶液直接发生反应，Zn表面有Cu生成，且反应放热，溶液的温度升高，致使温度计示数升高；乙装置中，由于Zn的金属活动性强于Cu，则Zn、Cu、CuSO4溶液构成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn电极上Zn-2e-=Zn2+，Cu电极上Cu2++2e-=Cu；丙电池中，虽然Mg比Al的金属活动性强，但由于Mg与NaOH溶液不反应，而Al与NaOH溶液能够反应，所以Al作负极，Al失电子产物与电解质反应生成[Al(OH)4]-，Mg电极上2H2O+2e-=2OH-+H2↑。 【解析】（1）①温度计示数升高，说明锌与硫酸铜发生置换反应放出热量，能量转化形式为化学能转化为热能。 ②溶液中发生反应的离子方程式为，由差量法知，理论上每消耗1molCu2+，锌片质量变化为，故质量变化为a1g时，消耗a1molCu2+，0~5min内，用Cu2+表示的化学反应速率。 （2）①相同条件下，实验二形成原电池，反应速率加快，相同时间内，生成的Cu质量更大，则理论上甲中生成的质量＜乙中生成的质量。 ②Cu2+在正极得电子，Cu电极的电极反应式为。 ③假设电路中转移xmol电子，则负极溶解0.5xmolZn，电极质量减小32.5xg，正极析出0.5xmolCu，电极质量增加32xg，即，，则理论上电路中转移的电子数为。 （3）①若实验二电流计指针偏向电极（正极），则实验三电流计指针应偏向电极（正极）。 ②在强碱性溶液中，Al电极为负极，Al失电子产物与电解质溶液反应生成[Al(OH)4]-，依据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，可得出发生反应的电极反应式为。 题型六 原电池原理的应用 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】某同学用铝片、铜片和西红柿组成水果电池，下列说法正确的是 A．该电池中铝片做负极，发生还原反应 B．可将西红柿换成盛有酒精溶液的装置 C．电池放电时，电子由铝片经西红柿流向铜片 D．可通过改变电极材料、水果种类来调控电流强度 【答案】D 【解析】A．该电池中，铝比铜的金属活动性强，则铝片做负极，失电子发生氧化反应，A错误； B．酒精为非电解质，不能导电，则不能将西红柿换成盛有酒精溶液的装置，B错误； C．电子不能经过电解质溶液，只能沿导线流动，电池放电时，电子由铝片经导线流向铜片，C错误； D．不同的金属材料、不同的电解质溶液，产生的电流不同，可通过改变电极材料、水果种类来调控电流强度，D正确； 故选D。 【例6-2】化学电源在生产生活等多方面有着广泛的应用。 （1）电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：。 ①电池的负极材料为 。 ②电池正极的电极反应式为 。 （2）潜艇中使用的液氨—液氧燃料电池工作原理如图所示： ①电极a是 (填“正极”或“负极”)。 ②电解质溶液中向 (填“电极a”或“电极b”)移动。 ③电极b的电极反应式为 。 ④当有生成，理论上电极b消耗标准状况下氧气的体积为 。 （3）某实验小组用氯化钠、蒸馏水和滤纸制备了电解液和隔离膜，用铜片分别与锌片和金属M，先后制作了两个简易纸电池(如图所示)。用电流表测试这两个电池，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反。由此说明、M三种金属的活泼性由大到小的顺序为 。 【答案】（1） （2）负极 电极a （3） 【解析】（1）①该电池工作时，Mg发生失电子的氧化反应生成Mg2+，Mg为电池的负极； ②AgCl电极为正极，正极上AgCl得到电子生成Ag和Cl-，正极反应式为AgCl+e-═Ag+Cl-； （2）①根据装置图可知：在电极a上NH3→N2和H2O，N元素的化合价由反应前NH3中的-3价升高为反应后N2的0价，a电极发生氧化反应，因此根电极a为负极，电极b为正极； ②电极a为负极，电极b为正极，故OH-向负极即电极a移动； ③电极b为正极，电解质为NaOH溶液，氧气在正极上得到电子变为氢氧根，电极反应为； ④电极a上NH3→N2，当有生成，失去6mol电子，正极得到6mol电子，根据正极反应，消耗的氧气为1.5mol，标况下体积为33.6L； （3）用电流表测试这两个电池时，发现电流表的指针都发生了偏转，但偏转方向相反，说明Cu在两组电池中的作用不同：Cu和Zn、NaCl溶液构成原电池时，Cu作正极，Zn作负极，活泼性Zn>Cu，铜与另一种金属M构成原电池时，Cu作负极，M作正极，活泼性Cu>M，故活泼性由大到小的顺序为。 