专题03 化学反应与能量变化 -【暑假自学课】2025年新高二化学暑假提升精品讲义（人教版2019）

专题3 化学反应与能量变化 内容导航 考点聚焦：紧扣考试命题常考点，有的放矢 重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升 复习提升：基础巩固+提升专练，全面突破 1.了解化学能与热能的转化，认识吸热反应和放热反应。 2.会用化学键解释化学反应中能量变化的原因。 3.了解构成原电池的条件。 4.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。 5.了解原电池工作原理及其应用。 6.掌握干电池、充电电池、燃料电池等化学电池的特点。 7.掌握化学电池的工作原理及电极反应式的书写。 一、化学反应过程中存在热量变化 1.吸热反应和放热反应 (1)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 2.化学反应中总会伴随着能量变化 通常主要表现为热能的变化，有的放出热量，有的吸收热量。 【易错提醒】关于吸热反应和放热反应的易错点 （1）“三个不一定”。 ①需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应； ②放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应； ③吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 （2）吸热反应和放热反应都是化学变化。 ①NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应； ②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.化学反应中能量变化的原因 (1)化学反应过程(物质变化) (2)化学反应中能量变化的原因 化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。 E1＞E2，反应吸收能量(吸热反应)； E1＜E2，反应放出能量(放热反应)。 2.放热反应与吸热反应比较 类型 比较 放热反应 吸热反应 定义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应 形成 原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 与化学键 的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量 图示 【归纳总结】化学反应中能量变化的计算： (1)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)用Q(吸)表示反应物分子断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子成键时放出的总能量，ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。 三、原电池及其原理 1.原电池的概念 原电池是把化学能转化为电能的装置； 原电池的反应本质是氧化还原反应。 2.原电池的工作原理 (1)铜锌原电池 电极材料 电极名称 电子流向 电极反应式 反应类型 锌 负极 流出 Zn－2e－===Zn2+ 氧化反应 铜 正极 流入 2H++2e－===H2↑ 还原反应 总反应 化学方程式：Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ 离子方程式：Zn+2H+===Zn2++H2↑ (2)能量转化：化学能转变为电能。 3.原电池的构成条件 理论上，放热的氧化还原反应均可构成原电池。 装置条件：(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。 (2)溶液：两电极均插入电解质溶液中。 (3)导线：两电极用导线相连，形成闭合回路。 【方法技巧】原电池的判定方法 一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。 4.原电池的工作原理 负极 正极 电极材料 活泼性较强的金属 活泼性较弱的金属或能导电的非金属 电子流向 电子流出极 电子流入极 离子移动方向 阴离子移向的极 阳离子移向的极 反应类型 氧化反应 还原反应 反应现象 溶解的极 增重或有气泡放出的极 电极反应式 还原剂－ne－===氧化产物 氧化剂＋ne－===还原产物 四、原电池的应用和设计 1．加快化学反应速率 2．比较金属活泼性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。 3．设计原电池 （1）依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料（或在负极上被氧化），氧化剂（一般为电解质溶液中的阳离子）在正极上被还原。 （2）选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料；正极材料一般活泼性比负极的弱，也可以是能导电的非金属。 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。 五、化学电源 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糊的作用电解质溶液。 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。 (2)能量转化：化学能电能 (3)常见的充电电池：铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池。 一、原电池正、负极的判断 二、燃料电池及其电极反应式的书写 1.燃料电池 (1)特点：①反应物储存在电池外部，②能量转换效率高、清洁、安全，③供电量易于调节。 (2)燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等。 常用氧化剂：氧气。 2.燃料电池电极反应式的书写 (1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 (2)写出电池的正极反应式。 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (3)写出负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。 三、电极反应式的书写原则和类型 1.书写电极反应式的原则 电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。 2.书写电极反应式的基本类型 (1)类型一　题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 (2)类型二　题目中给出原电池的总反应式 ①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。 ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 基础巩固 1．（24-25高一下·湖南长沙·期中）计算机模拟催化剂表面水煤气产氢反应[]过程中能量的变化如图所示。下列说法错误的是 A．过程I、Ⅱ均表示断键的吸收能量过程 B．由图可知CO2比CO稳定 C．过程Ⅲ既有共价键断裂，又有共价键形成 D．该反应为放热反应 【答案】B 【解析】根据图示，过程I、Ⅱ均为O-H键断裂，故均需要吸收能量，A正确；根据图示数据，不能判断CO2、CO稳定性强弱，B错误；过程Ⅲ既有O-H键键断裂；又有C=O、O-H、H-H键形成，C正确；生成物总能量低于反应物总能量，则总反应为放热反应，D正确；故选B。 2．（24-25高一下·青海·期末）理论上，下列反应不能设计成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A、B、D反应方程式中都有化合价的变化，所以都是氧化还原反应；C的反应中没有化合价的变化，所以不是氧化还原反应，不能设计成原电池；故选C。 3．（24-25高一下·广东广州·期末）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】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；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；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；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；故选C。 4．（24-25高一上·河南三门峡·期中）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．甲烷在空气中燃烧的反应 D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应 【答案】B 【解析】锌粒与稀硫酸反应，属于氧化还原反应，也是放热反应，故A不选；木炭与CO2的反应既属氧化还原反应，又是吸热反应，故B选；甲烷在空气中燃烧，属于氧化还原反应，也是放热反应，故C不选；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应属吸热反应但不是氧化还原反应，故D不选；故选B。 5．（24-25高一下·辽宁·期中）如图装置验证与反应的物质变化与能量变化，下列合理的是 A．仪器的名称为圆底烧瓶 B．试纸为湿润的蓝色石蕊试纸，实验过程中会变红 C．气球膨胀，说明与反应的 D．实验结束，试液无论滴加稀盐酸还是水，气球均变小 【答案】D 【解析】仪器X的名称为蒸馏烧瓶，A不符合题意；氨气可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，试纸为湿润的红色石蕊试纸，实验过程中会变蓝，B不符合题意；气球膨胀可能是反应产生气体（）导致，不能直接证明反应放热（），C不符合题意；氨气极易溶于水或者盐酸，实验结束，试液无论滴加稀盐酸还是水，气球均变小，D符合题意；故选D。 6．（24-25高一下·甘肃兰州·期中）下列图示与对应的叙述不相符的是 A．(a)图可表示Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应的能量变化 B．通过(b)图可知石墨比金刚石稳定 C．由(d)图可知，A比C的能量高 D．由(c)图可知， O2(g)和SO2(g)反应生成SO3(g)是吸热反应 【答案】D 【解析】Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应是吸热反应，对应图中生成物能量高于反应物，A正确；能量越低越稳定，石墨的能量低于金刚石，因而更稳定，B正确；由(d)图可见A的能量高于C，C正确；由图(c)可知，2SO2(g)+O2(g)SO3(g)为放热反应，不是吸热反应，D错误；故选D。 7．（24-25高一下·北京大兴·期末）下列关于如图所示的原电池装置及原理的说法中，不正确的是 A．