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（人教版2019必修第二册）高一化学下学期 专题04 化学反应与能量变化（原卷版+解析）
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0 0 专题04 化学反应与能量变化思维导图知识详解考点1 放热反应与吸热反应1．两条基本规律质量守恒定律：化学反应前后物质的总质量保持不变。能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同，但是体系包含的总能量不变。2．放热反应与吸热反应(1)放热反应：放出热量的化学反应，如燃烧反应、中和反应等。(2)吸热反应：吸收热量的化学反应，如高温下煅烧石灰石等反应。3．化学能与热能转化的实验探究(1)镁与盐酸反应(2)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应4．常见的放热反应和吸热反应【归纳总结】放热反应与吸热反应的比较：【典例1】下列对化学反应的认识错误的是( )A．会引起化学键的变化 B．会产生新的物质C．必然引起物质状态的变化 D．必然伴随着能量的变化【答案】C【解析】化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，并伴随着能量的变化，而化学变化中的反应物和生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故正确答案为C。【典例2】下列反应中属于吸热反应的是( )A．镁与盐酸反应放出氢气 B．氢氧化钠与盐酸反应C．硫粉在空气中燃烧 D．八水氢氧化钡晶体与氯化铵反应【答案】D【解析】A项，Mg与稀盐酸的反应为放热反应，C不符合题意；B项，氢氧化钠与盐酸反应的中和反应为放热反应，B不符合题意；C项，硫粉在空气中燃烧的反应是放热反应，C不符合题意；D项，Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应为吸热反应，D符合题意；故选D。考点2 化学反应中能量变化的原因1．宏观解释——反应物与生成物的总能量不同。2．微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同。3．以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量放热反应 吸热反应【归纳总结】反应热与化学键键能的关系(1)键能：标准状况下，将1 mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。(2)反应热与化学键键能的关系：反应热Q＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，Q<0，反应放热，Q>0，反应吸热。以反应H2＋Cl2===2HCl为例：H—H键、Cl—Cl键和H—Cl键的键能分别为436 kJ·mol－1、243 kJ·mol－1、431 kJ·mol－1，则反应热Q＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1<0，反应放热。【典例3】已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是( )A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行C．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D．反应物X和Y的总能量一定高于生成物M和N的总能量【答案】C 【解析】该反应为吸热反应，说明反应物的总能量低于生成物的总能量，但不能说明X与M的能量关系、Y与N的能量关系，A错误；反应类型与反应条件无关，B错误；反应中断裂化学键吸收的能量比形成化学键时放出的能量高，由能量守恒可知部分能量储存在物质中，为吸热反应，C正确；该反应中X和Y的总能量一定低于生成物M和N的总能量，D错误。【典例4】中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。已知：几种物质中化学键的键能如表所示。若反应过程中分解了2 mol水，则下列说法不正确的是( )A．总反应为2H2O2H2↑+O2↑ B．过程I吸收了926 kJ能量C．过程II放出了574 kJ能量 D．过程Ⅲ属于放热反应【答案】D【解析】A项，用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，则总反应为2H2O2H2↑+O2↑，故A正确；B项，断裂化学键吸收能量，结合表中数据可知，过程Ⅰ吸收了463kJ×2=926kJ能量，故B正确；C项，形成化学键释放能量，则过程Ⅱ放出了436kJ+138kJ=574kJ能量，故C正确；D项，过程IIIH2O2中的O−H键断裂，无化学键的形成，不属于放热反应，故D错误；故选D。考点3 化学反应中能量变化的应用【典例5】关于“碳达峰、碳中和”的说法错误的是( )A．“碳达峰、碳中和”中的“碳”指的是CO2它能引起温室效应B．化石能源中的煤的主要组成物质是碳单质，石油是各种烃类混合物C．发展氢能、核能等新能源是能源转化的重要方向D．CO2催化加氢合成甲酸，是实现“碳中和”的一种有效措施【答案】B【解析】A项，“碳达峰、碳中和”是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低，故碳是指二氧化碳，它能引起温室效应，A正确；B项，煤是由C、H、O、N、S等组成的复杂混合物，煤中碳不是以单质形式存在，B错误；C项，新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，C正确；D项，CO2催化加氢合成甲酸，是实现“碳中和”的一种有效措施，D正确；故选B。【典例6】2021年12月，“中国航天”入选年度中国媒体流行语。航天领域常用“液氧-煤油”、“液氧-液氢”等火箭推进剂。下列关于火箭推进剂的说法错误的是( )A．推进剂中燃料燃烧的反应是吸热反应B．“液氧-煤油”推进剂燃烧产物含有CO2C．“液氧-液氢”推进剂具有清洁等优点，但储存和运输较为困难D．火箭推进剂的发展对人类社会的进步具有促进作用【答案】A【解析】A项，推进剂中燃料燃烧的反应是放热反应，故A错误；B项，液氧、煤油反应生成的水和二氧化碳对环境无污染，而液肼、二氧化氮在反应时会产生氮的氧化物，污染环境，液氧、煤油的获取也较液肼、二氧化氮的获取成本要低，故B正确；C项，“液氧-液氢”反应生成的产物为水，对环境无污染，但液氢的获取和储存均不容易，故C正确；D项，火箭推进剂的发展会带来人类对太空研究的发展，对人类社会的进步具有促进作用，故D正确；故选A。考点4 化学能与电能的相互转化1．火力发电的能量转化关系 化学能 热能 机械能 电能 火力发电的缺点：①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。2．原电池的工作原理(1)原电池：原电池是一种将化学能转化为电能的装置。(2)构成原电池的条件： = 1 \* GB3 ①具有活泼性不同的两个电极； = 2 \* GB3 ②两电极插入电解质溶液中； = 3 \* GB3 ③形成闭合回路； = 4 \* GB3 ④能自发地发生氧化还原反应。(3)原电池的工作原理 = 1 \* GB3 ①反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 = 2 \* GB3 ②电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。 = 3 \* GB3 ③离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(4)原电池正、负极判断方法 = 1 \* GB3 ①据电极材料——活泼的易失电子的为负极，不活泼的为正极。 = 2 \* GB3 ②据电子的流向——电子流出的为负极，电子流入的为正极。 = 3 \* GB3 ③据化学反应——失电子发生氧化反应的为负极，得电子发生还原反应的为正极。 = 4 \* GB3 ④据电极现象——溶解的为负极，产生气体或固体析出的为正极。 = 5 \* GB3 ⑤据阴阳离子的定向移动——阳离子流向正极，阴离子流向负极。以上方法之间的联系如图：(5)原电池原理的应用 = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①比较金属活动性强弱。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。 = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②金属的防护。使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。 = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③设计制作化学电源。化学能转化为电能。 = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④加快化学反应速率。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。【归纳总结】原电池正负极的判断方法【典例7】如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是( )A．铜片表面有气泡生成B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变【答案】C【解析】铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，故Cu上有气泡生成，A正确；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，导线中会有电子流动，C错误；金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，电路中的电流方向不变，仍然由Cu流向负极，D正确。【典例8】如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( )A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液【解析】选D A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A项和B项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项中A极变细，B项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项中A极变细，D项中A极变粗。考点5 常见化学电源的反应原理1．一次电池(1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；(2)锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；2．二次电池(可充电电池)电池内部储存的化学能转化为电能释放出来，也可以外界提供电能转化为化学能储存在电池内部。放电是原电池原理，充电是电解池原理。铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是eq \a\vs4\al(Pb)，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应①负极：Pb(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)(还原反应)。②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)(氧化反应)。③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq \o(=====,\s\up7(电解))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O充电电池并不能无限次的使用。【典例9】日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NHeq \o\al(＋,4)＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是( )A．干电池内发生的是氧化还原反应B．锌为负极，碳为正极C．工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器【答案】C【解析】由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确；在外电路中，电子从负极流向正极，故选项C不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而生成H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项D正确。【典例10】铅蓄电池是典型的可充电电池，电动车的动力多数以铅蓄电池提供，其工作原理是原电池放电原理。关于铅蓄电池的说法正确的是( )A．在放电时，正极发生的反应是Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)【答案】B【解析】铅蓄电池是生活里最常见的可充电电池，正确判断出两极并书写电极反应式是解决本类问题的关键。铅蓄电池是原电池中要求掌握的内容，其总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，根据总反应式中化合价的升降可判断出两极：放电时Pb为负极、PbO2为正极，充电时Pb为阴极产物、PbO2为阳极产物；电极反应：放电时负极反应为Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4，正极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O；充电时阴极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)，阳极反应为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)。书写过程中要特别注意电极产物Pb2＋与SOeq \o\al(2－,4)不共存，要发生反应生成PbSO4。根据充电时的总反应，可判断出充电时硫酸的浓度不断增大。另外，该电池中，SOeq \o\al(2－,4)在放电时移向负极Pb、充电时移向阳极PbSO4；H＋与之相反。考点6 燃料电池1．氢氧燃料电池2．甲醇空气燃料电池(氢氧化钾溶液)总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2COeq \o\al(2－,3)＋6H2O【归纳总结】几种电池的特点比较【典例11】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为( )A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－【答案】C【解析】根据题给信息，该燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O。电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A、D错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B错误。【典例12】燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷燃料电池说法中正确的为( )A．负极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．随着放电进行，溶液的pH不变C．负极的电极反应式为CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2OD．放电时溶液中的OH－向负极移动【答案】D【解析】CH4在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，A错误；CH4在负极失去电子后转化为COeq \o\al(2－,3)，消耗OH－，溶液pH减小，B错误；负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O，C错误；放电过程中阴离子(OH－)向负极移动，D正确。专项练习一、选择题1．(2022·甘肃省庄浪县第一中学高一期中)下列反应既是氧化还原反应，又是放热反应的是( )A．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 B．灼热的炭与CO2的反应C．铝片与稀硫酸的反应 D．红热的焦炭与水蒸气的反应2．下列反应中能量变化与其它不同的是( )3．下列电池不属于二次电池的是( )4．(2022·湖南省双峰县第八中学高一期中)下列说法正确的是( )A．镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C．化学电池的反应原理是氧化还原反应D．铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO25．下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( )6．对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是( )A．电子流入的一极为正极 B．比较不活泼的一极为正极C．电子流出的一极为负极 D．发生氧化反应的一极为正极7．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是( )A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2B．两极上溶解和析出的物质质量相等C．锌片溶解31 g，铜片上析出1 g H2D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol8．(2022·江苏省盐城市高二学业考试)先进的甲醇蒸气重整—变压吸附技术可得到高浓度CO2混合气、H2，化学反应原理是CH3OH+H2O→CO2+3H2，其能量变化如图所示。下列说法正确的是( )A．CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程B．反应物的总能量小于生成物的总能量C．形成H—H键放出能量D．断开H—C键放出能量9．如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是( )A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2B．水果电池的化学能转化为电能C．此水果发电的原理是电磁感应D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片10．普通锌锰干电池的构造如图所示，其电池反应的方程式为：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列说法正确的是( )A．石墨作负极B．锌失去电子，被还原C．电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D．正极的电极反应为：NH＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH311．(2022·浙江省绍兴市教育教学研究院高一期末)利用石墨、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论不正确的是( )A．原电池是将化学能转化成电能的装置B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C．图中电极a为石墨、电极b为锌片时，导线中会产生电流D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片12．(2022·湖北省襄阳市襄州区高一期末)关于原电池的下列说法中，正确的是( )A．在正极上发生还原反应 B．化学性质较活泼的金属为正极C．在外电路，电子流出正极 D．是由电能转化为化学能的装置13．将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入相同浓度的稀硫酸中，以下有关叙述中正确的是( )A．甲、乙两装置中铜片表面均有气泡生成B．甲、乙装置中均实现了电能转化为化学能C．甲、乙两装置中Zn被腐蚀的速率相等D．一段时间后，甲、乙两装置中溶液的酸性均减弱14．某学习兴趣小组探究电池的工作原理，组装了以下装置，能形成原电池的是( )A．B．C．D．15．一个原电池的总反应的离子方程式是Fe+Cu2+=Fe2++Cu，该反应的原电池组成正确的是( )16．