专题04 化学反应能量的变化 学案-2024-2025学年高一下学期人教版（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 1.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 2.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 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 1.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 2.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 题型三 反应过程能量变化图和历程图分析 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 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 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 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 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 3.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 题型五 原电池的工作原理 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 2.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 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。 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 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 。 3.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 4.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 。 题型七 化学电源分析 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 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 3.“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 4.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 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 【1】【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； 【2】【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； 题型二 放热反应与吸热反应的比较 【1】【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。 【2】【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； 题型三 反应过程能量变化图和历程图分析 【1】【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； 【2】【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； 题型四 有关能量变化的计算 【1】【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； 【2】【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； 【3】【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； 题型五 原电池的工作原理 【1】【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； 【2】【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。 题型六 原电池原理的应用 【1】【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； 【2】【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。 【3】【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； 【4】【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； （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：。 题型七 化学电源分析 【1】【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； 【2】【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； 【3】【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。 【4】【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； 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 学科网（北京）股份有限公司 $$