该装置可将化学能转化为电能 B．Zn是负极，其质量逐渐减小 C．电流从Zn片经导线流向Cu片 D．Cu表面产生无色气泡，电极反应式为：2H＋+2e﹣=H2↑ 【答案】C 【解析】金属性锌强于铜，锌是负极，铜是正极，氢离子在正极放电，据此解答。该装置是原电池，所以可将化学能转化为电能，A正确；Zn是负极，锌失去电子转化为锌离子，其质量逐渐减小，B正确；锌是负极，铜是正极，电流从Cu片经导线流向Zn片，C错误；铜是正极，氢离子在正极放电，Cu表面产生无色气泡，电极反应式为：2H＋+2e﹣＝H2↑，D正确；故选C。 8．（24-25高一下·四川成都·期中）有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 图1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1所示电池中，电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒 B．图Ⅱ所示电池中负极电极反应为： C．图Ⅲ所示装置工作过程中，负极的质量逐渐减少 D．图Ⅳ所示电池中，Zn是还原剂，在电池工作过程中被还原 【答案】B 【解析】图1所示电池中，电子由锌极流出经导线流向石墨，电子不能进入溶液，故A错误；图Ⅱ所示电池中，得电子生成MnOOH和OH-，所以做正极，锌做负极，电极反应为：，故B正确；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；图Ⅳ所示电池中，Zn是还原剂，在电池工作过程中被氧化，故D错误； 故选B。 9．（24-25高一下·广东广州·期中）如图所示，把锌片和铜片用导线相连后插入稀硫酸溶液构成原电池。下列叙述正确的是     A．Zn是负极，发生还原反应 B．电子从锌片经外电路流向铜片 C．一段时间后溶液变蓝 D．铜片上无任何现象 【答案】B 【解析】把锌片和铜片用导线相连后插入稀硫酸构成原电池，锌做负极发生氧化反应，铜做正极，溶液中氢离子在铜片上得到电子发生还原反应，依据原电池原理分析选项；由分析可知，Zn是负极，发生氧化反应，故A错误；原电池放电时，负极上失去电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极，电子从锌片经外电路流向铜片，故B正确；该原电池中，铜是正极未参与电极反应，所以一段时间后溶液不变蓝，故C错误；铜片上氢离子得到电子生成氢气，铜片上有气泡产生，故D错误；故选B。 10．（24-25高一下·北京朝阳·期末）一种简单的原电池装置如图所示，下列说法不正确的是 A．该装置能将化学能转化为电能 B．电子从Cu经导线流向Zn C．Cu片上有气泡产生： D．氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行 【答案】B 【解析】活泼金属锌为负极，电极反应式为，铜为正极，电极反应式。该装置是原电池，是将化学能转化为电能，故A正确；锌活泼性比铜活泼性强，锌为负极，铜为正极，则电子从锌片流向铜片，故B错误；铜为正极，电极反应式，故C正确；原电池中负极是发生氧化反应，正极是发生还原反应，因此氧化反应和还原反应可在两个不同的区域进行，故D正确；故选B。 提升专练 11．（24-25高一下·上海·期末）组装成的电池如下图所示，为了向其他同学介绍这款电池，需要对这款电池的原理做一个分析，下列说法正确的是 A．铁环作负极，发生还原反应 B．电池工作时，电子从铁环经LED灯流向铜线 C．电池工作时，铁环变细铜线变粗 D．电池工作结束后柠檬的酸性变强 【答案】B 【解析】铁环、铜线和柠檬构成的原电池工作时，铁环发生失电子的氧化反应、作负极，铜线作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电子由负极经过导线流向正极，溶液的酸性减弱；铁环、铜线和柠檬构成的原电池工作时，铁环作负极，铜线作正极，铁环发生氧化反应，故A错误；电池工作时，铁环作负极，铜线作正极，电子会从铁环经LED灯流向最右侧铜线，故B正确；电池工作时，铁环失电子生成亚铁离子而变细，铜线上氢离子得电子生成氢气，铜线粗细不变，故C错误；电池工作时柠檬酸中氢离子参与反应，溶液的酸性变弱，故D错误；故选B。 12．（24-25高一下·福建福州·期末）已知化学反应的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是 A．该反应需要在加热条件下才能进行 B．每生成吸收的能量为 C．的总能量一定低于的总能量 D．断裂键和键，放出能量 【答案】B 【解析】反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无关，从图象可以看出反应是吸热反应，但不能确定该反应是否需要在加热条件下才能进行，A错误；依据图象分析，1molA2和1molB2反应生成2molAB，每生成2molAB(g)吸收(a-b)kJ热量，B正确；1molA2和1molB2的总能量低于2molAB的能量，但A2的总能量不一定低于AB的总能量，C错误；依据图象分析，断裂键和键，吸收能量，D错误；故选B。 13．（24-25高一下·湖南岳阳·期末）关于如图所示的原电池，下列说法正确的是 A．溶液中移向Zn极 B．铜电极的反应是： C．电子由锌片通过导线流向铜片 D．当外电路通过电子的数目为1mol时，Cu极生成2g 【答案】C 【解析】该装置为原电池。在原电池反应中，活动性强的Zn为负极，发生失去电子的氧化反应；活动性弱的Cu为正极，在正极上，溶液中的H+得到电子被还原为H2，发生还原反应。