将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可见( )A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B．NH4HCO3和盐酸反应中，热能转化为产物内部的能量C．反应物的总能量高于生成物的总能量D．NH4HCO3只含有共价键17．2022年2月2日到2月4日，北京2022年冬奥会火炬接力在北京、延庆、张家口三个赛区举行，首场火炬传递在奥森公园进行，三大赛区共有1200名火炬手参与传递，火炬使用的是氢燃料。下列说法中不正确的是( )A．火炬燃烧时化学能只转化为热能B．所有的燃烧反应都会释放热量C．2 mol H2和1 mol O2所具有的总能量大于2 mol H2O所具有的总能量D．丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料18．“嫦娥”奔月，“神舟”飞天，长征系列运载火箭(如图)功不可没，其火箭燃料有液氢、偏二甲肼、煤油等，下列有关说法正确的是( )A．氢能热值高，来源广，无污染B．煤油是可再生能源C．偏二甲肼燃烧过程中，热能转化为化学能D．1摩尔氢气的能量低于1摩尔液氢的能量19．(2022·湖北省十堰市教育科学研究院高一期末)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时负极反应如下：2H2+4OH–-4e-=4H2O，则下列说法中错误的是A．产物为无污染的水，属于环境友好电池B．在使用过程中，电解质溶液浓度会降低C．正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-D．电池使用过程中，负极材料的活性一定比正极材料大20．将足量且等量的形状相同的锌块分别加入到等浓度等体积的两份稀硫酸X、Y中，同时向X中加入少量饱和CuSO4溶液，发生反应生成氢气的体积(V)与时间(t)的关系如图所示，反应速率变快的原因是( )A．CuSO4作催化剂B．加入硫酸铜溶液增大了c(SO42-)C．加入硫酸铜溶液增大了溶液体积D．Zn首先与Cu2+反应，生成的Cu与Zn、稀硫酸构成原电池21．(2022·北京师大附中高一期中)关于下图的说法不正确的是( )A．1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)时，需要吸收5 kJ的能量B．2 mol HI(g)分解生成1 mol I2(g)与1 mol H2(g)时，需要吸收12 kJ的能量C．1 mol I2(s)变为1 mol I2(g)时需要吸收17 kJ的能量D．I2(g)与H2(g)生成2HI(g)的反应是吸热反应22．根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是( )A．H2O分解为H2与O2时放出热量B．生成1 mol H2O时吸收热量245 kJC．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙D．氢气和氧气的总能量小于水的能量23．根据能量变化示意图，下列说法正确的是( )A．断开1molHCl(g)中的H—Cl键需要吸收bkJ能量B．反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)，反应物的总能量小于生成物的总能量C．H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 放热(a-b)kJ•mo1-lD．2molHCl(1)分解成1molH2(g)和1molCl2(g)需要吸收ckJ热量24．已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量。根据反应H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g)的能量变化示意图，下列说法不正确的是( )A．H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g) 放热184.4 kJ·mol−1B．HCl(g)eq \o(===)eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g) 吸热92.2 kJ·mol−1C．断开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量D．H2(g)和Cl2(g)形成1 mol HCl(g)释放863.5 kJ的能量25．(2022·福建省安溪第一中学高一月考)如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH +3O22CO2+ 4H2O。下列说法不正确的是( )A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇B．正极反应式为：O2+ 2H2O + 4e－= 4OH－C．负极反应式为：CH3OH + H2O-6e－ = CO2+ 6H+D．该电池提供1mole－，消耗氧气0.25mol二、非选择题26．许多变化中存在着能量的变化,请回答下列问题:(1)从化学键角度上看,化学反应的本质是____________。(2)已知：N≡N键、H-H键和N-H键的链能分别记作a、b和c(单位：kJ·mol-1)合成氨反应的能量变化关系如图所示。①生成1molNH3要______(填“吸收”或“放出”)热量______(用含a、b、c的代数式表示)kJ。②NH3 分解生成N2和1molH2要_________(填“吸收”或“放出”)热量____________(用含a、b、c的代数式表示)kJ。③事实上，反应的热量总小于理论值，原因可能是_____________________。27．工业合成氨的反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，请回答有关问题：(1)合成1 mol NH3(l)________(填“吸收”或“放出”)________kJ的热量。(2)已知：拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ。则图中的a＝________kJ；1 mol N2(g)完全反应生成NH3(g)产生的能量变化为________kJ。(3)推测反应2NH3(l)===2N2(g)＋3H2(g)比反应2NH3(g)===2N2(g)＋3H2(g)________(填“吸收”或“放出”)的热量________(填“多”或“少”)。28．把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中，用导线把锌片和铜片连接起来，导线中间接入灵敏电流表，这个装置(见下图)就是简单的原电池。回答下列问题。(1)电流表上出现的现象是___________。(2)原电池工作时，能把氧化反应和还原反应分开在两个不同区域进行，实现电子的定向转移，电子流动的方向是___________。(3)锌片为___________极，锌片上发生___________反应，溶液中的H+在铜片上___________(选填：得到、失去)电子转化为H2。(4)写出电池中总反应的化学方程式___________。(5)如果装置中锌片、铜片没有用导线连接，化学能则转化为___________能。29．(2022·甘肃省会宁县第一中学高一期末)十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。回答下列问题：Ⅰ.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图。(1)Pt电极(a)为_______极(填“正”或“负”) ；Pt电极(b)上的电极反应式为：_______。(2)该过程总反应的化学反应方程式为_______，反应一段时间后，KOH溶液的浓度将_______(填“增大”“减小”或“不变”)。当消耗0.1 mol O2时，理论上转移电子个数为_______；Ⅱ. 以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。(3)上述过程中，能量的变化形式是由_______转化为_______。(4)根据数据计算，分解1molCO2需_______(填“吸收”或“放出”) _______kJ的能量。30．某实验小组自制如图水果电池，探究影响电池效果的因素有哪些，制成记录表格如下：(1)水果电池中，水果的作用是___________。(2)实验①②③的目的是探究___________。对比实验①②③得出的结论是___________。(3)欲得出水果种类对电池效果有影响的结论，需要对比实验___________(填实验序号)。(4)如果将实验装置中的水果换成CuSO4溶液，电极材料用Cu和Al组成原电池。则负极上电极反应式：___________；正极的现象是___________；原电池总离子方程式：___________。 实验操作实验现象实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，该反应放出热量实验操作实验现象实验结论a.有刺激性气味气体产生b．用手摸烧杯底部有冰凉感觉c．用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部d．烧杯内反应物成糊状化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量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强弱的关系 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反应过程图示宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图微观解释反应物、生成物中化学键的变化关系能量变化断裂旧化学键吸收的总能量＜形成新化学键释放的总能量放出能量断裂旧化学键吸收的总能量＞形成新化学键释放的总能量吸收能量化学键H2O中H-O键O2中O=O 键H2中H-H键H2O2中O-O键H2O2中O-H键键能kJ/mol463496436138463分类依据种类举例来源来自太阳辐射的能量太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能来自地球内部的能量地热能、核能、水能来自天体的引力能量潮汐能转换过程一次能源太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能二次能源石油制品、煤气、电能利用历史化石燃料煤、石油、天然气新能源太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能性质可再生能源太阳能、风能、水能、生物质能不可再生能源煤、石油、天然气、核能电极材料铂铂电解质溶液氢氧化钾溶液盐酸电池反应原理电极反应负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O总反应2H2＋O2===2H2O名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用②电解质溶液为胶状，不流动①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复使用①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等A．铝热反应B．燃料燃烧C．酸碱中和反应D．Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl固体混合ABCD手机用锂电池电动汽车用电池铅酸蓄电池锌锰干电池ABCD正极FeFeCuCu负极CuCuFeFe电解质溶液CuSO4H2SO4CuCl2酒精序号电极电极距离(cm)水果种类电流表(µA)①Cu—Al2.0西红柿78.5②Cu—Fe2.0西红柿70.3③Al—Al2.0西红柿0④Cu—Al2.0柠檬45.7⑤Cu—Al1.0柠檬98.4 0 0 专题04 化学反应与能量变化思维导图知识详解考点1 放热反应与吸热反应1．两条基本规律质量守恒定律：化学反应前后物质的总质量保持不变。能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同，但是体系包含的总能量不变。2．放热反应与吸热反应(1)放热反应：放出热量的化学反应，如燃烧反应、中和反应等。(2)吸热反应：吸收热量的化学反应，如高温下煅烧石灰石等反应。3．化学能与热能转化的实验探究(1)镁与盐酸反应(2)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应4．常见的放热反应和吸热反应【归纳总结】放热反应与吸热反应的比较：【典例1】下列对化学反应的认识错误的是( )A．会引起化学键的变化 B．会产生新的物质C．必然引起物质状态的变化 D．必然伴随着能量的变化【答案】C【解析】化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，并伴随着能量的变化，而化学变化中的反应物和生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故正确答案为C。【典例2】下列反应中属于吸热反应的是( )A．镁与盐酸反应放出氢气 B．氢氧化钠与盐酸反应C．硫粉在空气中燃烧 D．八水氢氧化钡晶体与氯化铵反应【答案】D【解析】A项，Mg与稀盐酸的反应为放热反应，C不符合题意；B项，氢氧化钠与盐酸反应的中和反应为放热反应，B不符合题意；C项，硫粉在空气中燃烧的反应是放热反应，C不符合题意；D项，Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应为吸热反应，D符合题意；故选D。考点2 化学反应中能量变化的原因1．宏观解释——反应物与生成物的总能量不同。2．微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同。3．以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量放热反应 吸热反应【归纳总结】反应热与化学键键能的关系(1)键能：标准状况下，将1 mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。(2)反应热与化学键键能的关系：反应热Q＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，Q<0，反应放热，Q>0，反应吸热。以反应H2＋Cl2===2HCl为例：H—H键、Cl—Cl键和H—Cl键的键能分别为436 kJ·mol－1、243 kJ·mol－1、431 kJ·mol－1，则反应热Q＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1<0，反应放热。【典例3】已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是( )A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行C．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D．反应物X和Y的总能量一定高于生成物M和N的总能量【答案】C 【解析】该反应为吸热反应，说明反应物的总能量低于生成物的总能量，但不能说明X与M的能量关系、Y与N的能量关系，A错误；反应类型与反应条件无关，B错误；反应中断裂化学键吸收的能量比形成化学键时放出的能量高，由能量守恒可知部分能量储存在物质中，为吸热反应，C正确；该反应中X和Y的总能量一定低于生成物M和N的总能量，D错误。【典例4】中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。已知：几种物质中化学键的键能如表所示。若反应过程中分解了2 mol水，则下列说法不正确的是( )A．总反应为2H2O2H2↑+O2↑ B．过程I吸收了926 kJ能量C．过程II放出了574 kJ能量 D．过程Ⅲ属于放热反应【答案】D【解析】A项，用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，则总反应为2H2O2H2↑+O2↑，故A正确；B项，断裂化学键吸收能量，结合表中数据可知，过程Ⅰ吸收了463kJ×2=926kJ能量，故B正确；C项，形成化学键释放能量，则过程Ⅱ放出了436kJ+138kJ=574kJ能量，故C正确；D项，过程IIIH2O2中的O−H键断裂，无化学键的形成，不属于放热反应，故D错误；故选D。考点3 化学反应中能量变化的应用【典例5】关于“碳达峰、碳中和”的说法错误的是( )A．“碳达峰、碳中和”中的“碳”指的是CO2它能引起温室效应B．化石能源中的煤的主要组成物质是碳单质，石油是各种烃类混合物C．发展氢能、核能等新能源是能源转化的重要方向D．CO2催化加氢合成甲酸，是实现“碳中和”的一种有效措施【答案】B【解析】A项，“碳达峰、碳中和”是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低，故碳是指二氧化碳，它能引起温室效应，A正确；B项，煤是由C、H、O、N、S等组成的复杂混合物，煤中碳不是以单质形式存在，B错误；C项，新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，C正确；D项，CO2催化加氢合成甲酸，是实现“碳中和”的一种有效措施，D正确；故选B。【典例6】2021年12月，“中国航天”入选年度中国媒体流行语。航天领域常用“液氧-煤油”、“液氧-液氢”等火箭推进剂。下列关于火箭推进剂的说法错误的是( )A．推进剂中燃料燃烧的反应是吸热反应B．“液氧-煤油”推进剂燃烧产物含有CO2C．“液氧-液氢”推进剂具有清洁等优点，但储存和运输较为困难D．火箭推进剂的发展对人类社会的进步具有促进作用【答案】A【解析】A项，推进剂中燃料燃烧的反应是放热反应，故A错误；B项，液氧、煤油反应生成的水和二氧化碳对环境无污染，而液肼、二氧化氮在反应时会产生氮的氧化物，污染环境，液氧、煤油的获取也较液肼、二氧化氮的获取成本要低，故B正确；C项，“液氧-液氢”反应生成的产物为水，对环境无污染，但液氢的获取和储存均不容易，故C正确；D项，火箭推进剂的发展会带来人类对太空研究的发展，对人类社会的进步具有促进作用，故D正确；故选A。考点4 化学能与电能的相互转化1．火力发电的能量转化关系 化学能 热能 机械能 电能 火力发电的缺点：①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。2．原电池的工作原理(1)原电池：原电池是一种将化学能转化为电能的装置。(2)构成原电池的条件： = 1 \* GB3 ①具有活泼性不同的两个电极； = 2 \* GB3 ②两电极插入电解质溶液中； = 3 \* GB3 ③形成闭合回路； = 4 \* GB3 ④能自发地发生氧化还原反应。(3)原电池的工作原理 = 1 \* GB3 ①反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 = 2 \* GB3 ②电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。 = 3 \* GB3 ③离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(4)原电池正、负极判断方法 = 1 \* GB3 ①据电极材料——活泼的易失电子的为负极，不活泼的为正极。 = 2 \* GB3 ②据电子的流向——电子流出的为负极，电子流入的为正极。 = 3 \* GB3 ③据化学反应——失电子发生氧化反应的为负极，得电子发生还原反应的为正极。 = 4 \* GB3 ④据电极现象——溶解的为负极，产生气体或固体析出的为正极。 = 5 \* GB3 ⑤据阴阳离子的定向移动——阳离子流向正极，阴离子流向负极。以上方法之间的联系如图：(5)原电池原理的应用 = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①比较金属活动性强弱。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。 = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②金属的防护。使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。 = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③设计制作化学电源。化学能转化为电能。 = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④加快化学反应速率。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。