内容正文:
假期作业5 化学反应与能量转化
1.化学反应中能量变化的本质及转化形式
2.化学反应能量转化的主要应用
原电池的
工作原理
构成条件
电极反应
闭合回路
宏观辨识与微观探析
化学能
与电能
原电池的应用
化学电源
科学态度与社会责任
◆[知识点1] 化学能与热能
1.2023年第31届世界大学生运动会在成
都举行,此次大运会采用氢气作为火炬
燃料,选择氢能汽车作为赛事交通服务
用车,充分体现了绿色运动会的理念.
下列说法正确的是 ( )
A.火炬燃料的燃烧是热能转化为化学能
的过程
B.使用氢能作燃料符合“碳中和”理念
C.燃烧属于放热反应,反应物总能量低
于生成物的总能量
D.放热反应常温下就可以进行,吸热反
应一定需要加热才能发生
2.H2 与O2 发生反应的过程可用如下模型图
表示(“—”表示化学键).下列说法不正确
的是 ( )
A.过程Ⅰ是吸热过程
B.过程Ⅲ一定是放热过程
C.该反应过程中所有旧化学键都断裂,
且形成了新化学键
D.该反应的能量转化形式只能以热能的
形式进行
◆[知识点2] 化学能与电能
3.2023年度IUPAC化学领域新兴技术,涉
及电能与化学能之间转化的是 ( )
A.生物回收PET
B.使用低糖疫苗
C.合成电化学
D.应用化学GPT语言模型
4.下列实验现象或图像信息不能充分说明
对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
反应开始后,针
筒活塞向右移动
B
反应物总能量大
于生成物总能量
C
反应开始后,甲
处液 面 低 于 乙
处液面
D
温度计的水银柱
不断上升
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5.X、Y、Z、M、N 代表五 种 金 属,有 以 下
反应:
①Y与 M 用导线连接放入稀硫酸中,M
上冒气泡;
②M、N为电极,与N的盐溶液组成原电
池,电子从 M 极流出,经过外电路流入
N极;
③Z+2H2O(冷水)Z(OH)2+H2↑;
④水溶液中,X+Y2+X2++Y.
这五种金属的活动性由强到弱的顺序为
( )
A.Z>X>Y>M>N
B.Z>Y>X>M>N
C.Z>X>Y>N>M
D.X>Y>M>N>Z
6.在理论上可设计成原电池的化学反应是
( )
A.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)
B.Ba(OH)28H2O(s)+2NH4Cl(s)
BaCl2(aq)+2NH3H2O(l)+
8H2O(l)
C.CaC2(s)+2H2O(l)Ca(OH)2(s)
+C2H2(g)
D.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)
7.(备选双选)一种新型中温全瓷铁G空气电
池,其结构如图所示.下列有关该电池
放电时的说法错误的是 ( )
A.a电极上发生氧化反应
B.负极的电极反应式为 H2-2e-+O2-
H2O
C.铁表面发生的反应为xH2O(g)+Fe
FeOx+xH2
D.若标准状况下33.6L空气参与反应,
电路中理论上有6mol电子转移
8.现用如图所示装置来测定某原电池工作
时在一段时间内通过导线的电子的物质
的量.量筒的规格为1000mL,电极材
料是镁片和铝片.下列有关说法正确
的是 ( )
A.b电极材料是镁片
B.电流经a流向b
C.若用NaOH溶液代替稀硫酸,溶液中
的OH-移向铝片一极
D.当量筒中收集到672mL气体时,通过
导线的电子的物质的量为0.06mol
9.(备选双选)微型钮扣电池在现代生活中
有广泛应用.有一种银锌电池,其电极
分 别 是 Ag2O 和 Zn,电 解 质 溶 液 为
KOH,电极反应为Zn+2OH--2e-
ZnO+H2O;Ag2O+H2O+2e-2Ag+
2OH-.根据上述反应式,判断下列叙述
中正确的是 ( )
A.使用过程中,溶液中的 OH- 向Zn极
移动
B.使用过程中,电子由 Ag2O极经外电
路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发
生氧化反应
10.下列关于四种电池的叙述正确的是
( )
A.电池Ⅰ中电子的流向:Zn→Cu→稀
硫酸→Zn
B.电池Ⅱ中石墨棒上发生还原反应,
MnO2 作催化剂
C.电池Ⅲ是二次电池,充电时电能转化
为化学能
D.电池Ⅳ中正极的电极反应式:O2+
2H2O+4e-4OH-
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11.某同学做如下实验,以检验反应中的能
量变化.
(1)在实验中发现反应后(a)中温度升
高,由此可以判断(a)中反应是
热反应;(b)中温度降低,由此可以判断
(b)中反应是 热反应.
(2)写出铝与盐酸反应的离子方程式
.