由分析可知，Zn作负极，Cu作正极，则H+向Cu极移动，A错误；Cu作正极，电极反应式为，B错误；电子由负极流向正极，则电子由锌片通过导线流向铜片，C正确；由Cu电极反应式可知，当外电路通过电子的物质的量为1mol时，Cu极生成0.5molH2，即生成1gH2，D错误；故选C。 14．（24-25高一下·天津·期中）同学们利用镁条、铝片、导线、电流表、橙汁、氢氧化钠溶液、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是 A．a极为镁条、b极为铝片，铝片上有气泡产生 B．a极为镁条、b极为铝片，烧杯中换成氢氧化钠溶液，镁为负极 C．a极为镁条、b极为铝片，电流表偏转，镁条为负极 D．a极为镁条、b极为铝片，烧杯中换成乙醇溶液，电流表不偏转 【答案】B 【解析】橙汁显酸性，a极为镁条、b极为铝片，a为负极，氢离子在铝片上得到电子，有气泡产生，A正确；铝可以和氢氧化钠溶液反应，镁不能，a极为镁条、b极为铝片，烧杯中换成氢氧化钠溶液，铝为负极，B错误；结合A的分析可知，此时形成原电池，且镁是负极，C正确；乙醇不是电解质，烧杯中换成乙醇溶液，不满足原电池形成的条件，不能形成原电池，电流表不偏转，D正确；故选B。 15．（24-25高一下·安徽滁州·期中）为了探究原电池的正负极与电解质溶液及金属活动性的关系，有同学设计了如下实验： 下列说法错误的是 A．实验1中Al作负极，实验2中Al作正极 B．实验3中Al作负极，电极反应为 C．实验4中Al作负极，电极反应为 D．根据实验结果可知，电解质溶液影响电极的活泼性 【答案】C 【解析】实验1中Al失去电子，发生氧化反应，作负极，实验2中镁比铝活泼，镁作负极，Al作正极，A正确；实验3中Al比铜活泼，铝失去电子，作负极，电极反应为，B正确；实验4中镁较活泼，但是镁和氢氧化钠不反应，铝可以和氢氧化钠反应，则Al作负极，电极反应为，C错误；结合C可知，镁比铝活泼，但是由于电解质是氢氧化钠，则铝作负极，可知电解质溶液影响电极的活泼性，D正确；故选C。 16．（24-25高一下·江苏徐州·期中）碱性锌锰电池的总反应为：Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．电池工作时，MnO2发生还原反应 B．电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数目约为2×6.02×1023 【答案】D 【解析】由总反应可知，Zn为负极，电极反应式为：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O，MnO2为正极，电极反应式为：MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-，据此分析解题。由分析可知，电池工作时，MnO2为正极，电极反应式为：MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-，MnO2发生还原反应，A正确；原电池中阴离子向负极移动，氢氧根离子通过隔膜向负极移动，B正确；环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，C正确； 由分析可知，正极反应为：MnO2+e-+H2O=MnOOH+OH-，故反应中每生成1mol MnOOH，转移电子1mol，数目为6.02×1023，D错误； 故选D。 17．（24-25高一下·江苏徐州·期中）原电池是化学对人类的一项重大贡献。 I．某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中作用，设计并进行以下一系列实验，实验结果记录如下： 编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针方向 1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu 3 Mg、Al 氢氧化钠溶液 偏向Mg 根据上表中记录的实验现象，回答下列问题： (1)实验1、2中Al电极的作用是否相同？ (填”是”或”否”)。 (2)实验2中Cu为 极，电池总反应离子方程式 。 (3)实验3中Al为 极，其电极反应式为 。 II．如图所示是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题： (4)电池的负极是 (填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为 。 (5)电池工作一段时间后电解质溶液的pH (填“增大”、“减小”或“不变”)。 【答案】(1)否 (2)正 2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2↑ (3)负 Al-3e-+4OH- =[Al(OH)4]-(或Al-3e-+ 4OH-=AlO+2H2O) (4) a CH4 -8e- + 10OH- = CO+ 7H2O (5)减小 【解析】（1）实验1中电流表指针偏向Al，Al为正极，实验2中电流表指针偏向Cu，Cu为正极、Al为负极，实验1、2中Al电极的作用不同； （2）实验2中，Cu的活泼性弱于Al，则Cu为正极，正极反应为：、负极反应为，电池总反应离子方程式为； （3）实验3中电流表指针偏向Mg，Mg作正极、铝作负极，因为铝能与氢氧化钠溶液反应，故电池负极反应为(或Al-3e-+ 4OH-=AlO+2H2O)； （4）CH4在反应时失去电子转化为，故a电极是电池的负极；负极反应为：CH4＋10OH--8e-=＋7H2O； （5）正极反应式为O2＋2H2O＋4e-=4OH-，由此可知，当转移4mol电子时，负极消耗5molOH-，正极生成4molOH-，溶液中OH-浓度减小，电解质溶液的pH会减小。 