【归纳总结】原电池正负极的判断方法【典例7】如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是( )A．铜片表面有气泡生成B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变【答案】C【解析】铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，故Cu上有气泡生成，A正确；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，导线中会有电子流动，C错误；金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，电路中的电流方向不变，仍然由Cu流向负极，D正确。【典例8】如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( )A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液【解析】选D A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A项和B项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项中A极变细，B项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项中A极变细，D项中A极变粗。考点5 常见化学电源的反应原理1．一次电池(1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；(2)锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；2．二次电池(可充电电池)电池内部储存的化学能转化为电能释放出来，也可以外界提供电能转化为化学能储存在电池内部。放电是原电池原理，充电是电解池原理。铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是eq \a\vs4\al(Pb)，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应①负极：Pb(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)(还原反应)。②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)(氧化反应)。③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq \o(=====,\s\up7(电解))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O充电电池并不能无限次的使用。【典例9】日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NHeq \o\al(＋,4)＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是( )A．干电池内发生的是氧化还原反应B．锌为负极，碳为正极C．工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器【答案】C【解析】由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确；在外电路中，电子从负极流向正极，故选项C不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而生成H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项D正确。【典例10】铅蓄电池是典型的可充电电池，电动车的动力多数以铅蓄电池提供，其工作原理是原电池放电原理。关于铅蓄电池的说法正确的是( )A．在放电时，正极发生的反应是Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)【答案】B【解析】铅蓄电池是生活里最常见的可充电电池，正确判断出两极并书写电极反应式是解决本类问题的关键。铅蓄电池是原电池中要求掌握的内容，其总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，根据总反应式中化合价的升降可判断出两极：放电时Pb为负极、PbO2为正极，充电时Pb为阴极产物、PbO2为阳极产物；电极反应：放电时负极反应为Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4，正极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O；充电时阴极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)，阳极反应为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)。书写过程中要特别注意电极产物Pb2＋与SOeq \o\al(2－,4)不共存，要发生反应生成PbSO4。根据充电时的总反应，可判断出充电时硫酸的浓度不断增大。另外，该电池中，SOeq \o\al(2－,4)在放电时移向负极Pb、充电时移向阳极PbSO4；H＋与之相反。考点6 燃料电池1．氢氧燃料电池2．甲醇空气燃料电池(氢氧化钾溶液)总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2COeq \o\al(2－,3)＋6H2O【归纳总结】几种电池的特点比较【典例11】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为( )A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－【答案】C【解析】根据题给信息，该燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O。电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A、D错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B错误。【典例12】燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷燃料电池说法中正确的为( )A．负极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．随着放电进行，溶液的pH不变C．负极的电极反应式为CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2OD．放电时溶液中的OH－向负极移动【答案】D【解析】CH4在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，A错误；CH4在负极失去电子后转化为COeq \o\al(2－,3)，消耗OH－，溶液pH减小，B错误；负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O，C错误；放电过程中阴离子(OH－)向负极移动，D正确。专项练习一、选择题1．(2022·甘肃省庄浪县第一中学高一期中)下列反应既是氧化还原反应，又是放热反应的是( )A．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 B．灼热的炭与CO2的反应C．铝片与稀硫酸的反应 D．红热的焦炭与水蒸气的反应【答案】C【解析】A项，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl发生的是复分解反应不属于氧化还原反应，并且该反应吸热，不符合题意，A项错误；B项，C与CO2在高温条件下发生氧化还原反应生成CO，该反应是吸热反应，不符合题意，B项错误；C项，铝片与稀硫酸发生的是置换反应，属于氧化还原反应，并且也是放热反应，符合题意，C项正确；D项，C与水蒸气在高温下发生的是氧化还原反应，生成CO和H2，该反应属于吸热反应，不符合题意，D项错误；故选C。2．下列反应中能量变化与其它不同的是( )【答案】D【解析】A项，铝热反应是放热反应；B项，燃料燃烧是放热反应；C项，酸碱中和反应是放热反应；D项，氯化铵晶体与Ba(OH)2•8H2O的反应是吸热反应，故选D。3．下列电池不属于二次电池的是( )【答案】D【解析】四种电池中只有锌锰干电池不属于二次电池，故D项符合题意。4．(2022·湖南省双峰县第八中学高一期中)下列说法正确的是( )A．镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C．化学电池的反应原理是氧化还原反应D．铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO2【答案】C【解析】A项，镍氢电池、锂离子电池为二次电池，碱性锌锰干电池为一次电池，故A错误；B项，燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等，产物多为CO2、H2O等，不污染环境，故B错误；C项，化学电池是将化学能转变为电能的装置，有电子的得失，实质为氧化还原反应，故C正确；D项，铅蓄电池放电的时候，Pb被氧化，为原电池的负极；PbO2被还原，为原电池的正极，故D错误。故选C。5．下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( )【答案】B【解析】硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，A 不合题意；锂离子电池是将化学能转化为电能的装置，B合题意；太阳能热水器是将太阳能转化为热能的装置，C不合题意；燃气灶是将化学能转化为热能的装置，D不符合题意。故选B。6．对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是( )A．电子流入的一极为正极 B．比较不活泼的一极为正极C．电子流出的一极为负极 D．发生氧化反应的一极为正极【答案】D【解析】原电池中，电子流入的一极为正极，A正确；较不活泼的一极为正极，B正确；电子流出的一极为负极，C正确；发生氧化反应的一极为负极，D错误。故选D。7．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是( )A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2B．两极上溶解和析出的物质质量相等C．锌片溶解31 g，铜片上析出1 g H2D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol【答案】A【解析】在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点，即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气也得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。故选A。8．(2022·江苏省盐城市高二学业考试)先进的甲醇蒸气重整—变压吸附技术可得到高浓度CO2混合气、H2，化学反应原理是CH3OH+H2O→CO2+3H2，其能量变化如图所示。下列说法正确的是( )A．CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程B．反应物的总能量小于生成物的总能量C．形成H—H键放出能量D．断开H—C键放出能量【答案】C【解析】A项，图示能量变化趋势可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以CH3OH转变成H2的过程是一个放出热量的过程，A错误；B项，反应物的总能量大于生成物的总能量，，B错误；C项，化学键的形成需要释放能量，所以形成H—H键放出能量，C正确；D项，化学键的断裂需要吸收能量，D错误；故选C。9．如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是( )A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2B．水果电池的化学能转化为电能C．此水果发电的原理是电磁感应D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片【答案】C【解析】若金属片A是正极，正极上H＋得电子生成H2，A正确；水果电池是将化学能转化为电能的装置，B正确；此水果发电的原理是化学反应，C错误；由于铜没有铁活泼，铁片在酸性条件下会失去电子，而铜不可以，故两金属片可以一个是铜片，另一个是铁片，D正确。10．普通锌锰干电池的构造如图所示，其电池反应的方程式为：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列说法正确的是( )A．石墨作负极B．锌失去电子，被还原C．电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D．正极的电极反应为：NH＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH3【答案】D【解析】A项，根据电池反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，原电池中负极上是金属锌发生失电子的氧化反应，A项错误；B项，电池中锌失去电子，被氧化，B项错误；C项，电池中电子从负极流向正极即从锌经导线流向石墨，C项错误；D项，正极得电子发生还原反应，所以正极的电极反应为：NH4+＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH3，D项正确；故选D。11．(2022·浙江省绍兴市教育教学研究院高一期末)利用石墨、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论不正确的是( )A．原电池是将化学能转化成电能的装置B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C．图中电极a为石墨、电极b为锌片时，导线中会产生电流D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片【答案】D【解析】A项，原电池是把化学能转化为电能的装置，A正确；B项，原电池由电解质溶液、电极、导线组成闭合回路，B正确；C项，因为橙汁为酸性，所以图中a极为石墨、b极为锌片时，则Zn作原电池的负极，石墨作原电池的正极，导线中会产生电流，C正确；D项，图中a极为锌片、b极为铜片时，则Zn为负极，Cu为正极，电子从负极流向正极，所以电子从Zn片流向Cu片，D错误；故选D。12．(2022·湖北省襄阳市襄州区高一期末)关于原电池的下列说法中，正确的是( )A．在正极上发生还原反应 B．化学性质较活泼的金属为正极C．在外电路，电子流出正极 D．是由电能转化为化学能的装置【答案】A【解析】A项，原电池放电时，正极上得电子发生还原反应，故A正确；B项，原电池中，化学性质较活泼的金属失电子作负极，故B错误；C项，原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，故C错误；D项，原电池是把化学能转变为电能的装置，故D错误；故选A。13．将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入相同浓度的稀硫酸中，以下有关叙述中正确的是( )A．甲、乙两装置中铜片表面均有气泡生成B．甲、乙装置中均实现了电能转化为化学能C．甲、乙两装置中Zn被腐蚀的速率相等D．一段时间后，甲、乙两装置中溶液的酸性均减弱【答案】D【解析】甲装置中Zn和Cu构成了原电池，有活泼性不同的两极，有电解质溶液，形成闭合回合，有自发的氧化还原反应。乙装置中，Cu和Zn没有接触，没有形成闭合回路，只有Zn与稀硫酸反应，而Cu不反应；A项，乙装置中，Zn和Cu没有形成闭合回合，没有构成原电池，Cu的表面没有气泡生成，故A错误；B项，乙装置中，Zn和Cu没有形成闭合回合，没有构成原电池，不能实现化学能到电能的转化，故B错误；C项，氧化还原反应改成原电池后，会加快反应速率，甲装置中Zn的腐蚀速率快于乙装置中Zn的腐蚀速率，故C错误；D项，甲乙装置中，Zn均与硫酸发生反应，酸被消耗，酸性减弱，故D正确；故选D。14．某学习兴趣小组探究电池的工作原理，组装了以下装置，能形成原电池的是( )A．B．C．D．【答案】A【解析】A项，该装置符合原电池的构成条件，铁作负极，铜作正极，负极上铁失电子发生氧化反应，正极上氢离子得电子发生还原反应，故A正确；B项，该装置中，两个金属电极相同，所以不能构成原电池，故B错误；C项，该装置中，两个金属电极相同，且酒精溶液为非电解质溶液，故C错误；D项，该装置中，两个金属电极相同，不能自发的进行氧化还原反应，故D错误。故选A。15．一个原电池的总反应的离子方程式是Fe+Cu2+=Fe2++Cu，该反应的原电池组成正确的是( )【答案】C【解析】由电池反应式Fe+Cu2+═Fe2++Cu知，Fe失电子发生氧化反应，作负极；不如Fe活泼的金属或导电的非金属作正极，正极上铜离子得电子发生还原反应，则电解质溶液中应含有铜离子，所以应为可溶性的铜盐，A项，该装置中，Fe易失电子应作负极，铜作正极，电解质溶液应为可溶性的铜盐，不符合条件，故A错误；B项，该装置中，Fe易失电子应作负极，铜作正极，电解质溶液应为可溶性的铜盐，不符合条件，故B错误；C项，该装置中，Fe易失电子作负极，铜作正极，电解质溶液为可溶性的铜盐，符合条件，故C正确；D项，酒精是非电解质，不能组成原电池，故D错误；故选C。16．将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可见( )A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B．NH4HCO3和盐酸反应中，热能转化为产物内部的能量C．反应物的总能量高于生成物的总能量D．NH4HCO3只含有共价键【答案】B【解析】反应过程中醋酸逐渐凝固，说明HCl和NH4HCO3反应过程中温度降低，则该反应是吸热反应，反应物的总能量低于生成物的总能量，据此解答。A．醋酸逐渐凝固，说明反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低，即NH4HCO3与HCl的反应为吸热反应，A错误；B．该反应为吸热反应，即吸收的热量转化为产物内部的能量，B正确；C．因反应为吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误；D．NH4HCO3属于离子化合物，含有离子键，另外还含有共价键，D错误。故选B。17．2022年2月2日到2月4日，北京2022年冬奥会火炬接力在北京、延庆、张家口三个赛区举行，首场火炬传递在奥森公园进行，三大赛区共有1200名火炬手参与传递，火炬使用的是氢燃料。下列说法中不正确的是( )A．火炬燃烧时化学能只转化为热能B．所有的燃烧反应都会释放热量C．2 mol H2和1 mol O2所具有的总能量大于2 mol H2O所具有的总能量D．丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料【答案】A【解析】火炬燃烧时还有化学能与光能的转化，A错；燃烧都是放热反应，B对；因为丙烷燃烧为放热反应，所以据反应的化学方程式可知，C对；氢气完全燃烧时产物为H2O，对环境无污染，D对。18．“嫦娥”奔月，“神舟”飞天，长征系列运载火箭(如图)功不可没，其火箭燃料有液氢、偏二甲肼、煤油等，下列有关说法正确的是( )A．氢能热值高，来源广，无污染B．煤油是可再生能源C．偏二甲肼燃烧过程中，热能转化为化学能D．1摩尔氢气的能量低于1摩尔液氢的能量【答案】A【解析】A项，氢气可以来自水的分解，来源广；单位质量的氢气燃烧放出的热量多，热值高；生成物是水，无污染，故A正确；B项，煤油是石油分馏的产物，石油是不可再生能源，所以煤油也是不可再生能源，故B错误；C项，燃烧过程是燃料的化学能转化为热能的过程，故C错误；D项，同一物质，气态能量高于液态能量，所以1mol氢气的能量高于1mol液氢的能量，故D错误；故选A。19．(2022·湖北省十堰市教育科学研究院高一期末)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时负极反应如下：2H2+4OH–-4e-=4H2O，则下列说法中错误的是A．产物为无污染的水，属于环境友好电池B．在使用过程中，电解质溶液浓度会降低C．正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-D．