(3)根据能量守恒定律,(b)中反应物的
总能量应该 (填“高于”或“低
于”)其生成物的总能量.
12.破坏1mol物质中的化学键所消耗的能
量如表所示:
物质 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2
能量/kJ 243 193 151 431 363 297 436
根据上述数据回答下列问题.
(1)下列物质本身具有的能量最低的是
(填标号).
A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2
(2)下列氢化物中,最稳定的是 (填标
号).
A.HCl B.HBr C.HI
(3)相同条件下,X2(X代表Cl、Br、I)分
别与氢气反应,当消耗等物质的量的氢
气时,放出或吸收的热量最多的是
.
13.根据化学能转化电能的相关知识,回答
下列问题:
Ⅰ.理论上讲,任何自发的氧化还原反
应都可以设计成原电池.请利用反应
“Cu+2Ag+2Ag+Cu2+”设计一个
化学电池(正极材料用碳棒),回答下列
问题:
(1)该电池的负极材料是 ,发
生 (填“氧化”或“还原”)反应,
电解质溶液是 .
(2)正极上出现的现象是 .
(3)若导线上转移电子1mol,则生成银
g.
Ⅱ.有甲、乙两位同学均想利用原电池反
应检测金属的活动性顺序,两人均用镁片
和铝片作电极,但甲同学将电极放入6mol
L-1的 H2SO4 溶液中,乙同学将电极
放入6molL-1的NaOH溶液中,如图
所示.
(1)写出甲中正极的电极反应式:
.
(2)乙中负极为 ,总反应的离
子方程式: .
(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电
池的电极材料都是金属时,则构成负极
材料的金属应比构成正极材料的金属
活泼”,由此他们会得出不同的实验结论,
依据该实验实验得出的下列结论中,正确
的有 .
A.利用原电池反应判断金属活动性顺
序时应注意选择合适的介质
B.镁的金属性不一定比铝的金属性强
C.该实验说明金属活动性顺序表已过
时,没有实用价值了
D.该实验说明化学研究对象复杂、反应受
条件影响较大,因此具体问题应具体
分析
水果电池的发电原理
水果电池的发电原理:两种金属片的
电化学活性是不一样的,其中更活泼的那
边的金属片能置换出水果中的酸性物质的
氢离子,由 于 产 生 了 正 电 荷,整 个 系 统 需
要保持稳 定(或 者 说 是 产 生 了 电 场,电 场
造成下列 结 果),所 以 在 组 成 原 电 池 的 情
况下,由 电 子 从 回 路 中 保 持 系 统 的 稳 定,
这样的话理论上来说电流大小直接和果酸
浓度相关,(如 果 是 要 表 达 为 一 个 函 数 关
系的话,那么这个函数其实是和离子强度
有关的而且还是定量关系,和离子浓度有
定性的关系),在此情况下,如果回路的长
度改变,势 必 造 成 回 路 的 改 变,所 以 也 会
造成电压的改变.
41
假期作业5
1.B [A.火炬燃料的燃烧是化学能转化为热能的过
程,故 A错误;B.氢气的燃烧产物为水,无碳排放,符
合“碳中和”理念,故B正确;C.燃烧属于放热反应,反
应物的总能量高于生成物的总能量,故 C错误;D.吸
热反应不一定需要加热才能发生,如氢氧化钡晶体和
氯化 铵 这 个 吸 热 反 应 不 需 要 加 热 就 能 发 生,故 D
错误.]
2.D [过程Ⅰ,H2 和 O2 中的化学键断裂吸收能量,属
于吸热过程,A正确;过程Ⅲ,形成水分子中化学键的
过程释放能量,属于放热过程,B正确;H2 和 O2 反应
生成 H2O,所有旧化学键都断裂,且形成了新化学键,
C正确;该反应中的能量转化形式有化学能转化为化
学能、化学能转化为热能等,D错误.]
3.C [A.生物回收 PET不涉及电能与化学能的转化,
故 A错误;B.使用低糖疫苗与电能和化学能无关,故
B错误;C.合成电化学过程中涉及电能 与化学能之间
转化,故C正确;D.应用化学 GPT语言模型过程中无
电能与化学能之间转化,故 D错误.]
4.A [锌粒与稀硫酸反应生成 H2,气体增多,压强增
大,针筒活塞向右移动,A 不能判断反应是否放出热
量;反应物的总能量高于生成物的总能量,B能说明该
反应是放热反应;集气瓶中密封空气,反应开始后,甲
处液面低于乙处液面,说明瓶中空气的压强增大,推
测试管中物质发生的反应是放热反应,C 不符合题
意;稀盐酸与 NaOH 溶液反应,温度计的水银柱不断
上升,说明该反应是放热反应,D不符合题意.]