18．（24-25高一下·北京·期中）利用原电池原理可以探究金属的活动性。 (1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。锌片做 极(填“正”或“负”)，锌片上发生的电极反应式是 ；银片上发生的电极反应式是 。 (2)若该电池中两电极的总质量为12g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为9.4g。此时产生标准状况下氢气的体积为 L，通过导线的电子的物质的量为 mol。 (3)为证明铁的金属活动性比铜强，某同学设计了如下一些方案。其中能证明铁的金属活动性比铜强的方案是 。(填序号) 方案 现象或产物 ①将铁片置于溶液中 铁片上有亮红色物质析出 ②将铁丝和铜丝分别在氯气燃烧 产物分别为和 ③将铁片和铜片分别置于稀硫酸溶液中 铁片上有气泡产生，铜片上无气泡产生 ④将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接 铁片溶解，铜片上有气泡产生 【答案】(1) 负 Zn-2e-=Zn2+ 2H++2e-=H2↑ (2)0.896 0.08 (3)①③④ 【解析】（1）锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，发生Zn与氢离子的电池反应，Zn失去电子，则Zn为负极，负极反应为Zn-2e-=Zn2+，银片为正极，发生的电极反应式为2H++2e-=H2↑； （2）两电极的总质量为12g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为9.4g，可知参加反应的Zn为12g-9.4g=2.6g，n(Zn)==0.04mol，由Zn～2e-～H2可知，生成气体为0.04mol×22.4L/mol=0.896L，转移电子为0.04mol×2=0.08mol； （3）①将铁片置于CuSO4溶液中，由现象可知Fe置换出Cu，Fe易失去电子，则证明铁的金属活动性比铜强，故正确； ②将铁丝和铜丝分别在氯气燃烧，氯气为强氧化剂，均生成高价金属氯化物。金属性比较可以通过比较失电子难易，不能用失电子多少作依据。不能比较金属性，故错误； ③将铁片和铜片分别置于稀硫酸溶液中，由现象可知Fe与氢离子反应而Cu不能，Fe易失去电子，则证明铁的金属活动性比铜强，故正确； ④将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接，由现象可知Fe为负极，Fe易失去电子，则证明铁的金属活动性比铜强，故正确； 故选①③④。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题3 化学反应与能量变化 内容导航 考点聚焦：紧扣考试命题常考点，有的放矢 重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升 复习提升：基础巩固+提升专练，全面突破 1.了解化学能与热能的转化，认识吸热反应和放热反应。 2.会用化学键解释化学反应中能量变化的原因。 3.了解构成原电池的条件。 4.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。 5.了解原电池工作原理及其应用。 6.掌握干电池、充电电池、燃料电池等化学电池的特点。 7.掌握化学电池的工作原理及电极反应式的书写。 一、化学反应过程中存在热量变化 1.吸热反应和放热反应 (1)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 2.化学反应中总会伴随着能量变化 通常主要表现为热能的变化，有的 热量，有的 热量。 【易错提醒】关于吸热反应和放热反应的易错点 （1）“三个不一定”。 ①需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应； ②放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应； ③吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 （2）吸热反应和放热反应都是化学变化。 ①NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应； ②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.化学反应中能量变化的原因 (1)化学反应过程(物质变化) (2)化学反应中能量变化的原因 化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。 E1＞E2，反应 能量(吸热反应)； E1＜E2，反应 能量(放热反应)。 2.放热反应与吸热反应比较 类型 比较 放热反应 吸热反应 定义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应 形成 原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 与化学键 的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量 图示 【归纳总结】化学反应中能量变化的计算： (1)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)用Q(吸)表示反应物分子断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子成键时放出的总能量，ΔQ＝Q(吸)－Q(放)。 