【变式6-1】W、X、Y三种金属按如下装置进行实验，下列说法错误的是 装置       现象 金属X上冒气泡 金属Y表面有红色固体生成 A．上述装置均可将化学能转化为电能 B．装置甲中电子流向：W极→导线→X极→稀硫酸→W极 C．装置乙中Y电极上的反应式为： D．金属活动性强弱顺序为：W>X>Y 【答案】B 【分析】甲和乙两种装置均为原电池装置。甲装置中X上冒气泡，X为正极，W为负极，金属活泼性W>X；乙装置中Y表面有红色固体生成，Y为正极，X为负极，金属活泼性X>Y，故金属活泼性W>X>Y。 【解析】A．根据分析，甲和乙两种装置均为原电池装置，均可将化学能转化为电能，A正确； B．甲装置中X为正极，W为负极，电子由W极流出，沿导线流向X极，电子不能通过电解质溶液，B错误； C．乙装置中Y表面有红色固体生成，Y为正极，电极反应为：，C正确； D．根据分析，金属活动性强弱顺序为：W>X>Y，D正确； 故选B。 【变式6-2】化学电池是人类生产生活的重要能量来源之一。 （1）下列反应可通过原电池装置实现化学能直接转化为电能的是 (选填字母)。 a．铁与稀硫酸反应 b．晶体与晶体反应 c．甲烷与氧气反应 （2）某研究小组利用氢氧燃料电池做动力驱动小车，图1为简易实验装置示意图，从构成原电池的基本要素来看，氢气的作用是(选填字母，下同) ，石墨电极b的作用是 ，导线的作用是 ，稀硫酸的作用是 。 a．负极反应物　b．正极反应物　c．负极材料　d．正极材料　e．离子导体　f．电子导体 （3）图2为另一种简易原电池装置。 ①证实化学能转化为电能的实验现象是：电流表指针偏转、 。 ②锌片上发生 (填“氧化”或“还原”)反应。 ③正极的电极反应式是 。 ④下列说法中，不正确的是 。 a．将铜片换为石墨，仍可产生电流 b．将稀硫酸换为硫酸铜溶液，两极电极反应不变 c．将稀硫酸换为稀盐酸，两极电极反应不变 d．电子经导线从锌片流向铜片后，再经溶液从铜片流回锌片 （4）利用反应设计一个简易原电池，请在图3上标明所使用的用品 。 【答案】（1）ac （2）a d(f) f e （3）铜电极上产生气泡 氧化 bd （4） 【解析】（1）铁与稀硫酸反应、甲烷与氧气反应都是自发的氧化还原反应，都能设计为原电池实现化学能直接转化为电能，而八水氢氧化钡与氯化铵的反应是非氧化还原反应，不能设计为原电池实现化学能直接转化为电能，故选ac； （2）由图可知，通入氢气的电极a为燃料电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，通入氧气的电极b为正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，原电池工作时，导线为电子导体、稀硫酸为离子导体，故答案为：a；d(f)；f；e； （3）由图可知，该装置为化学能转化为电能的装置，比铜活泼的锌为原电池的负极，锌在负极失去电子发生氧化反应生成锌离子，铜为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，原电池工作时，电流表指针偏转、铜电极上产生气泡； ①由分析可知，证实化学能转化为电能的实验现象是电流表指针偏转、铜电极上产生气泡，故答案为：电流表指针偏转、铜电极上产生气泡； ②由分析可知，锌为原电池的负极，锌在负极失去电子发生氧化反应生成锌离子，故答案为：氧化； ③由分析可知，铜为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为，故答案为：； ④a．将铜片换为石墨，锌、石墨在稀硫酸中依然可以构成原电池，仍可产生电流，故正确； b．