电池使用过程中，负极材料的活性一定比正极材料大【答案】D【解析】A项，氢氧燃料电池的电池总反应为2H2+O2═2H2O，产物是水，对环境无污染，且能量转化率高，属于环境友好电池，故A正确；B项，氢氧燃料电池的电池总反应为2H2+O2═2H2O，产物是水，所以工作一段时间后电解质溶液的浓度会降低；故B正确；C项，氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，30%KOH溶液为电解质溶液，所以O2在正极得电子发生还原反应，其电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C正确；D项，氢氧燃料电池的两极材料可以选择石墨电极，即正极和负极均可选择石墨电极，所以负极材料的活性不一定比正极材料大，故D错误；故选D。20．将足量且等量的形状相同的锌块分别加入到等浓度等体积的两份稀硫酸X、Y中，同时向X中加入少量饱和CuSO4溶液，发生反应生成氢气的体积(V)与时间(t)的关系如图所示，反应速率变快的原因是( )A．CuSO4作催化剂B．加入硫酸铜溶液增大了c(SO42-)C．加入硫酸铜溶液增大了溶液体积D．Zn首先与Cu2+反应，生成的Cu与Zn、稀硫酸构成原电池【答案】D【解析】由题意可知，曲线X表示的反应速率更快，且生成氢气的体积不变，原因是Zn首先与Cu2+反应生成Cu , Cu与Zn、稀硫酸构成原电池加快反应速率，导致X比Y的反应速率快，故选D。21．(2022·北京师大附中高一期中)关于下图的说法不正确的是( )A．1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)时，需要吸收5 kJ的能量B．2 mol HI(g)分解生成1 mol I2(g)与1 mol H2(g)时，需要吸收12 kJ的能量C．1 mol I2(s)变为1 mol I2(g)时需要吸收17 kJ的能量D．I2(g)与H2(g)生成2HI(g)的反应是吸热反应【答案】D【解析】A项，由图可知，1 mol I2(s)和1 mol H2(g)吸收5 kJ热量生成2 mol HI(g)，A正确；B项，由图可知，1 mol I2(g)和1 mol H2(g)生成2 mol HI(g)放出12 kJ热量，则2 mol HI(g)分解生成1 mol I(g)与1 mol H2(g)时需要吸收12 kJ的能量，B正确；C项，由图可知，1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)放出17 kJ的热量，则1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量，C正确；D项，由图可知，1 mol I2(g)＋1 mol H2(g)生成2 mol HI(g)放出12 kJ热量，应为放热反应，D错误。故选D。22．根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是( )A．H2O分解为H2与O2时放出热量B．生成1 mol H2O时吸收热量245 kJC．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙D．氢气和氧气的总能量小于水的能量【答案】C【解析】根据能量变化可知，1 mol H2与eq \f(1,2) mol O2断键时吸收685 kJ能量，而生成1 mol H2O放出930 kJ能量，所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。23．根据能量变化示意图，下列说法正确的是( )A．断开1molHCl(g)中的H—Cl键需要吸收bkJ能量B．反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)，反应物的总能量小于生成物的总能量C．H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 放热(a-b)kJ•mo1-lD．2molHCl(1)分解成1molH2(g)和1molCl2(g)需要吸收ckJ热量【答案】C【解析】A项，断开1molHCl(g)中H-Cl键吸收J能量与1molH和1molCl形成1molH-Cl放出热量相等，形成2molHCl(g)放出热量bkJ，所以断开1molHCl(g)中H-Cl键吸收能量=×bkJ=bkJ能量，故A错误；B项，该反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故B错误；C项，反应放出热量=反应物的键能之和-生成物的键能之和，即H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 放热为(a-b)kJ•mo1-l，故C正确；D项，由图可知，2mol气态HCl(g)分解成1molH2(g)和1molCl2(g)需要吸收ckJ热量，由于液态HCl气化需要吸热，则2mol气态HCl(l)分解成1molH2(g)和1molCl2(g)需要吸收的热量大于ckJ，故D错误；故选C。24．已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量。根据反应H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g)的能量变化示意图，下列说法不正确的是( )A．H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g) 放热184.4 kJ·mol−1B．HCl(g)eq \o(===)eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g) 吸热92.2 kJ·mol−1C．断开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量D．H2(g)和Cl2(g)形成1 mol HCl(g)释放863.5 kJ的能量【答案】D【解析】A项，已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量，1molH2+1molCl2=2molH+2molCl, 吸收679.1kJ的热量，2molH+2molCl=2HCl放出863.5kJ的热量，所以反应H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g) 放热184.4 kJ·mol−1，故A正确； B项，由上述分析H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g) 放热184.4 kJ·mol−1可知，HCl(g)eq \o(===)eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g) 吸热92.2 kJ·mol−1，故B正确；C项，已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量，1molH2+1molCl2=2molH+2molCl, 吸收679.1kJ的热量，断开1 molH2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量，故C正确；D项，由图像可知，1molH2+1molCl2=2molH+2molCl吸收679.1kJ的热量，2molH+2molCl=2HCl放出863.5kJ的热量，所以H(g)和Cl(g)形成1molHCl释放431.75kJ的能量,故D错误；故选D。25．(2022·福建省安溪第一中学高一月考)如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH +3O22CO2+ 4H2O。下列说法不正确的是( )A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇B．正极反应式为：O2+ 2H2O + 4e－= 4OH－C．负极反应式为：CH3OH + H2O-6e－ = CO2+ 6H+D．该电池提供1mole－，消耗氧气0.25mol【答案】B【解析】A项，左电极是电池的负极，负极上投放燃料甲醇，甲醇在负极上失电子发生氧化反应，故A正确；B项，酸性条件下，正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，故B错误；C项，负极上投放燃料甲醇，甲醇在负极上失电子生成二氧化碳，负极反应式为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，故C正确；D项，已知正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，则消耗1mol氧气转移1mol电子，所以该电池提供1mole-，消耗氧气0.25mol，故D正确；故选B。二、非选择题26．许多变化中存在着能量的变化,请回答下列问题:(1)从化学键角度上看,化学反应的本质是____________。(2)已知：N≡N键、H-H键和N-H键的链能分别记作a、b和c(单位：kJ·mol-1)合成氨反应的能量变化关系如图所示。①生成1molNH3要______(填“吸收”或“放出”)热量______(用含a、b、c的代数式表示)kJ。②NH3 分解生成N2和1molH2要_________(填“吸收”或“放出”)热量____________(用含a、b、c的代数式表示)kJ。③事实上，反应的热量总小于理论值，原因可能是_____________________。【答案】(1)旧化学键的断裂与新化学键的形成(2)①放出(1分) ②吸收(1分) ③反应不充分、热量损失等(或其他合理答案) 【解析】(1)从化学键角度上看，化学反应的本质为旧化学键的断裂与新化学键的形成；(2)①根据图像可知反应物总能量高于生成物总能量，则反应是放热反应，依据方程式N2＋3H22NH3可知生成1molNH3放出的热量是kJ。②根据以上分析可知NH3分解生成N2和1molH2要吸收的热量为kJ。③由于是可逆反应，且会有热量损失，因此反应的热量总小于理论值。27．工业合成氨的反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，请回答有关问题：(1)合成1 mol NH3(l)________(填“吸收”或“放出”)________kJ的热量。(2)已知：拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ。则图中的a＝________kJ；1 mol N2(g)完全反应生成NH3(g)产生的能量变化为________kJ。(3)推测反应2NH3(l)===2N2(g)＋3H2(g)比反应2NH3(g)===2N2(g)＋3H2(g)________(填“吸收”或“放出”)的热量________(填“多”或“少”)。【答案】(1)放出 b＋c－a (2)1 127 92 (3)吸收 多【解析】(1)分析能量变化图，反应物的能量和大于生成物的能量和，反应放热，合成1 mol NH3(l)时放出(b＋c－a)kJ的热量。(2)图中的a为断裂旧化学键吸收的能量：946×eq \f(1,2)＋436×eq \f(3,2)＝1 127(kJ)；从化学键角度计算化学反应的能量变化：946＋3×436－6×391＝－92(kJ)。(3)逆反应为吸热反应，结合图象，前者吸收的热量比后者多c kJ。28．把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中，用导线把锌片和铜片连接起来，导线中间接入灵敏电流表，这个装置(见下图)就是简单的原电池。回答下列问题。(1)电流表上出现的现象是___________。(2)原电池工作时，能把氧化反应和还原反应分开在两个不同区域进行，实现电子的定向转移，电子流动的方向是___________。(3)锌片为___________极，锌片上发生___________反应，溶液中的H+在铜片上___________(选填：得到、失去)电子转化为H2。(4)写出电池中总反应的化学方程式___________。(5)如果装置中锌片、铜片没有用导线连接，化学能则转化为___________能。【答案】(1)指针偏转 (2)锌片→导线→铜片(3) 负(−) 氧化 得到 (4)Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ (5)热【解析】(1)由于金属活动性：Zn＞Cu，且Zn与硫酸会发生反应，所以Zn、Cu、硫酸构成原电池，因此在电流表上出现的现象是指针发生偏转。(2)由于金属活动性：Zn＞Cu，所以Zn为负极，失去电子，发生氧化反应；Cu为正极，在正极上H+得到电子被还原产生H2，因此电子由负极Zn经导线流向正极Cu，故电子流动的方向是：锌片→导线→铜片。(3)由于金属活动性：Zn＞Cu，所以Zn为负极，失去电子，发生氧化反应；Cu为正极，在正极上H+得到电子被还原产生H2。(4)Zn为负极，负极的电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+；Cu为正极，正极的电极反应式为：2H++2e-=H2↑，由于同一闭合回路中电子转移数目相等，将正、负极电极反应式叠加，可得总反应的离子方程式为：Zn+2H+=Zn2++H2↑，该反应的化学方程式为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。(5)若装置中锌片、铜片没有用导线连接，由于活动性：Zn＞H＞Cu，则Cu不发生反应，而Zn片直接与硫酸发生上述反应，发生该化学反应放出热量，故化学能转化为热能。29．(2022·甘肃省会宁县第一中学高一期末)十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。回答下列问题：Ⅰ.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图。(1)Pt电极(a)为_______极(填“正”或“负”) ；Pt电极(b)上的电极反应式为：_______。(2)该过程总反应的化学反应方程式为_______，反应一段时间后，KOH溶液的浓度将_______(填“增大”“减小”或“不变”)。当消耗0.1 mol O2时，理论上转移电子个数为_______；Ⅱ. 以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。(3)上述过程中，能量的变化形式是由_______转化为_______。(4)根据数据计算，分解1molCO2需_______(填“吸收”或“放出”) _______kJ的能量。【答案】(1) 负极 O2+4e-+2H2O=4OH- (2)4NH3+3O2= 2N2+6H2O 减小 2.4081023 (3) 光能、热能 化学能 (4) 吸收 278【解析】Ⅰ.(1) Pt电极(a)通入的是氨气，生成氮气，说明氨气被氧化，则Pt电极(a)为电源的负极。Pt电极(b)通入的是氧气，为电源的正极，电解质为碱性溶液，则Pt电极(b)上的电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-。(2)由图可知，Pt电极(a)通入的是氨气，生成氮气，则Pt电极(a)上的电极反应式为2NH3-6e-+ 6OH-=N2+6H2O，根据两个电极上的电极反应式可知，该过程总的反应化学方程式为4NH3+3O2= 2N2+6H2O。从反应的总化学方程式来看，由于有水生成，导致一段时间后，KOH溶液的浓度会减小。根据电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-，消耗1mol O2转移电子4 mol，则当消耗0.1 mol O2时，理论上转移电子个数为0.46.021023=2.4081023。Ⅱ.(3)由图可知，上述过程中，以TiO2为催化剂，在光和热的条件下，CO2分解为CO和O2，根能量守恒定律，该过程中能量的变化形式是由光能、热能转化为化学能。(4) CO2分解为CO和O2，根据反应的焓变=反应物的键能总和-生成物的键能总和及焓变与其方程式中的化学计量数成正比，由2 CO2(g)=2CO(g)+O2(g)及图中各分子化学键完全断裂时的能量变化数据可知=21598kJ·mol-1-(21072+496) kJ·mol-1=+556 kJ·mol-1，所以，分解1molCO2需吸收278 kJ的能量。30．某实验小组自制如图水果电池，探究影响电池效果的因素有哪些，制成记录表格如下：(1)水果电池中，水果的作用是___________。(2)实验①②③的目的是探究___________。对比实验①②③得出的结论是___________。(3)欲得出水果种类对电池效果有影响的结论，需要对比实验___________(填实验序号)。(4)如果将实验装置中的水果换成CuSO4溶液，电极材料用Cu和Al组成原电池。则负极上电极反应式：___________；正极的现象是___________；原电池总离子方程式：___________。【答案】(1)作(提供)电解质溶液 (2)电极材料对电池效果(或电流)的影响 在其他条件相同时，电极材料活泼性相差越大，电池效果越好 (3)①④ (4)Al-3e-=Al3+ 铜电极上有红色物质附着(或铜电极变粗) 2Al+3Cu2+=2Al3++3Cu 【解析】(1)水果中含有电解质溶液，则水果电池中，水果的作用是作(提供)电解质溶液。(2)实验①②③中，电极距离和水果种类相同，只有电极材料不同，而电流计的示数不同，由此可知这三个实验进行对比探究了电极材料对电池效果(或电流)的影响，依据实验现象可得出在其他条件相同时，电极材料活泼性相差越大，电池效果越好；(3)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，就需要选择其他条件相同，只有水果种类不同的实验进行对比，如实验①和实验④；故填：①④；(4)铝是活泼金属，铜是不活泼的金属，如果将实验装置中的水果换成CuSO4溶液，电极材料用Cu和Al组成原电池，则负极是铝，铜是正极，负极上电极反应式为Al-3e-=Al3+，铜离子在正极放电析出铜，因此正极的现象是铜电极上有红色物质附着(或铜电极变粗)，原电池总离子反应方程式为2Al+3Cu2+=2Al3++3Cu。 实验操作实验现象实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，该反应放出热量实验操作实验现象实验结论a.有刺激性气味气体产生b．用手摸烧杯底部有冰凉感觉c．用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部d．烧杯内反应物成糊状化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量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强弱的关系 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反应过程图示宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图微观解释反应物、生成物中化学键的变化关系能量变化断裂旧化学键吸收的总能量＜形成新化学键释放的总能量放出能量断裂旧化学键吸收的总能量＞形成新化学键释放的总能量吸收能量化学键H2O中H-O键O2中O=O 键H2中H-H键H2O2中O-O键H2O2中O-H键键能kJ/mol463496436138463分类依据种类举例来源来自太阳辐射的能量太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能来自地球内部的能量地热能、核能、水能来自天体的引力能量潮汐能转换过程一次能源太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能二次能源石油制品、煤气、电能利用历史化石燃料煤、石油、天然气新能源太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能性质可再生能源太阳能、风能、水能、生物质能不可再生能源煤、石油、天然气、核能电极材料铂铂电解质溶液氢氧化钾溶液盐酸电池反应原理电极反应负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O总反应2H2＋O2===2H2O名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用②电解质溶液为胶状，不流动①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复使用①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等A．铝热反应B．燃料燃烧C．酸碱中和反应D．Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl固体混合ABCD手机用锂电池电动汽车用电池铅酸蓄电池锌锰干电池ABCD正极FeFeCuCu负极CuCuFeFe电解质溶液CuSO4H2SO4CuCl2酒精序号电极电极距离(cm)水果种类电流表(µA)①Cu—Al2.0西红柿78.5②Cu—Fe2.0西红柿70.3③Al—Al2.0西红柿0④Cu—Al2.0柠檬45.7⑤Cu—Al1.0柠檬98.4