5.A [①Y 与 M 用导线连接放入稀硫酸中,形成原电
池,M 上冒气泡,则 M 是正极,Y 的金属活动性比 M
强.②M、N 为电极,与 N的盐溶液组成原电池,电子
从 M 极流出,经过外电路流入 N 极,则 M 是负极,M
的金属活动性比 N强;③Z能与冷水反应生成 H2,则
Z是非常活泼的金属;④X能置换出Y,则X的金属活
动性比 Y强.综上所述,这五种金属的活动性按由强
到弱的顺序排列为Z>X>Y>M>N.]
6.D [能设计成原电池的化学反应属于自发进行的氧
化还原反应.A为非自发的氧化还原反应,B、C不属
于氧化还原反应,D为能自发进行的氧化还原反应.]
7.AD [由新型中温全瓷铁G空气电池的装置图可知,a
极通入空气,空气中氧气得电子发生还原反应为正
极,铁与水反应生成氢气,氢气在b极失电子发生氧
化反应为负极,结合原电池原理分析解答.A.a极空
气中氧气得电子发生还原反应为正极,电极反应式为
O2+4e-2O2-,A错误;B.据分析,氢气在b极失
电子发生氧化反应、作负极,电极反应式为 H2-2e-
+O2-H2O,B正确;C.由新型中温全瓷铁G空气
电池的装置图可知,铁表面发生的反应为xH2O(g)+
FeFeOx+xH2,C正确;D.若标准状况下33.6L
空气参与反应,空气物质的量为1.5mol,则参与反应
的氧气为0.3mol,则理论上电路中转移1.2mol电
子,D错误.]
8.C [根据原电池的工作原理,由装置图知,电极b产
生气体,则b为正极,电极 b为铝片,电极反应式为
2H++2e-H2↑;电极a为镁片,作负极,电极反
应式为 Mg-2e-Mg2+,电流经正极流向负极,阳
离子移向正极,阴离子移向负极,据此分析作答.A.
由分析知,b电极材料为铝片,A 项错误;B.由分析
知,电极a为负极,电极b为正极,电流由正极流向负
极,即电流经b流向a,B项错误;C.用 NaOH 溶液代
替稀硫酸,则铝作负极,阴离子移向负极,则溶液中的
OH- 移向铝片一极,C 项正确;D.未说明标准状况,
无法计算量筒中收集气体的物质的量,无法计算通过
导线的电子的物质的量,D项错误.]
9.AC [银锌电池中锌为负极,Ag2O 为正极,C 项正
确;OH- 向负极移动,即向 Zn极移动,A 项正确;原
电池中电子由负极流向正极,B项错误;负极发生氧化
反应,正极发生还原反应,D项错误.]
10.C [A.电池Ⅰ为原电池,Zn作负极,电子从锌流出
沿导线流向铜,电子不能通过电解质溶液,A 错误;
B.电池 Ⅱ 为 锌 锰 干 电 池,锌 作 负 极,石 墨 作 正 极,
MnO2 在正极得电子发生还原反应,为氧化剂,B错
误;C.电池Ⅲ为铅酸蓄电池,是二次电池,充电时将
电能转化为化学能,C正确;D.电池Ⅳ为酸性氢氧燃
料电池,氧气在正极反应,电极反应式为:O2+4H+
+4e-2H2O,D错误.]
11.解析:(1)反应后(a)中温度升高,(b)中温度降低,说
明(a)中反应为放热反应,(b)中反应为吸热反应.
(2)铝与盐酸反应的离子方程式为
2Al+6H+2Al3++3H2↑.
(3)(b)中 反 应 为 吸 热 反 应,根 据 能 量 守 恒 定 律,
(b)中反应物的总能量应低于生成物的总能量.
答案:(1)放 吸
(2)2Al+6H+2Al3++3H2↑
(3)低于
12.解析:(1)根据表中数据可知,破坏1mol氢气中的化
学键所消耗的能量最高,则说明氢气最稳定,具有的
能量最低.(2)断开化学键所消耗能量越高,物质越
稳定,根据断键时所吸收的能量可知,HCl最稳定.
答案:(1)A (2)A (3)Cl2
05
13.解析:Ⅰ.(1)在反应 Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+ 中,
Cu失去电子,在负极上发生氧化反应:Cu-2e-
Cu2+;正极上,Ag+ 得到电子生成银单质,所以该电
池的负极材料为Cu,发生氧化反应,电解质溶液需要
提供 Ag+,故可用 AgNO3 溶液.(2)正极上发生反
应:Ag+ +e- Ag,可看到碳棒上出现银白色物
质.(3)根据正极反应:Ag++e-Ag,转移1mol
电子,生成1molAg,即108gAg.