将稀硫酸换为硫酸铜溶液，锌、铜在硫酸铜溶液中构成原电池，铜为正极，铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，正极电极反应式为会发生改变，故错误； c．将稀硫酸换为稀盐酸，比铜活泼的锌为原电池的负极，锌在负极失去电子发生氧化反应生成锌离子，铜为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，两极电极反应不变，故正确； d．电解质溶液不能传递电子，所以电子经导线从锌片流向铜片后，不可能再经溶液从铜片流回锌片，故错误； 故选ac； （4）由反应方程式和电子移动方向可知，左侧电极为做负极的铁电极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，右侧电极为做正极的石墨电极，铁离子在正极得到电子发生还原反应生成亚铁离子，简易原电池的示意图为，故答案为：。 【变式6-3】化学反应中的物质和能量变化是认识和研究化学反应的重要视角。 （1）已知破坏1molH—H键、1molO=O键时分别需要吸收436kJ、498kJ的能量。如图表示H2、02转化为水反应过程中的能量变化。 ①形成1molH—O键需要释放 kJ的能量。 ②从吸热放热角度分析，下列变化与2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)的反应类型相同的是 (填标号)。 a．生石灰溶于水            b．NaOH固体溶于水 c．Zn与稀H2SO4反应        d．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体混合搅拌 （2）利用X、Y两金属设计成如图所示实验装置，电流表指针发生偏转，金属X附近产生大量气泡。产生气体的电极反应式为 ；两金属的活泼性：X Y(填“>”或“<”)。 （3）某酸性废水中含有大量Cl-，利用负载有Pt和Ag的活性炭可对废水净化，其电化学工作原理如图所示： ①工作时电池的正极是 (填“Pt”或“Ag”)。 ②Ag表面发生的电极反应式为 。 ③每消耗标准状况下11.2LO2，理论上可去除 molCl-。 【答案】（1）465 ac （2） < （3）Pt 2 【解析】（1）①由图示可知2mol H2(g)与1mol O2(g)反应生成2mol H2O(g)放热490kJ，反应过程中断键吸热：2mol×436kJ·mol-1+1mol×498kJ·mol-1=1370kJ，则成键放热1370kJ+490kJ=1860kJ，所以形成1molH-O键放热465kJ； ②H2燃烧是放热反应，CaO+H2O=Ca(OH)2、Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑是放热反应，Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，而NaOH固体溶于水放热但不是化学反应，故选ac； （2）金属X附近有气体产生，X为正极，Y为负极，金属Y比X活泼，H+在正极得电子，电极反应式为2H++2e-=H2↑； （3）①由图示可知O2在Pt电极得电子，所以Pi为正极； ②Ag为负极，Ag失电子形成Ag+，与Cl-结合生成AgCl沉淀，电极反应式为Ag-e-+Cl-=AgCl； ③负极反应式为Ag-e-+Cl-=AgCl，正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，由电子守恒可知，消耗11.2L（标况下为0.5mol）O2，转移2mole-，去除2mol Cl-。 题型七 化学电源分析 【例7-1】热激活电池常用作火箭的工作电源，某种热激活电池以Ca和为电极材料，以无水为电解质，电池总反应为。当电解质受热熔融后，电池即可瞬间放电。下列有关说法错误的是 A．电极发生还原反应 B．负极的电极反应式为 C．常温时，在正负极间接上电流表，指针不偏转 D．每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g Pb 【答案】D 【解析】A．根据电池总反应可知，Ca为原电池的负极，为正极，正极发生还原反应，A正确； B．