0 0 专题04 化学反应与能量变化思维导图知识详解考点1 放热反应与吸热反应1．两条基本规律质量守恒定律：化学反应前后物质的总质量保持不变。能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同，但是体系包含的总能量不变。2．放热反应与吸热反应(1)放热反应：放出热量的化学反应，如燃烧反应、中和反应等。(2)吸热反应：吸收热量的化学反应，如高温下煅烧石灰石等反应。3．化学能与热能转化的实验探究(1)镁与盐酸反应(2)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应4．常见的放热反应和吸热反应【归纳总结】放热反应与吸热反应的比较：【典例1】下列对化学反应的认识错误的是( )A．会引起化学键的变化 B．会产生新的物质C．必然引起物质状态的变化 D．必然伴随着能量的变化【答案】C【解析】化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，并伴随着能量的变化，而化学变化中的反应物和生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故正确答案为C。【典例2】下列反应中属于吸热反应的是( )A．镁与盐酸反应放出氢气 B．氢氧化钠与盐酸反应C．硫粉在空气中燃烧 D．八水氢氧化钡晶体与氯化铵反应【答案】D【解析】A项，Mg与稀盐酸的反应为放热反应，C不符合题意；B项，氢氧化钠与盐酸反应的中和反应为放热反应，B不符合题意；C项，硫粉在空气中燃烧的反应是放热反应，C不符合题意；D项，Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应为吸热反应，D符合题意；故选D。考点2 化学反应中能量变化的原因1．宏观解释——反应物与生成物的总能量不同。2．微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同。3．以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量放热反应 吸热反应【归纳总结】反应热与化学键键能的关系(1)键能：标准状况下，将1 mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。(2)反应热与化学键键能的关系：反应热Q＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，Q<0，反应放热，Q>0，反应吸热。以反应H2＋Cl2===2HCl为例：H—H键、Cl—Cl键和H—Cl键的键能分别为436 kJ·mol－1、243 kJ·mol－1、431 kJ·mol－1，则反应热Q＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1<0，反应放热。【典例3】已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是( )A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行C．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D．反应物X和Y的总能量一定高于生成物M和N的总能量【答案】C 【解析】该反应为吸热反应，说明反应物的总能量低于生成物的总能量，但不能说明X与M的能量关系、Y与N的能量关系，A错误；反应类型与反应条件无关，B错误；反应中断裂化学键吸收的能量比形成化学键时放出的能量高，由能量守恒可知部分能量储存在物质中，为吸热反应，C正确；该反应中X和Y的总能量一定低于生成物M和N的总能量，D错误。【典例4】中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。已知：几种物质中化学键的键能如表所示。若反应过程中分解了2 mol水，则下列说法不正确的是( )A．总反应为2H2O2H2↑+O2↑ B．过程I吸收了926 kJ能量C．过程II放出了574 kJ能量 D．过程Ⅲ属于放热反应【答案】D【解析】A项，用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，则总反应为2H2O2H2↑+O2↑，故A正确；B项，断裂化学键吸收能量，结合表中数据可知，过程Ⅰ吸收了463kJ×2=926kJ能量，故B正确；C项，形成化学键释放能量，则过程Ⅱ放出了436kJ+138kJ=574kJ能量，故C正确；D项，过程IIIH2O2中的O−H键断裂，无化学键的形成，不属于放热反应，故D错误；故选D。考点3 化学反应中能量变化的应用【典例5】关于“碳达峰、碳中和”的说法错误的是( )A．“碳达峰、碳中和”中的“碳”指的是CO2它能引起温室效应B．化石能源中的煤的主要组成物质是碳单质，石油是各种烃类混合物C．发展氢能、核能等新能源是能源转化的重要方向D．CO2催化加氢合成甲酸，是实现“碳中和”的一种有效措施【答案】B【解析】A项，“碳达峰、碳中和”是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低，故碳是指二氧化碳，它能引起温室效应，A正确；B项，煤是由C、H、O、N、S等组成的复杂混合物，煤中碳不是以单质形式存在，B错误；C项，新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，C正确；D项，CO2催化加氢合成甲酸，是实现“碳中和”的一种有效措施，D正确；故选B。【典例6】2021年12月，“中国航天”入选年度中国媒体流行语。航天领域常用“液氧-煤油”、“液氧-液氢”等火箭推进剂。下列关于火箭推进剂的说法错误的是( )A．推进剂中燃料燃烧的反应是吸热反应B．“液氧-煤油”推进剂燃烧产物含有CO2C．“液氧-液氢”推进剂具有清洁等优点，但储存和运输较为困难D．火箭推进剂的发展对人类社会的进步具有促进作用【答案】A【解析】A项，推进剂中燃料燃烧的反应是放热反应，故A错误；B项，液氧、煤油反应生成的水和二氧化碳对环境无污染，而液肼、二氧化氮在反应时会产生氮的氧化物，污染环境，液氧、煤油的获取也较液肼、二氧化氮的获取成本要低，故B正确；C项，“液氧-液氢”反应生成的产物为水，对环境无污染，但液氢的获取和储存均不容易，故C正确；D项，火箭推进剂的发展会带来人类对太空研究的发展，对人类社会的进步具有促进作用，故D正确；故选A。考点4 化学能与电能的相互转化1．火力发电的能量转化关系 化学能 热能 机械能 电能 火力发电的缺点：①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。2．原电池的工作原理(1)原电池：原电池是一种将化学能转化为电能的装置。(2)构成原电池的条件： = 1 \* GB3 ①具有活泼性不同的两个电极； = 2 \* GB3 ②两电极插入电解质溶液中； = 3 \* GB3 ③形成闭合回路； = 4 \* GB3 ④能自发地发生氧化还原反应。(3)原电池的工作原理 = 1 \* GB3 ①反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 = 2 \* GB3 ②电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。 = 3 \* GB3 ③离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(4)原电池正、负极判断方法 = 1 \* GB3 ①据电极材料——活泼的易失电子的为负极，不活泼的为正极。 = 2 \* GB3 ②据电子的流向——电子流出的为负极，电子流入的为正极。 = 3 \* GB3 ③据化学反应——失电子发生氧化反应的为负极，得电子发生还原反应的为正极。 = 4 \* GB3 ④据电极现象——溶解的为负极，产生气体或固体析出的为正极。 = 5 \* GB3 ⑤据阴阳离子的定向移动——阳离子流向正极，阴离子流向负极。以上方法之间的联系如图：(5)原电池原理的应用 = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①比较金属活动性强弱。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。 = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②金属的防护。使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。 = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③设计制作化学电源。化学能转化为电能。 = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④加快化学反应速率。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。【归纳总结】原电池正负极的判断方法【典例7】如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是( )A．铜片表面有气泡生成B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变【答案】C【解析】铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，故Cu上有气泡生成，A正确；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，导线中会有电子流动，C错误；金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，电路中的电流方向不变，仍然由Cu流向负极，D正确。【典例8】如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( )A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液【解析】选D A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A项和B项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项中A极变细，B项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项中A极变细，D项中A极变粗。考点5 常见化学电源的反应原理1．一次电池(1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；(2)锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；2．二次电池(可充电电池)电池内部储存的化学能转化为电能释放出来，也可以外界提供电能转化为化学能储存在电池内部。放电是原电池原理，充电是电解池原理。铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是eq \a\vs4\al(Pb)，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应①负极：Pb(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)(还原反应)。②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)(氧化反应)。③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq \o(=====,\s\up7(电解))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O充电电池并不能无限次的使用。【典例9】日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NHeq \o\al(＋,4)＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是( )A．干电池内发生的是氧化还原反应B．锌为负极，碳为正极C．工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器【答案】C【解析】由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确；在外电路中，电子从负极流向正极，故选项C不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而生成H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项D正确。【典例10】铅蓄电池是典型的可充电电池，电动车的动力多数以铅蓄电池提供，其工作原理是原电池放电原理。关于铅蓄电池的说法正确的是( )A．在放电时，正极发生的反应是Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)【答案】B【解析】铅蓄电池是生活里最常见的可充电电池，正确判断出两极并书写电极反应式是解决本类问题的关键。铅蓄电池是原电池中要求掌握的内容，其总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，根据总反应式中化合价的升降可判断出两极：放电时Pb为负极、PbO2为正极，充电时Pb为阴极产物、PbO2为阳极产物；电极反应：放电时负极反应为Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4，正极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O；充电时阴极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)，阳极反应为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)。书写过程中要特别注意电极产物Pb2＋与SOeq \o\al(2－,4)不共存，要发生反应生成PbSO4。根据充电时的总反应，可判断出充电时硫酸的浓度不断增大。另外，该电池中，SOeq \o\al(2－,4)在放电时移向负极Pb、充电时移向阳极PbSO4；H＋与之相反。考点6 燃料电池1．氢氧燃料电池2．甲醇空气燃料电池(氢氧化钾溶液)总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2COeq \o\al(2－,3)＋6H2O【归纳总结】几种电池的特点比较【典例11】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为( )A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－【答案】C【解析】根据题给信息，该燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O。电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A、D错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B错误。【典例12】燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷燃料电池说法中正确的为( )A．负极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．随着放电进行，溶液的pH不变C．负极的电极反应式为CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2OD．放电时溶液中的OH－向负极移动【答案】D【解析】CH4在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，A错误；CH4在负极失去电子后转化为COeq \o\al(2－,3)，消耗OH－，溶液pH减小，B错误；负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O，C错误；放电过程中阴离子(OH－)向负极移动，D正确。专项练习一、选择题1．(2022·甘肃省庄浪县第一中学高一期中)下列反应既是氧化还原反应，又是放热反应的是( )A．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 B．灼热的炭与CO2的反应C．铝片与稀硫酸的反应 D．红热的焦炭与水蒸气的反应2．下列反应中能量变化与其它不同的是( )3．下列电池不属于二次电池的是( )4．(2022·湖南省双峰县第八中学高一期中)下列说法正确的是( )A．镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C．化学电池的反应原理是氧化还原反应D．铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO25．下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( )6．对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是( )A．电子流入的一极为正极 B．比较不活泼的一极为正极C．电子流出的一极为负极 D．发生氧化反应的一极为正极7．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是( )A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2B．两极上溶解和析出的物质质量相等C．锌片溶解31 g，铜片上析出1 g H2D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol8．(2022·江苏省盐城市高二学业考试)先进的甲醇蒸气重整—变压吸附技术可得到高浓度CO2混合气、H2，化学反应原理是CH3OH+H2O→CO2+3H2，其能量变化如图所示。下列说法正确的是( )A．CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程B．反应物的总能量小于生成物的总能量C．形成H—H键放出能量D．断开H—C键放出能量9．如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是( )A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2B．水果电池的化学能转化为电能C．此水果发电的原理是电磁感应D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片10．普通锌锰干电池的构造如图所示，其电池反应的方程式为：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列说法正确的是( )A．石墨作负极B．锌失去电子，被还原C．电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D．正极的电极反应为：NH＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH311．(2022·浙江省绍兴市教育教学研究院高一期末)利用石墨、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论不正确的是( )A．原电池是将化学能转化成电能的装置B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C．图中电极a为石墨、电极b为锌片时，导线中会产生电流D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片12．(2022·湖北省襄阳市襄州区高一期末)关于原电池的下列说法中，正确的是( )A．在正极上发生还原反应 B．化学性质较活泼的金属为正极C．在外电路，电子流出正极 D．是由电能转化为化学能的装置13．将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入相同浓度的稀硫酸中，以下有关叙述中正确的是( )A．甲、乙两装置中铜片表面均有气泡生成B．甲、乙装置中均实现了电能转化为化学能C．甲、乙两装置中Zn被腐蚀的速率相等D．一段时间后，甲、乙两装置中溶液的酸性均减弱14．某学习兴趣小组探究电池的工作原理，组装了以下装置，能形成原电池的是( )A．B．C．D．15．一个原电池的总反应的离子方程式是Fe+Cu2+=Fe2++Cu，该反应的原电池组成正确的是( )16．将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可见( )A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B．NH4HCO3和盐酸反应中，热能转化为产物内部的能量C．反应物的总能量高于生成物的总能量D．NH4HCO3只含有共价键17．