三、原电池及其原理 1.原电池的概念 原电池是把 能转化为 能的装置； 原电池的反应本质是 反应。 2.原电池的工作原理 (1)铜锌原电池 电极材料 电极名称 电子流向 电极反应式 反应类型 锌 反应 铜 反应 总反应 化学方程式： 离子方程式： (2)能量转化：化学能转变为 能。 3.原电池的构成条件 理论上，放热的 反应均可构成原电池。 装置条件：(1)具有 的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。 (2)溶液：两电极均插入 溶液中。 (3)导线：两电极用导线相连，形成 。 【方法技巧】原电池的判定方法 一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。 4.原电池的工作原理 负极 正极 电极材料 活泼性较强的金属 活泼性较弱的金属或能导电的非金属 电子流向 离子移动方向 反应类型 反应现象 溶解的极 增重或有气泡放出的极 电极反应式 还原剂－ne－===氧化产物 氧化剂＋ne－===还原产物 四、原电池的应用和设计 1．加快化学反应速率 2．比较金属活泼性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。 3．设计原电池 （1）依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料（或在负极上被氧化），氧化剂（一般为电解质溶液中的阳离子）在正极上被还原。 （2）选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料；正极材料一般活泼性比负极的弱，也可以是能导电的非金属。 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。 五、化学电源 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 。 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。 (2)能量转化：化学能电能 (3)常见的充电电池： 。 一、原电池正、负极的判断 二、燃料电池及其电极反应式的书写 1.燃料电池 (1)特点：①反应物储存在电池外部，②能量转换效率高、清洁、安全，③供电量易于调节。 (2)燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等。 常用氧化剂：氧气。 2.燃料电池电极反应式的书写 (1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 (2)写出电池的正极反应式。 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (3)写出负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。 三、电极反应式的书写原则和类型 1.书写电极反应式的原则 电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。 2.书写电极反应式的基本类型 (1)类型一　题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 (2)类型二　题目中给出原电池的总反应式 ①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。 ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 基础巩固 1．（24-25高一下·湖南长沙·期中）计算机模拟催化剂表面水煤气产氢反应[]过程中能量的变化如图所示。下列说法错误的是 A．过程I、Ⅱ均表示断键的吸收能量过程 B．由图可知CO2比CO稳定 C．过程Ⅲ既有共价键断裂，又有共价键形成 D．该反应为放热反应 2．（24-25高一下·青海·期末）理论上，下列反应不能设计成原电池的是 A． B． C． D． 3．（24-25高一下·广东广州·期末）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 4．（24-25高一上·河南三门峡·期中）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．甲烷在空气中燃烧的反应 D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应 5．（24-25高一下·辽宁·期中）如图装置验证与反应的物质变化与能量变化，下列合理的是 A．仪器的名称为圆底烧瓶 B．试纸为湿润的蓝色石蕊试纸，实验过程中会变红 C．气球膨胀，说明与反应的 D．实验结束，试液无论滴加稀盐酸还是水，气球均变小 6．（24-25高一下·甘肃兰州·期中）下列图示与对应的叙述不相符的是 A．(a)图可表示Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应的能量变化 B．通过(b)图可知石墨比金刚石稳定 C．由(d)图可知，A比C的能量高 D．由(c)图可知， O2(g)和SO2(g)反应生成SO3(g)是吸热反应 7．（24-25高一下·北京大兴·期末）下列关于如图所示的原电池装置及原理的说法中，不正确的是 A．该装置可将化学能转化为电能 B．Zn是负极，其质量逐渐减小 C．电流从Zn片经导线流向Cu片 D．Cu表面产生无色气泡，电极反应式为：2H＋+2e﹣=H2↑ 8．