负极发生氧化反应，电极反应式为，B正确； C．常温下，电解质不能融化，不能形成原电池，所以指针不偏转，C正确； D．根据正极电极反应式知每转移0.1 mol电子，生成0.05 mol Pb，为10.35 g，D错误； 故选D。 【例7-2】如图所示，工厂中浓度超标时检测仪会发出警报，其工作原理是进入检测仪后会产生电流，电流强度与CO浓度呈正比，当电流强度达到一定标准时会触发警报。下列说法正确的是 A．检测仪工作时，向电极移动 B．工作一段时间后溶液的显著增大 C．电极为正极，电极上发生还原反应 D．电流方向：电极电流表电极 【答案】A 【分析】氧气在M电极得电子发生还原反应，M是正极；N电极CO失电子发生氧化反应生成CO2，N是负极。 【解析】A．电极为负极，电极为正极，电池中阳离子向正极移动，故A正确； B．检测仪中的总反应为，溶液的基本不变，故B错误； C．根据以上分析，电极为负极，负极上发生氧化反应，故C错误； D．电极为负极，电极为正极，电流方向为电极电流表→电极，故D错误； 选A。 【变式7-1】“仙湖”实验室研发了一种应用前景广泛的“氮氧”燃料电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电极a为正极，发生还原反应 B．电极b的电极反应为： C．电极a与电极b应使用活泼性不同的导电材料 D．电极a生成标况下11.2 L 时，理论上会有3 mol 通过导线 【答案】D 【分析】由图可知，氨气失去电子发生氧化反应，为电源的负极，通入氧气的一极，氧气得到电子发生还原反应，为原电池的正极，电子由负极经外电路流向正极； 【解析】A．由分析可知电极a为负极，发生氧化反应，A错误； B．酸性条件下，氧气发生还原反应生成水，，B错误； C．电极a与电极b可以均使用惰性电极，不一应使用活泼性不同的导电材料，C错误； D．电极a反应为，生成标况下11.2 L 为0.5mol，理论上会有3 mol 通过导线，D正确； 故选D。 【变式7-2】双功能催化剂可应用于燃料电池，装置如图（注：交换膜只允许通过）。下列说法错误的是 A．Y电极处发生氧化反应 B．透过交换膜向右移动 C．X极的电极反应式为 D．当消耗时，理论上电路中转移电子 【答案】C 【分析】燃料电池中发生氧化反应生成氮气，则Y为负极，X为正极； 【解析】A．Y电极处，氮元素化合价升高，发生氧化反应，A正确； B．Y电极为负极，原电池中阴离子向负极移动，透过交换膜向右移动，B正确； C．X电极为正极，电极反应式为，C错误； D．Y为负极，电极反应式为：，当消耗时，理论上电路中转移电子，D正确； 故选C。 【变式7-3】化学电池的发明，改变了人们的生活方式。以下是几种电池，回答下列问题。 （1）如下图装置。 ① Zn片作 (填“正极”或“负极”)。 ② Cu 片上发生反应的电极反应式为 。 ③ 能证明化学能转化为电能的实验现象是 。 （2）如下图装置。 ① 在装置图中虚线框内用箭头标出电子运动的方向 。 ② 已知电池使用时， 电池中的 MnO2转化为 MnOOH， 则 MnO2发生 反应(填“氧化”或“还原”)。 （3）如下图装置中是一种新型锂-空气电池，下列说法正确的是 。 a．该电池工作时，Li⁺向锂电极移动 b． 当电路中转移1mol电子时，消耗O2为5.6L(标准状况下) c．若电解质为氢氧化锂溶液，则石墨电极上发生的反应为 【答案】（1）负极 电流表指针偏转 （2） 还原反应 （3）b、c 【解析】（1）由图可知，金属性强于铜的锌为原电池的负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn—2e—=Zn2+，铜做正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为； ①由分析可知，金属性强于铜的锌为原电池的负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，故答案为：负极； ②由分析可知，铜做正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为，故答案为：； ③实验时，电流表指针偏转说明该装置是化学能转化为电能的装置，故答案为：电流表指针偏转； （2） ①由图可知，石墨棒是干电池的正极，锌筒为负极，则电池工作时电子由负极流向正极，示意图为，故答案为：； ②由化合价变化可知，电池使用时，二氧化锰在正极得到电子发生还原反应生成碱式氧化锰，故答案为：还原； （3）由图可知，锂电极是燃料电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为Li—e—=Li+，通入空气的电极为正极，水分子作用下得到电子发生还原反应生成氢氧根离子； a．