2022年2月2日到2月4日，北京2022年冬奥会火炬接力在北京、延庆、张家口三个赛区举行，首场火炬传递在奥森公园进行，三大赛区共有1200名火炬手参与传递，火炬使用的是氢燃料。下列说法中不正确的是( )A．火炬燃烧时化学能只转化为热能B．所有的燃烧反应都会释放热量C．2 mol H2和1 mol O2所具有的总能量大于2 mol H2O所具有的总能量D．丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料18．“嫦娥”奔月，“神舟”飞天，长征系列运载火箭(如图)功不可没，其火箭燃料有液氢、偏二甲肼、煤油等，下列有关说法正确的是( )A．氢能热值高，来源广，无污染B．煤油是可再生能源C．偏二甲肼燃烧过程中，热能转化为化学能D．1摩尔氢气的能量低于1摩尔液氢的能量19．(2022·湖北省十堰市教育科学研究院高一期末)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时负极反应如下：2H2+4OH–-4e-=4H2O，则下列说法中错误的是A．产物为无污染的水，属于环境友好电池B．在使用过程中，电解质溶液浓度会降低C．正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-D．电池使用过程中，负极材料的活性一定比正极材料大20．将足量且等量的形状相同的锌块分别加入到等浓度等体积的两份稀硫酸X、Y中，同时向X中加入少量饱和CuSO4溶液，发生反应生成氢气的体积(V)与时间(t)的关系如图所示，反应速率变快的原因是( )A．CuSO4作催化剂B．加入硫酸铜溶液增大了c(SO42-)C．加入硫酸铜溶液增大了溶液体积D．Zn首先与Cu2+反应，生成的Cu与Zn、稀硫酸构成原电池21．(2022·北京师大附中高一期中)关于下图的说法不正确的是( )A．1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)时，需要吸收5 kJ的能量B．2 mol HI(g)分解生成1 mol I2(g)与1 mol H2(g)时，需要吸收12 kJ的能量C．1 mol I2(s)变为1 mol I2(g)时需要吸收17 kJ的能量D．I2(g)与H2(g)生成2HI(g)的反应是吸热反应22．根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是( )A．H2O分解为H2与O2时放出热量B．生成1 mol H2O时吸收热量245 kJC．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙D．氢气和氧气的总能量小于水的能量23．根据能量变化示意图，下列说法正确的是( )A．断开1molHCl(g)中的H—Cl键需要吸收bkJ能量B．反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)，反应物的总能量小于生成物的总能量C．H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 放热(a-b)kJ•mo1-lD．2molHCl(1)分解成1molH2(g)和1molCl2(g)需要吸收ckJ热量24．已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量。根据反应H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g)的能量变化示意图，下列说法不正确的是( )A．H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g) 放热184.4 kJ·mol−1B．HCl(g)eq \o(===)eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g) 吸热92.2 kJ·mol−1C．断开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量D．H2(g)和Cl2(g)形成1 mol HCl(g)释放863.5 kJ的能量25．(2022·福建省安溪第一中学高一月考)如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH +3O22CO2+ 4H2O。下列说法不正确的是( )A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇B．正极反应式为：O2+ 2H2O + 4e－= 4OH－C．负极反应式为：CH3OH + H2O-6e－ = CO2+ 6H+D．该电池提供1mole－，消耗氧气0.25mol二、非选择题26．许多变化中存在着能量的变化,请回答下列问题:(1)从化学键角度上看,化学反应的本质是____________。(2)已知：N≡N键、H-H键和N-H键的链能分别记作a、b和c(单位：kJ·mol-1)合成氨反应的能量变化关系如图所示。①生成1molNH3要______(填“吸收”或“放出”)热量______(用含a、b、c的代数式表示)kJ。②NH3 分解生成N2和1molH2要_________(填“吸收”或“放出”)热量____________(用含a、b、c的代数式表示)kJ。③事实上，反应的热量总小于理论值，原因可能是_____________________。27．工业合成氨的反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，请回答有关问题：(1)合成1 mol NH3(l)________(填“吸收”或“放出”)________kJ的热量。(2)已知：拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ。则图中的a＝________kJ；1 mol N2(g)完全反应生成NH3(g)产生的能量变化为________kJ。(3)推测反应2NH3(l)===2N2(g)＋3H2(g)比反应2NH3(g)===2N2(g)＋3H2(g)________(填“吸收”或“放出”)的热量________(填“多”或“少”)。28．把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中，用导线把锌片和铜片连接起来，导线中间接入灵敏电流表，这个装置(见下图)就是简单的原电池。回答下列问题。(1)电流表上出现的现象是___________。(2)原电池工作时，能把氧化反应和还原反应分开在两个不同区域进行，实现电子的定向转移，电子流动的方向是___________。(3)锌片为___________极，锌片上发生___________反应，溶液中的H+在铜片上___________(选填：得到、失去)电子转化为H2。(4)写出电池中总反应的化学方程式___________。(5)如果装置中锌片、铜片没有用导线连接，化学能则转化为___________能。29．(2022·甘肃省会宁县第一中学高一期末)十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。回答下列问题：Ⅰ.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图。(1)Pt电极(a)为_______极(填“正”或“负”) ；Pt电极(b)上的电极反应式为：_______。(2)该过程总反应的化学反应方程式为_______，反应一段时间后，KOH溶液的浓度将_______(填“增大”“减小”或“不变”)。当消耗0.1 mol O2时，理论上转移电子个数为_______；Ⅱ. 以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。(3)上述过程中，能量的变化形式是由_______转化为_______。(4)根据数据计算，分解1molCO2需_______(填“吸收”或“放出”) _______kJ的能量。30．某实验小组自制如图水果电池，探究影响电池效果的因素有哪些，制成记录表格如下：(1)水果电池中，水果的作用是___________。(2)实验①②③的目的是探究___________。对比实验①②③得出的结论是___________。(3)欲得出水果种类对电池效果有影响的结论，需要对比实验___________(填实验序号)。(4)如果将实验装置中的水果换成CuSO4溶液，电极材料用Cu和Al组成原电池。则负极上电极反应式：___________；正极的现象是___________；原电池总离子方程式：___________。 实验操作实验现象实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，该反应放出热量实验操作实验现象实验结论a.有刺激性气味气体产生b．用手摸烧杯底部有冰凉感觉c．用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部d．烧杯内反应物成糊状化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量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强弱的关系 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反应过程图示宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图微观解释反应物、生成物中化学键的变化关系能量变化断裂旧化学键吸收的总能量＜形成新化学键释放的总能量放出能量断裂旧化学键吸收的总能量＞形成新化学键释放的总能量吸收能量化学键H2O中H-O键O2中O=O 键H2中H-H键H2O2中O-O键H2O2中O-H键键能kJ/mol463496436138463分类依据种类举例来源来自太阳辐射的能量太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能来自地球内部的能量地热能、核能、水能来自天体的引力能量潮汐能转换过程一次能源太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能二次能源石油制品、煤气、电能利用历史化石燃料煤、石油、天然气新能源太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能性质可再生能源太阳能、风能、水能、生物质能不可再生能源煤、石油、天然气、核能电极材料铂铂电解质溶液氢氧化钾溶液盐酸电池反应原理电极反应负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O总反应2H2＋O2===2H2O名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用②电解质溶液为胶状，不流动①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复使用①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等A．铝热反应B．燃料燃烧C．酸碱中和反应D．Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl固体混合ABCD手机用锂电池电动汽车用电池铅酸蓄电池锌锰干电池ABCD正极FeFeCuCu负极CuCuFeFe电解质溶液CuSO4H2SO4CuCl2酒精序号电极电极距离(cm)水果种类电流表(µA)①Cu—Al2.0西红柿78.5②Cu—Fe2.0西红柿70.3③Al—Al2.0西红柿0④Cu—Al2.0柠檬45.7⑤Cu—Al1.0柠檬98.4 0 0 专题04 化学反应与能量变化思维导图知识详解考点1 放热反应与吸热反应1．两条基本规律质量守恒定律：化学反应前后物质的总质量保持不变。能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同，但是体系包含的总能量不变。2．放热反应与吸热反应(1)放热反应：放出热量的化学反应，如燃烧反应、中和反应等。(2)吸热反应：吸收热量的化学反应，如高温下煅烧石灰石等反应。3．化学能与热能转化的实验探究(1)镁与盐酸反应(2)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应4．常见的放热反应和吸热反应【归纳总结】放热反应与吸热反应的比较：【典例1】下列对化学反应的认识错误的是( )A．会引起化学键的变化 B．会产生新的物质C．必然引起物质状态的变化 D．必然伴随着能量的变化【答案】C【解析】化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，并伴随着能量的变化，而化学变化中的反应物和生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故正确答案为C。【典例2】下列反应中属于吸热反应的是( )A．镁与盐酸反应放出氢气 B．氢氧化钠与盐酸反应C．硫粉在空气中燃烧 D．八水氢氧化钡晶体与氯化铵反应【答案】D【解析】A项，Mg与稀盐酸的反应为放热反应，C不符合题意；B项，氢氧化钠与盐酸反应的中和反应为放热反应，B不符合题意；C项，硫粉在空气中燃烧的反应是放热反应，C不符合题意；D项，Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应为吸热反应，D符合题意；故选D。考点2 化学反应中能量变化的原因1．宏观解释——反应物与生成物的总能量不同。2．微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同。3．以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量放热反应 吸热反应【归纳总结】反应热与化学键键能的关系(1)键能：标准状况下，将1 mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。(2)反应热与化学键键能的关系：反应热Q＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，Q<0，反应放热，Q>0，反应吸热。以反应H2＋Cl2===2HCl为例：H—H键、Cl—Cl键和H—Cl键的键能分别为436 kJ·mol－1、243 kJ·mol－1、431 kJ·mol－1，则反应热Q＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1<0，反应放热。【典例3】已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是( )A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行C．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D．反应物X和Y的总能量一定高于生成物M和N的总能量【答案】C 【解析】该反应为吸热反应，说明反应物的总能量低于生成物的总能量，但不能说明X与M的能量关系、Y与N的能量关系，A错误；反应类型与反应条件无关，B错误；反应中断裂化学键吸收的能量比形成化学键时放出的能量高，由能量守恒可知部分能量储存在物质中，为吸热反应，C正确；该反应中X和Y的总能量一定低于生成物M和N的总能量，D错误。【典例4】中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。已知：几种物质中化学键的键能如表所示。若反应过程中分解了2 mol水，则下列说法不正确的是( )A．总反应为2H2O2H2↑+O2↑ B．过程I吸收了926 kJ能量C．过程II放出了574 kJ能量 D．过程Ⅲ属于放热反应【答案】D【解析】A项，用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，则总反应为2H2O2H2↑+O2↑，故A正确；B项，断裂化学键吸收能量，结合表中数据可知，过程Ⅰ吸收了463kJ×2=926kJ能量，故B正确；C项，形成化学键释放能量，则过程Ⅱ放出了436kJ+138kJ=574kJ能量，故C正确；D项，过程IIIH2O2中的O−H键断裂，无化学键的形成，不属于放热反应，故D错误；故选D。考点3 化学反应中能量变化的应用【典例5】关于“碳达峰、碳中和”的说法错误的是( )A．“碳达峰、碳中和”中的“碳”指的是CO2它能引起温室效应B．化石能源中的煤的主要组成物质是碳单质，石油是各种烃类混合物C．发展氢能、核能等新能源是能源转化的重要方向D．CO2催化加氢合成甲酸，是实现“碳中和”的一种有效措施【答案】B【解析】A项，“碳达峰、碳中和”是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低，故碳是指二氧化碳，它能引起温室效应，A正确；B项，煤是由C、H、O、N、S等组成的复杂混合物，煤中碳不是以单质形式存在，B错误；C项，新能源又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，C正确；D项，CO2催化加氢合成甲酸，是实现“碳中和”的一种有效措施，D正确；故选B。【典例6】2021年12月，“中国航天”入选年度中国媒体流行语。航天领域常用“液氧-煤油”、“液氧-液氢”等火箭推进剂。下列关于火箭推进剂的说法错误的是( )A．推进剂中燃料燃烧的反应是吸热反应B．“液氧-煤油”推进剂燃烧产物含有CO2C．“液氧-液氢”推进剂具有清洁等优点，但储存和运输较为困难D．火箭推进剂的发展对人类社会的进步具有促进作用【答案】A【解析】A项，推进剂中燃料燃烧的反应是放热反应，故A错误；B项，液氧、煤油反应生成的水和二氧化碳对环境无污染，而液肼、二氧化氮在反应时会产生氮的氧化物，污染环境，液氧、煤油的获取也较液肼、二氧化氮的获取成本要低，故B正确；C项，“液氧-液氢”反应生成的产物为水，对环境无污染，但液氢的获取和储存均不容易，故C正确；D项，火箭推进剂的发展会带来人类对太空研究的发展，对人类社会的进步具有促进作用，故D正确；故选A。考点4 化学能与电能的相互转化1．火力发电的能量转化关系 化学能 热能 机械能 电能 火力发电的缺点：①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。2．原电池的工作原理(1)原电池：原电池是一种将化学能转化为电能的装置。(2)构成原电池的条件： = 1 \* GB3 ①具有活泼性不同的两个电极； = 2 \* GB3 ②两电极插入电解质溶液中； = 3 \* GB3 ③形成闭合回路； = 4 \* GB3 ④能自发地发生氧化还原反应。(3)原电池的工作原理 = 1 \* GB3 ①反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 = 2 \* GB3 ②电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。 = 3 \* GB3 ③离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(4)原电池正、负极判断方法 = 1 \* GB3 ①据电极材料——活泼的易失电子的为负极，不活泼的为正极。 = 2 \* GB3 ②据电子的流向——电子流出的为负极，电子流入的为正极。 = 3 \* GB3 ③据化学反应——失电子发生氧化反应的为负极，得电子发生还原反应的为正极。 = 4 \* GB3 ④据电极现象——溶解的为负极，产生气体或固体析出的为正极。 = 5 \* GB3 ⑤据阴阳离子的定向移动——阳离子流向正极，阴离子流向负极。以上方法之间的联系如图：(5)原电池原理的应用 = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ①比较金属活动性强弱。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。 = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②金属的防护。使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。 = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③设计制作化学电源。化学能转化为电能。 = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④加快化学反应速率。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。【归纳总结】原电池正负极的判断方法【典例7】如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是( )A．铜片表面有气泡生成B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变【答案】C【解析】铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，故Cu上有气泡生成，A正确；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，导线中会有电子流动，C错误；金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，电路中的电流方向不变，仍然由Cu流向负极，D正确。