（24-25高一下·四川成都·期中）有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是 图1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1所示电池中，电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒 B．图Ⅱ所示电池中负极电极反应为： C．图Ⅲ所示装置工作过程中，负极的质量逐渐减少 D．图Ⅳ所示电池中，Zn是还原剂，在电池工作过程中被还原 9．（24-25高一下·广东广州·期中）如图所示，把锌片和铜片用导线相连后插入稀硫酸溶液构成原电池。下列叙述正确的是     A．Zn是负极，发生还原反应 B．电子从锌片经外电路流向铜片 C．一段时间后溶液变蓝 D．铜片上无任何现象 10．（24-25高一下·北京朝阳·期末）一种简单的原电池装置如图所示，下列说法不正确的是 A．该装置能将化学能转化为电能 B．电子从Cu经导线流向Zn C．Cu片上有气泡产生： D．氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行 提升专练 11．（24-25高一下·上海·期末）组装成的电池如下图所示，为了向其他同学介绍这款电池，需要对这款电池的原理做一个分析，下列说法正确的是 A．铁环作负极，发生还原反应 B．电池工作时，电子从铁环经LED灯流向铜线 C．电池工作时，铁环变细铜线变粗 D．电池工作结束后柠檬的酸性变强 12．（24-25高一下·福建福州·期末）已知化学反应的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是 A．该反应需要在加热条件下才能进行 B．每生成吸收的能量为 C．的总能量一定低于的总能量 D．断裂键和键，放出能量 13．（24-25高一下·湖南岳阳·期末）关于如图所示的原电池，下列说法正确的是 A．溶液中移向Zn极 B．铜电极的反应是： C．电子由锌片通过导线流向铜片 D．当外电路通过电子的数目为1mol时，Cu极生成2g 14．（24-25高一下·天津·期中）同学们利用镁条、铝片、导线、电流表、橙汁、氢氧化钠溶液、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是 A．a极为镁条、b极为铝片，铝片上有气泡产生 B．a极为镁条、b极为铝片，烧杯中换成氢氧化钠溶液，镁为负极 C．a极为镁条、b极为铝片，电流表偏转，镁条为负极 D．a极为镁条、b极为铝片，烧杯中换成乙醇溶液，电流表不偏转 15．（24-25高一下·安徽滁州·期中）为了探究原电池的正负极与电解质溶液及金属活动性的关系，有同学设计了如下实验： 下列说法错误的是 A．实验1中Al作负极，实验2中Al作正极 B．实验3中Al作负极，电极反应为 C．实验4中Al作负极，电极反应为 D．根据实验结果可知，电解质溶液影响电极的活泼性 16．（24-25高一下·江苏徐州·期中）碱性锌锰电池的总反应为：Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．电池工作时，MnO2发生还原反应 B．电池工作时，OH-通过隔膜向负极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成1mol MnOOH，转移电子数目约为2×6.02×1023 17．（24-25高一下·江苏徐州·期中）原电池是化学对人类的一项重大贡献。 I．某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中作用，设计并进行以下一系列实验，实验结果记录如下： 编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针方向 1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu 3 Mg、Al 氢氧化钠溶液 偏向Mg 根据上表中记录的实验现象，回答下列问题： (1)实验1、2中Al电极的作用是否相同？ (填”是”或”否”)。 (2)实验2中Cu为 极，电池总反应离子方程式 。 (3)实验3中Al为 极，其电极反应式为 。 II．如图所示是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题： (4)电池的负极是 (填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为 。 (5)电池工作一段时间后电解质溶液的pH (填“增大”、“减小”或“不变”)。 18．（24-25高一下·北京·期中）利用原电池原理可以探究金属的活动性。 (1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。锌片做 极(填“正”或“负”)，锌片上发生的电极反应式是 ；银片上发生的电极反应式是 。 (2)若该电池中两电极的总质量为12g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为9.4g。此时产生标准状况下氢气的体积为 L，通过导线的电子的物质的量为 mol。 (3)为证明铁的金属活动性比铜强，某同学设计了如下一些方案。其中能证明铁的金属活动性比铜强的方案是 。(填序号) 方案 现象或产物 ①将铁片置于溶液中 铁片上有亮红色物质析出 ②将铁丝和铜丝分别在氯气燃烧 产物分别为和 ③将铁片和铜片分别置于稀硫酸溶液中 铁片上有气泡产生，铜片上无气泡产生 ④将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接 铁片溶解，铜片上有气泡产生 / 学科网（北京）股份有限公司 $$