由分析可知，锂电极是燃料电池的负极，电池工作时，锂离子向通入空气的电极移动，故错误； b．由得失电子数目守恒可知，电路中转移1mol电子时，正极消耗标准状况下氧气的体积为1mol××22.4L/mol=5.6L，故正确； c．由分析可知，通入空气的电极为正极，水分子作用下得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为，故正确； 故选bc。 【变式7-4】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能量的变化。回答下列问题： （1）下列变化中属于吸热反应的是 (填序号)。 ①冰融化                            ②碳与水蒸气制取水煤气(CO和H2)   ③苛性钠固体溶于水                    ④NaHCO3和HCl反应　 ⑤生石灰跟水反应生成熟石灰            ⑥干冰升华 ⑦Ba(OH)2∙8H2O晶体和氯化铵晶体反应 （2）在密闭容器中充入一定量CO和H2，一定条件下发生反应：，反应过程中的能量变化如图所示： 已知断开1mol CO(g)和2mol H2(g)中的化学键需要吸收的能量为1924 kJ，则断开1mol CH3OH(g)中的化学键所需要吸收 kJ的能量。 （3）根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是___________。 A． B． C． D． （4）被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图为甲烷燃料电池的结构示意图，回答下列问题： ①通入空气的为 极。 ②写出电池工作时的负极反应式： 。 ③若电池工作时转移0.1mol电子，理论上消耗标准状况下 mL。 【答案】（1）②④⑦ （2）2052.8 （3）BC （4）正 560 【解析】（1）①冰融化，是吸热过程，但不发生化学反应，①不符合题意； ②碳与水蒸气制取水煤气(CO和H2)，反应吸收热量，②符合题意； ③苛性钠固体溶于水，放出大量的热，但属于物理过程，③不符合题意； ④NaHCO3和HCl反应，吸收热量，属于吸热反应，④符合题意； ⑤生石灰跟水反应生成熟石灰，反应放出热量，⑤不符合题意； ⑥干冰升华，吸收热量，但只发生状态改变，属于物理过程，⑥不符合题意； ⑦Ba(OH)2∙8H2O晶体和氯化铵晶体反应，反应吸收热量，⑦符合题意； 故属于吸热反应的是②④⑦。 （2）设1mol CH3OH(g)的键能为x，则1924kJ-x=-128.8kJ，x=2052.8kJ。则断开1mol CH3OH(g)中的化学键所需要吸收2052.8kJ的能量。 （3）原电池是将化学能转变为电能的装置，只有自发的氧化还原反应才有电子的转移，而B、C为氧化还原反应，AD为非氧化还原反应，不可以设计成原电池，故答案为：BC。 （4）①在燃料电池中通入燃料的电极为负极，通入O2的电极为正极； ②溶液为碱性环境，CH4失电子被氧化产生和H2O，故负极的电极反应式为：CH4-8e-+10OH-=+7H2O； ③正极反应式为O2+4e﹣+2H2O═4OH﹣，每有1 mol O2发生反应，转移电子4 mol，若电池工作时转移0.1 mol电子，理论上消耗标准状况下O2的物质的量为n(O2)==0.025 mol，则其在标准状况下的体积V(O2)=0.025 mol×22.4L/mol=0.56 L=560mL。 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 $$