Ⅱ.(1)甲中镁比铝活泼,更容易和硫酸反应,所以镁
作负极,失去电子,铝作正极,溶液中的 H+ 得到电
子,正极反应式为:2H+ +2e- H2↑.(2)乙中
铝能和 NaOH溶液自发地发生氧化还原反应,所以铝
作负极,总反应离子方程式为:2Al+2OH- +6H2O
2[Al(OH)4]- +3H2↑.(3)镁的原子半径比
铝大,且镁的核电荷数比铝小,所以镁比铝容易失去
电子,所以镁比铝活泼,这是不争的事实,金属活动
性顺序表依然是正确且有实用价值的.在乙中之所
以铝作负极,是因为铝能和 NaOH 溶液自发地发生
氧化还原反应而镁不能,所以利用原电池反应判断
金属活动性顺序时应注意选择合适的介质,同时该
实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大,
因此具体问题应具体分析,故 AD正确.
答案:Ⅰ.(1)Cu 氧化 AgNO3 溶液 (2)碳棒上
出现银白色物质 (3)108
Ⅱ.(1)2H++2e-H2↑ (2)Al 2Al+2OH-
+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑ (3)AD
假期作业6
1.B [根据公式v(NH3)=
Δc
Δt
,可得:Δt= Δcv(NH3)
=
0.6molL-1
0.30molL-1s-1
=2s.]
2.C [随反应进行N2 浓度降低,反应速率降低,故3~6s
内N2 的速率小于0.1mol/(Ls),即6s内 N2 的反应
速率小于0.1mol/(Ls),由反应速率之比等于化学计
量数之比知,v(NO)小于2×0.1mol/(Ls)=0.2mol/
(Ls),故6s末 NO的浓度小于6s×0.2mol/(Ls)
=1.2mol/L.]
3.A [A.相当于加水,c(H+ )减 小,反 应 速 率 减 小;
B.c(H+)增大,反应速率增大;C.构成Zn-Cu-盐酸
原电池,反应速率增大;D.CO2-3 消耗 H+,使产生 H2
的量减少.]
4.B [加入 MnO2 作催化剂时,温度越高,过氧化氢溶
液的质量分数越大,反应速率越大,制取相同体积的
O2 所需的时间越短,故正确答案为B.]
5.C [A.随着反应的进行,a~c段反应速率反而加快
的原因可能是该反应放热,温度升高,反应速率加快,
故 A正确;B.若向容器内充入一定体积的 NO2,增大
了 NO2 的浓度,化学反应速率加快,故 B正确;C.恒
容条件下,向反应体系中通入不反应的氢气,反应速
率不变,故C错误;D.2~8min内,氧气的浓度变化量
为1.6molL-1-0.4molL-1=1.2molL-1,
则v(O2)=
1.2mol/L
6min =0.2mol
L-1min-1,根据
化学反 应 速 率 之 比 等 于 其 化 学 计 量 数 之 比 可 得,
v(NO2)=0.4molL-1min-1,故 D正确.]
6.A [由图像可知,2~4min时间内,生成的二氧化碳
的物质的量比反应开始2min内大,故2~4min内平
均反应速率比反应开始2min内快,A错误;由图像可
知,0~2min内,生成二氧化碳0.1mol,2~4min内,
生成二氧化碳0.2mol,4~6min内,生成二氧化碳
0.05mol,则反应速率先增大后减小,B正确;随反应
进行,氢离子浓度降低,氢离子浓度减小使反应速率
降低,由图像可知,2~4min反应速率最快,说明2~
4min温度对反应速率起主要作用,C正确;2~4min
内,生 成 0.2molCO2,0~2min 内,生 成 0.1 mol
CO2,相同时间内CO2 的生成速率与其生成的物质的
量成正比,D正确.]
7.B [A.根据图中信息,该反应为放热反应,升高温度
平衡逆向移动,不利于增大苯的平衡转化率,A 错误;
B.化学反应决定于活化能,活化能越大反应速率越
小,反应速率决定反应快慢,由图可知
+H2SO4
→
H+
SO-3
+H2O 的活化能大,所以反应速率及
决定于
+H2SO4→
H+
SO-3
+H2O,B 正
确;C.焓变与两步反应活化能的差值无关,只与反应
的始态和终态有关,C错误;D.反应过程中不存在一
个碳原子连接两个氢原子的中间状态,D错误.]
8.A [A.450℃时,SO2 的平衡转化率为90%,此时参
加反应的SO2 为2mol×90%=1.8mol,若3min达
到平 衡,则v(SO2)=
1.8mol
2L
3min =0.3 mol
L-1
min-1,A正确;B.升温,反应物有效碰撞的次数增多,
该反应的正反应速率增大,逆反应速率也增大,B不正
确;C.加入催化剂可加快反应速率,缩短反应到达平
衡的时间,所以合成SO3 的最佳条件是加入催化剂,
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