【典例8】如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( )A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液【解析】选D A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A项和B项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项中A极变细，B项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项中A极变细，D项中A极变粗。考点5 常见化学电源的反应原理1．一次电池(1)碱性锌锰干电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；(2)锌银电池总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；2．二次电池(可充电电池)电池内部储存的化学能转化为电能释放出来，也可以外界提供电能转化为化学能储存在电池内部。放电是原电池原理，充电是电解池原理。铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是eq \a\vs4\al(Pb)，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应①负极：Pb(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应)。②正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应)。③总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应①阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)(还原反应)。②阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq \o\al(2－,4)(aq)(氧化反应)。③总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)eq \o(=====,\s\up7(电解))Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O充电电池并不能无限次的使用。【典例9】日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NHeq \o\al(＋,4)＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是( )A．干电池内发生的是氧化还原反应B．锌为负极，碳为正极C．工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器【答案】C【解析】由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确；在外电路中，电子从负极流向正极，故选项C不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而生成H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项D正确。【典例10】铅蓄电池是典型的可充电电池，电动车的动力多数以铅蓄电池提供，其工作原理是原电池放电原理。关于铅蓄电池的说法正确的是( )A．在放电时，正极发生的反应是Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4B．在放电时，该电池的负极材料是铅板C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)【答案】B【解析】铅蓄电池是生活里最常见的可充电电池，正确判断出两极并书写电极反应式是解决本类问题的关键。铅蓄电池是原电池中要求掌握的内容，其总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，根据总反应式中化合价的升降可判断出两极：放电时Pb为负极、PbO2为正极，充电时Pb为阴极产物、PbO2为阳极产物；电极反应：放电时负极反应为Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4，正极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O；充电时阴极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4)，阳极反应为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)。书写过程中要特别注意电极产物Pb2＋与SOeq \o\al(2－,4)不共存，要发生反应生成PbSO4。根据充电时的总反应，可判断出充电时硫酸的浓度不断增大。另外，该电池中，SOeq \o\al(2－,4)在放电时移向负极Pb、充电时移向阳极PbSO4；H＋与之相反。考点6 燃料电池1．氢氧燃料电池2．甲醇空气燃料电池(氢氧化钾溶液)总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2COeq \o\al(2－,3)＋6H2O【归纳总结】几种电池的特点比较【典例11】科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为( )A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2OC．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－【答案】C【解析】根据题给信息，该燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O。电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A、D错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B错误。【典例12】燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷燃料电池说法中正确的为( )A．负极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．随着放电进行，溶液的pH不变C．负极的电极反应式为CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2OD．放电时溶液中的OH－向负极移动【答案】D【解析】CH4在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，A错误；CH4在负极失去电子后转化为COeq \o\al(2－,3)，消耗OH－，溶液pH减小，B错误；负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O，C错误；放电过程中阴离子(OH－)向负极移动，D正确。专项练习一、选择题1．(2022·甘肃省庄浪县第一中学高一期中)下列反应既是氧化还原反应，又是放热反应的是( )A．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 B．灼热的炭与CO2的反应C．铝片与稀硫酸的反应 D．红热的焦炭与水蒸气的反应【答案】C【解析】A项，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl发生的是复分解反应不属于氧化还原反应，并且该反应吸热，不符合题意，A项错误；B项，C与CO2在高温条件下发生氧化还原反应生成CO，该反应是吸热反应，不符合题意，B项错误；C项，铝片与稀硫酸发生的是置换反应，属于氧化还原反应，并且也是放热反应，符合题意，C项正确；D项，C与水蒸气在高温下发生的是氧化还原反应，生成CO和H2，该反应属于吸热反应，不符合题意，D项错误；故选C。2．下列反应中能量变化与其它不同的是( )【答案】D【解析】A项，铝热反应是放热反应；B项，燃料燃烧是放热反应；C项，酸碱中和反应是放热反应；D项，氯化铵晶体与Ba(OH)2•8H2O的反应是吸热反应，故选D。3．下列电池不属于二次电池的是( )【答案】D【解析】四种电池中只有锌锰干电池不属于二次电池，故D项符合题意。4．(2022·湖南省双峰县第八中学高一期中)下列说法正确的是( )A．镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C．化学电池的反应原理是氧化还原反应D．铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO2【答案】C【解析】A项，镍氢电池、锂离子电池为二次电池，碱性锌锰干电池为一次电池，故A错误；B项，燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等，产物多为CO2、H2O等，不污染环境，故B错误；C项，化学电池是将化学能转变为电能的装置，有电子的得失，实质为氧化还原反应，故C正确；D项，铅蓄电池放电的时候，Pb被氧化，为原电池的负极；PbO2被还原，为原电池的正极，故D错误。故选C。5．下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( )【答案】B【解析】硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，A 不合题意；锂离子电池是将化学能转化为电能的装置，B合题意；太阳能热水器是将太阳能转化为热能的装置，C不合题意；燃气灶是将化学能转化为热能的装置，D不符合题意。故选B。6．对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是( )A．电子流入的一极为正极 B．比较不活泼的一极为正极C．电子流出的一极为负极 D．发生氧化反应的一极为正极【答案】D【解析】原电池中，电子流入的一极为正极，A正确；较不活泼的一极为正极，B正确；电子流出的一极为负极，C正确；发生氧化反应的一极为负极，D错误。故选D。7．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是( )A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2B．两极上溶解和析出的物质质量相等C．锌片溶解31 g，铜片上析出1 g H2D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol【答案】A【解析】在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点，即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气也得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。故选A。8．(2022·江苏省盐城市高二学业考试)先进的甲醇蒸气重整—变压吸附技术可得到高浓度CO2混合气、H2，化学反应原理是CH3OH+H2O→CO2+3H2，其能量变化如图所示。下列说法正确的是( )A．CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程B．反应物的总能量小于生成物的总能量C．形成H—H键放出能量D．断开H—C键放出能量【答案】C【解析】A项，图示能量变化趋势可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以CH3OH转变成H2的过程是一个放出热量的过程，A错误；B项，反应物的总能量大于生成物的总能量，，B错误；C项，化学键的形成需要释放能量，所以形成H—H键放出能量，C正确；D项，化学键的断裂需要吸收能量，D错误；故选C。9．如图所示是一位同学在测试水果电池，下列有关说法错误的是( )A．若金属片A是正极，则该金属片上会产生H2B．水果电池的化学能转化为电能C．此水果发电的原理是电磁感应D．金属片A、B可以一个是铜片，另一个是铁片【答案】C【解析】若金属片A是正极，正极上H＋得电子生成H2，A正确；水果电池是将化学能转化为电能的装置，B正确；此水果发电的原理是化学反应，C错误；由于铜没有铁活泼，铁片在酸性条件下会失去电子，而铜不可以，故两金属片可以一个是铜片，另一个是铁片，D正确。10．普通锌锰干电池的构造如图所示，其电池反应的方程式为：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列说法正确的是( )A．石墨作负极B．锌失去电子，被还原C．电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D．正极的电极反应为：NH＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH3【答案】D【解析】A项，根据电池反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，原电池中负极上是金属锌发生失电子的氧化反应，A项错误；B项，电池中锌失去电子，被氧化，B项错误；C项，电池中电子从负极流向正极即从锌经导线流向石墨，C项错误；D项，正极得电子发生还原反应，所以正极的电极反应为：NH4+＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH3，D项正确；故选D。11．(2022·浙江省绍兴市教育教学研究院高一期末)利用石墨、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论不正确的是( )A．原电池是将化学能转化成电能的装置B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C．图中电极a为石墨、电极b为锌片时，导线中会产生电流D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片【答案】D【解析】A项，原电池是把化学能转化为电能的装置，A正确；B项，原电池由电解质溶液、电极、导线组成闭合回路，B正确；C项，因为橙汁为酸性，所以图中a极为石墨、b极为锌片时，则Zn作原电池的负极，石墨作原电池的正极，导线中会产生电流，C正确；D项，图中a极为锌片、b极为铜片时，则Zn为负极，Cu为正极，电子从负极流向正极，所以电子从Zn片流向Cu片，D错误；故选D。12．(2022·湖北省襄阳市襄州区高一期末)关于原电池的下列说法中，正确的是( )A．在正极上发生还原反应 B．化学性质较活泼的金属为正极C．在外电路，电子流出正极 D．是由电能转化为化学能的装置【答案】A【解析】A项，原电池放电时，正极上得电子发生还原反应，故A正确；B项，原电池中，化学性质较活泼的金属失电子作负极，故B错误；C项，原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，故C错误；D项，原电池是把化学能转变为电能的装置，故D错误；故选A。13．将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入相同浓度的稀硫酸中，以下有关叙述中正确的是( )A．甲、乙两装置中铜片表面均有气泡生成B．甲、乙装置中均实现了电能转化为化学能C．甲、乙两装置中Zn被腐蚀的速率相等D．一段时间后，甲、乙两装置中溶液的酸性均减弱【答案】D【解析】甲装置中Zn和Cu构成了原电池，有活泼性不同的两极，有电解质溶液，形成闭合回合，有自发的氧化还原反应。乙装置中，Cu和Zn没有接触，没有形成闭合回路，只有Zn与稀硫酸反应，而Cu不反应；A项，乙装置中，Zn和Cu没有形成闭合回合，没有构成原电池，Cu的表面没有气泡生成，故A错误；B项，乙装置中，Zn和Cu没有形成闭合回合，没有构成原电池，不能实现化学能到电能的转化，故B错误；C项，氧化还原反应改成原电池后，会加快反应速率，甲装置中Zn的腐蚀速率快于乙装置中Zn的腐蚀速率，故C错误；D项，甲乙装置中，Zn均与硫酸发生反应，酸被消耗，酸性减弱，故D正确；故选D。14．某学习兴趣小组探究电池的工作原理，组装了以下装置，能形成原电池的是( )A．B．C．D．【答案】A【解析】A项，该装置符合原电池的构成条件，铁作负极，铜作正极，负极上铁失电子发生氧化反应，正极上氢离子得电子发生还原反应，故A正确；B项，该装置中，两个金属电极相同，所以不能构成原电池，故B错误；C项，该装置中，两个金属电极相同，且酒精溶液为非电解质溶液，故C错误；D项，该装置中，两个金属电极相同，不能自发的进行氧化还原反应，故D错误。故选A。15．一个原电池的总反应的离子方程式是Fe+Cu2+=Fe2++Cu，该反应的原电池组成正确的是( )【答案】C【解析】由电池反应式Fe+Cu2+═Fe2++Cu知，Fe失电子发生氧化反应，作负极；不如Fe活泼的金属或导电的非金属作正极，正极上铜离子得电子发生还原反应，则电解质溶液中应含有铜离子，所以应为可溶性的铜盐，A项，该装置中，Fe易失电子应作负极，铜作正极，电解质溶液应为可溶性的铜盐，不符合条件，故A错误；B项，该装置中，Fe易失电子应作负极，铜作正极，电解质溶液应为可溶性的铜盐，不符合条件，故B错误；C项，该装置中，Fe易失电子作负极，铜作正极，电解质溶液为可溶性的铜盐，符合条件，故C正确；D项，酒精是非电解质，不能组成原电池，故D错误；故选C。16．将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可见( )A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B．NH4HCO3和盐酸反应中，热能转化为产物内部的能量C．反应物的总能量高于生成物的总能量D．NH4HCO3只含有共价键【答案】B【解析】反应过程中醋酸逐渐凝固，说明HCl和NH4HCO3反应过程中温度降低，则该反应是吸热反应，反应物的总能量低于生成物的总能量，据此解答。A．醋酸逐渐凝固，说明反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低，即NH4HCO3与HCl的反应为吸热反应，A错误；B．该反应为吸热反应，即吸收的热量转化为产物内部的能量，B正确；C．因反应为吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误；D．NH4HCO3属于离子化合物，含有离子键，另外还含有共价键，D错误。故选B。17．2022年2月2日到2月4日，北京2022年冬奥会火炬接力在北京、延庆、张家口三个赛区举行，首场火炬传递在奥森公园进行，三大赛区共有1200名火炬手参与传递，火炬使用的是氢燃料。下列说法中不正确的是( )A．火炬燃烧时化学能只转化为热能B．所有的燃烧反应都会释放热量C．2 mol H2和1 mol O2所具有的总能量大于2 mol H2O所具有的总能量D．丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料【答案】A【解析】火炬燃烧时还有化学能与光能的转化，A错；燃烧都是放热反应，B对；因为丙烷燃烧为放热反应，所以据反应的化学方程式可知，C对；氢气完全燃烧时产物为H2O，对环境无污染，D对。18．“嫦娥”奔月，“神舟”飞天，长征系列运载火箭(如图)功不可没，其火箭燃料有液氢、偏二甲肼、煤油等，下列有关说法正确的是( )A．氢能热值高，来源广，无污染B．煤油是可再生能源C．偏二甲肼燃烧过程中，热能转化为化学能D．1摩尔氢气的能量低于1摩尔液氢的能量【答案】A【解析】A项，氢气可以来自水的分解，来源广；单位质量的氢气燃烧放出的热量多，热值高；生成物是水，无污染，故A正确；B项，煤油是石油分馏的产物，石油是不可再生能源，所以煤油也是不可再生能源，故B错误；C项，燃烧过程是燃料的化学能转化为热能的过程，故C错误；D项，同一物质，气态能量高于液态能量，所以1mol氢气的能量高于1mol液氢的能量，故D错误；故选A。19．(2022·湖北省十堰市教育科学研究院高一期末)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时负极反应如下：2H2+4OH–-4e-=4H2O，则下列说法中错误的是A．产物为无污染的水，属于环境友好电池B．在使用过程中，电解质溶液浓度会降低C．正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-D．电池使用过程中，负极材料的活性一定比正极材料大【答案】D【解析】A项，氢氧燃料电池的电池总反应为2H2+O2═2H2O，产物是水，对环境无污染，且能量转化率高，属于环境友好电池，故A正确；B项，氢氧燃料电池的电池总反应为2H2+O2═2H2O，产物是水，所以工作一段时间后电解质溶液的浓度会降低；故B正确；C项，氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，30%KOH溶液为电解质溶液，所以O2在正极得电子发生还原反应，其电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C正确；D项，氢氧燃料电池的两极材料可以选择石墨电极，即正极和负极均可选择石墨电极，所以负极材料的活性不一定比正极材料大，故D错误；故选D。20．将足量且等量的形状相同的锌块分别加入到等浓度等体积的两份稀硫酸X、Y中，同时向X中加入少量饱和CuSO4溶液，发生反应生成氢气的体积(V)与时间(t)的关系如图所示，反应速率变快的原因是( )A．CuSO4作催化剂B．加入硫酸铜溶液增大了c(SO42-)C．加入硫酸铜溶液增大了溶液体积D．Zn首先与Cu2+反应，生成的Cu与Zn、稀硫酸构成原电池【答案】D【解析】由题意可知，曲线X表示的反应速率更快，且生成氢气的体积不变，原因是Zn首先与Cu2+反应生成Cu , Cu与Zn、稀硫酸构成原电池加快反应速率，导致X比Y的反应速率快，故选D。21．(2022·北京师大附中高一期中)关于下图的说法不正确的是( )A．1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)时，需要吸收5 kJ的能量B．2 mol HI(g)分解生成1 mol I2(g)与1 mol H2(g)时，需要吸收12 kJ的能量C．1 mol I2(s)变为1 mol I2(g)时需要吸收17 kJ的能量D．I2(g)与H2(g)生成2HI(g)的反应是吸热反应【答案】D【解析】A项，由图可知，1 mol I2(s)和1 mol H2(g)吸收5 kJ热量生成2 mol HI(g)，A正确；B项，由图可知，1 mol I2(g)和1 mol H2(g)生成2 mol HI(g)放出12 kJ热量，则2 mol HI(g)分解生成1 mol I(g)与1 mol H2(g)时需要吸收12 kJ的能量，B正确；C项，由图可知，1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)放出17 kJ的热量，则1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量，C正确；D项，由图可知，1 mol I2(g)＋1 mol H2(g)生成2 mol HI(g)放出12 kJ热量，应为放热反应，D错误。故选D。22．根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是( )A．H2O分解为H2与O2时放出热量B．生成1 mol H2O时吸收热量245 kJC．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙D．氢气和氧气的总能量小于水的能量【答案】C【解析】根据能量变化可知，1 mol H2与eq \f(1,2) mol O2断键时吸收685 kJ能量，而生成1 mol H2O放出930 kJ能量，所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。23．根据能量变化示意图，下列说法正确的是( )A．断开1molHCl(g)中的H—Cl键需要吸收bkJ能量B．反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)，反应物的总能量小于生成物的总能量C．H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 放热(a-b)kJ•mo1-lD．2molHCl(1)分解成1molH2(g)和1molCl2(g)需要吸收ckJ热量【答案】C【解析】A项，断开1molHCl(g)中H-Cl键吸收J能量与1molH和1molCl形成1molH-Cl放出热量相等，形成2molHCl(g)放出热量bkJ，所以断开1molHCl(g)中H-Cl键吸收能量=×bkJ=bkJ能量，故A错误；B项，该反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故B错误；C项，反应放出热量=反应物的键能之和-生成物的键能之和，即H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 放热为(a-b)kJ•mo1-l，故C正确；D项，由图可知，2mol气态HCl(g)分解成1molH2(g)和1molCl2(g)需要吸收ckJ热量，由于液态HCl气化需要吸热，则2mol气态HCl(l)分解成1molH2(g)和1molCl2(g)需要吸收的热量大于ckJ，故D错误；故选C。24．已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量。根据反应H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g)的能量变化示意图，下列说法不正确的是( )A．H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g) 放热184.4 kJ·mol−1B．HCl(g)eq \o(===)eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g) 吸热92.2 kJ·mol−1C．断开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量D．H2(g)和Cl2(g)形成1 mol HCl(g)释放863.5 kJ的能量【答案】D【解析】A项，已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量，1molH2+1molCl2=2molH+2molCl, 吸收679.1kJ的热量，2molH+2molCl=2HCl放出863.5kJ的热量，所以反应H2(g)＋Cl2(g)eq \o(===)2HCl(g) 放热184.4 kJ·mol−1，故A正确； B项，由上述分析H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g) 放热184.4 kJ·mol−1可知，HCl(g)eq \o(===)eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)Cl2(g) 吸热92.2 kJ·mol−1，故B正确；C项，已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量，1molH2+1molCl2=2molH+2molCl, 吸收679.1kJ的热量，断开1 molH2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量，故C正确；D项，由图像可知，1molH2+1molCl2=2molH+2molCl吸收679.1kJ的热量，2molH+2molCl=2HCl放出863.5kJ的热量，所以H(g)和Cl(g)形成1molHCl释放431.75kJ的能量,故D错误；故选D。25．(2022·福建省安溪第一中学高一月考)如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH +3O22CO2+ 4H2O。下列说法不正确的是( )A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇B．正极反应式为：O2+ 2H2O + 4e－= 4OH－C．负极反应式为：CH3OH + H2O-6e－ = CO2+ 6H+D．该电池提供1mole－，消耗氧气0.25mol【答案】B【解析】A项，左电极是电池的负极，负极上投放燃料甲醇，甲醇在负极上失电子发生氧化反应，故A正确；B项，酸性条件下，正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，故B错误；C项，负极上投放燃料甲醇，甲醇在负极上失电子生成二氧化碳，负极反应式为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，故C正确；D项，已知正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，则消耗1mol氧气转移1mol电子，所以该电池提供1mole-，消耗氧气0.25mol，故D正确；故选B。二、非选择题26．许多变化中存在着能量的变化,请回答下列问题:(1)从化学键角度上看,化学反应的本质是____________。(2)已知：N≡N键、H-H键和N-H键的链能分别记作a、b和c(单位：kJ·mol-1)合成氨反应的能量变化关系如图所示。①生成1molNH3要______(填“吸收”或“放出”)热量______(用含a、b、c的代数式表示)kJ。②NH3 分解生成N2和1molH2要_________(填“吸收”或“放出”)热量____________(用含a、b、c的代数式表示)kJ。③事实上，反应的热量总小于理论值，原因可能是_____________________。【答案】(1)旧化学键的断裂与新化学键的形成(2)①放出(1分) ②吸收(1分) ③反应不充分、热量损失等(或其他合理答案) 【解析】(1)从化学键角度上看，化学反应的本质为旧化学键的断裂与新化学键的形成；(2)①根据图像可知反应物总能量高于生成物总能量，则反应是放热反应，依据方程式N2＋3H22NH3可知生成1molNH3放出的热量是kJ。②根据以上分析可知NH3分解生成N2和1molH2要吸收的热量为kJ。③由于是可逆反应，且会有热量损失，因此反应的热量总小于理论值。27．工业合成氨的反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，请回答有关问题：(1)合成1 mol NH3(l)________(填“吸收”或“放出”)________kJ的热量。(2)已知：拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ。则图中的a＝________kJ；1 mol N2(g)完全反应生成NH3(g)产生的能量变化为________kJ。(3)推测反应2NH3(l)===2N2(g)＋3H2(g)比反应2NH3(g)===2N2(g)＋3H2(g)________(填“吸收”或“放出”)的热量________(填“多”或“少”)。【答案】(1)放出 b＋c－a (2)1 127 92 (3)吸收 多【解析】(1)分析能量变化图，反应物的能量和大于生成物的能量和，反应放热，合成1 mol NH3(l)时放出(b＋c－a)kJ的热量。(2)图中的a为断裂旧化学键吸收的能量：946×eq \f(1,2)＋436×eq \f(3,2)＝1 127(kJ)；从化学键角度计算化学反应的能量变化：946＋3×436－6×391＝－92(kJ)。(3)逆反应为吸热反应，结合图象，前者吸收的热量比后者多c kJ。28．把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中，用导线把锌片和铜片连接起来，导线中间接入灵敏电流表，这个装置(见下图)就是简单的原电池。回答下列问题。(1)电流表上出现的现象是___________。(2)原电池工作时，能把氧化反应和还原反应分开在两个不同区域进行，实现电子的定向转移，电子流动的方向是___________。(3)锌片为___________极，锌片上发生___________反应，溶液中的H+在铜片上___________(选填：得到、失去)电子转化为H2。(4)写出电池中总反应的化学方程式___________。(5)如果装置中锌片、铜片没有用导线连接，化学能则转化为___________能。【答案】(1)指针偏转 (2)锌片→导线→铜片(3) 负(−) 氧化 得到 (4)Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ (5)热【解析】(1)由于金属活动性：Zn＞Cu，且Zn与硫酸会发生反应，所以Zn、Cu、硫酸构成原电池，因此在电流表上出现的现象是指针发生偏转。(2)由于金属活动性：Zn＞Cu，所以Zn为负极，失去电子，发生氧化反应；Cu为正极，在正极上H+得到电子被还原产生H2，因此电子由负极Zn经导线流向正极Cu，故电子流动的方向是：锌片→导线→铜片。(3)由于金属活动性：Zn＞Cu，所以Zn为负极，失去电子，发生氧化反应；Cu为正极，在正极上H+得到电子被还原产生H2。(4)Zn为负极，负极的电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+；Cu为正极，正极的电极反应式为：2H++2e-=H2↑，由于同一闭合回路中电子转移数目相等，将正、负极电极反应式叠加，可得总反应的离子方程式为：Zn+2H+=Zn2++H2↑，该反应的化学方程式为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。(5)若装置中锌片、铜片没有用导线连接，由于活动性：Zn＞H＞Cu，则Cu不发生反应，而Zn片直接与硫酸发生上述反应，发生该化学反应放出热量，故化学能转化为热能。29．(2022·甘肃省会宁县第一中学高一期末)十九大报告提出要对环境问题进行全面、系统的可持续治理。回答下列问题：Ⅰ.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图。(1)Pt电极(a)为_______极(填“正”或“负”) ；Pt电极(b)上的电极反应式为：_______。(2)该过程总反应的化学反应方程式为_______，反应一段时间后，KOH溶液的浓度将_______(填“增大”“减小”或“不变”)。当消耗0.1 mol O2时，理论上转移电子个数为_______；Ⅱ. 以TiO2为催化剂的光热化学循环分解CO2反应为温室气体减排提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示。(3)上述过程中，能量的变化形式是由_______转化为_______。(4)根据数据计算，分解1molCO2需_______(填“吸收”或“放出”) _______kJ的能量。【答案】(1) 负极 O2+4e-+2H2O=4OH- (2)4NH3+3O2= 2N2+6H2O 减小 2.4081023 (3) 光能、热能 化学能 (4) 吸收 278【解析】Ⅰ.(1) Pt电极(a)通入的是氨气，生成氮气，说明氨气被氧化，则Pt电极(a)为电源的负极。Pt电极(b)通入的是氧气，为电源的正极，电解质为碱性溶液，则Pt电极(b)上的电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-。(2)由图可知，Pt电极(a)通入的是氨气，生成氮气，则Pt电极(a)上的电极反应式为2NH3-6e-+ 6OH-=N2+6H2O，根据两个电极上的电极反应式可知，该过程总的反应化学方程式为4NH3+3O2= 2N2+6H2O。从反应的总化学方程式来看，由于有水生成，导致一段时间后，KOH溶液的浓度会减小。根据电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-，消耗1mol O2转移电子4 mol，则当消耗0.1 mol O2时，理论上转移电子个数为0.46.021023=2.4081023。Ⅱ.(3)由图可知，上述过程中，以TiO2为催化剂，在光和热的条件下，CO2分解为CO和O2，根能量守恒定律，该过程中能量的变化形式是由光能、热能转化为化学能。(4) CO2分解为CO和O2，根据反应的焓变=反应物的键能总和-生成物的键能总和及焓变与其方程式中的化学计量数成正比，由2 CO2(g)=2CO(g)+O2(g)及图中各分子化学键完全断裂时的能量变化数据可知=21598kJ·mol-1-(21072+496) kJ·mol-1=+556 kJ·mol-1，所以，分解1molCO2需吸收278 kJ的能量。30．某实验小组自制如图水果电池，探究影响电池效果的因素有哪些，制成记录表格如下：(1)水果电池中，水果的作用是___________。(2)实验①②③的目的是探究___________。对比实验①②③得出的结论是___________。(3)欲得出水果种类对电池效果有影响的结论，需要对比实验___________(填实验序号)。(4)如果将实验装置中的水果换成CuSO4溶液，电极材料用Cu和Al组成原电池。则负极上电极反应式：___________；正极的现象是___________；原电池总离子方程式：___________。【答案】(1)作(提供)电解质溶液 (2)电极材料对电池效果(或电流)的影响 在其他条件相同时，电极材料活泼性相差越大，电池效果越好 (3)①④ (4)Al-3e-=Al3+ 铜电极上有红色物质附着(或铜电极变粗) 2Al+3Cu2+=2Al3++3Cu 【解析】(1)水果中含有电解质溶液，则水果电池中，水果的作用是作(提供)电解质溶液。(2)实验①②③中，电极距离和水果种类相同，只有电极材料不同，而电流计的示数不同，由此可知这三个实验进行对比探究了电极材料对电池效果(或电流)的影响，依据实验现象可得出在其他条件相同时，电极材料活泼性相差越大，电池效果越好；(3)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，就需要选择其他条件相同，只有水果种类不同的实验进行对比，如实验①和实验④；故填：①④；(4)铝是活泼金属，铜是不活泼的金属，如果将实验装置中的水果换成CuSO4溶液，电极材料用Cu和Al组成原电池，则负极是铝，铜是正极，负极上电极反应式为Al-3e-=Al3+，铜离子在正极放电析出铜，因此正极的现象是铜电极上有红色物质附着(或铜电极变粗)，原电池总离子反应方程式为2Al+3Cu2+=2Al3++3Cu。 实验操作实验现象实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，该反应放出热量实验操作实验现象实验结论a.有刺激性气味气体产生b．用手摸烧杯底部有冰凉感觉c．用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部d．烧杯内反应物成糊状化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量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强弱的关系 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反应过程图示宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图微观解释反应物、生成物中化学键的变化关系能量变化断裂旧化学键吸收的总能量＜形成新化学键释放的总能量放出能量断裂旧化学键吸收的总能量＞形成新化学键释放的总能量吸收能量化学键H2O中H-O键O2中O=O 键H2中H-H键H2O2中O-O键H2O2中O-H键键能kJ/mol463496436138463分类依据种类举例来源来自太阳辐射的能量太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能来自地球内部的能量地热能、核能、水能来自天体的引力能量潮汐能转换过程一次能源太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能二次能源石油制品、煤气、电能利用历史化石燃料煤、石油、天然气新能源太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能性质可再生能源太阳能、风能、水能、生物质能不可再生能源煤、石油、天然气、核能电极材料铂铂电解质溶液氢氧化钾溶液盐酸电池反应原理电极反应负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O总反应2H2＋O2===2H2O名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用②电解质溶液为胶状，不流动①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复使用①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等A．铝热反应B．燃料燃烧C．酸碱中和反应D．Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl固体混合ABCD手机用锂电池电动汽车用电池铅酸蓄电池锌锰干电池ABCD正极FeFeCuCu负极CuCuFeFe电解质溶液CuSO4H2SO4CuCl2酒精序号电极电极距离(cm)水果种类电流表(µA)①Cu—Al2.0西红柿78.5②Cu—Fe2.0西红柿70.3③Al—Al2.0西红柿0④Cu—Al2.0柠檬45.7⑤Cu—Al1.0柠檬98.4
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