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第04练 化学反应与能量变化
1.化学反应与热量
(1)化学反应中能量变化的转化形式
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
常见反应 金属与水或酸的反应、金属氧化物与水或酸的反应、燃烧反应及缓慢氧化、大多数化合反应、中和反应等 氢氧化钡晶体与氯化铵的反应、盐酸与碳酸氢钠的反应、C＋CO22CO、C＋H2O(g)CO＋H2、大多数分解反应等
(2)化学反应中能量变化的本质
放热反应 吸热反应
能量变化 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
键能变化 生成物的总键能大于反应物的总键能 生成物的总键能小于反应物的总键能
图示
(3)利用键能计算化学反应中的能量变化
①根据化学方程式确定断键、成键的物质的量。
②确定断键吸收的总能量和成键释放的总能量。
③计算反应的能量变化
若反应释放能量：Q=成键时释放能量之和-断键时吸收能量之和
若反应吸收能量：Q=断键时吸收能量之和-成键时释放能量之和
4)能源的利用
常规能源 化石燃料 主要包括煤、石油和天然气
特点 ①短期内不可再生，储量有限；②燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
新能源 理想新能源 太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等
特点 资源丰富、可以再生、对环境无污染
2.化学反应与电能
(1)工作原理
能量变化 化学能转化为电能
形成条件 两个电极 组合情况①②③④负极较活泼金属金属金属石墨或Pt正极较不活泼金属金属氧化物石墨或Pt石墨或Pt
电解质溶液或熔液、固体 电解质可能与电极的负极反应，也可能不与电极反应
电极上 有自发的氧化还原反应发生
微粒流向 外电路 电子从负极流向正极
内电路 溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极
(2)多角度判断原电池的正、负极
正极 较不活泼金属或非金属 电极材料 较活泼金属 负极
还原反应 电极反应类型 氧化反应
电子流入 电子流向 电子流出
电流流出 电流流向 电流流入
阳离子迁移的电极 离子流向 阴离子迁移的电极
质量增大或不变 电极质量 质量减少或不变
电极有气泡产生 电极现象 电极变细
(3)原电池原理的应用
加快化学反应速率 实验室用锌和稀硫酸反应制备氢气时，常用粗锌，产生氢气的速率更快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸构成原电池，电子定向移动，加快了锌与硫酸反应的速率。
比较金属的活泼性 一般情况下，在原电池中，负极金属的活泼性比正极金属的活泼性强。
设计原电池 首先将氧化还原反应分成两个半反应。
根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
(4)化学电池
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(放电之后不能充电)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(反应物不是储存在电池内部)，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 铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等 氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等
(5)原电池电极反应式的书写
负极反应式的书写 ①活泼金属作负极时，电极本身被氧化： a．若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如：Zn-2e-=Zn2＋，Cu-2e-=Cu2＋。 b．若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式。如Mg-Al(KOH)原电池，负极反应式为Al--3e-＋4OH-=＋2H2O；铅蓄电池负极反应式：Pb-2e-＋=PbSO4.
②负极本身不反应时，常见书写方法为： 氢氧(酸性)燃料电池，负极反应式为H2-2e-=2H＋。 氢氧(碱性)燃料电池，负极反应式为H2-2e-＋2OH-=2H2O。
正极反应式的书写 ①首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒
②其次确定该微粒得电子后变成哪种形式 如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O 氢氧(碱性)燃料电池，正极反应式为O2＋2H2O＋4e-=4OH- 铅蓄电池正极反应式：PbO2＋2e-＋4H＋＋=PbSO4＋2H2O
1．为了改善人类生存环境，促进社会可持续发展，新能源成为人类的必然选择。新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，下列不属于新能源的是
A B C D

一次性电池 可燃冰 太阳能 风能
A．A B．B C．C D．D
2．下列反应既属于氧化还原反应，又是吸热反应的是
A．钠和水的反应 B．锌片和稀硫酸的反应
C．与的反应 D．灼热的碳与的反应
3．硫酸是重要的化工产品，广泛用于冶金和石油工业，可通过以下反应生产硫酸：S+O2SO2、2SO2+O22SO3、SO3+H2O=H2SO4。SO3+H2O=H2SO4为放热反应，下列说法正确的是
A．断开H-O键放出能量 B．反应物的总能量小于生成物的总能量
C．形成H-O键吸收能量 D．反应物的总能量大于生成物的总能量
4．根据下面的信息(物质后面括号中的s、g、l分别代表物质状态为固态、气态和液态)，下列叙述正确的是

A．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
B．与反应生成吸收能量为490kJ
C．的能量比与的能量之和低
D．与反应生成释放能量为245kJ
5．知识源于实践。学习原电池知识后，某学习小组以Zn和Cu为电极材料，制作了如图所示的水果电池(水果果汁中含游离的)：该组电池放电时，下列说法正确的是
A．铜a为电池正极，电子经桔子流向铜a
B．锌电极失去电子，发生还原反应
C．可将桔子换成盛有酒精溶液的装置
D．桔子水果放电时，每个水果果汁中的均移向铜片
6．下列有关化学电池装置的叙述中，不正确的是
图I原电池 图II碱性锌锰电池 图III铅—硫酸蓄电池 图IV银锌纽扣电池
A．图I所示装置工作过程中，铁极发生氧化反应
B．图II所示电池工作时，锌粉失电子
C．图III所示电池放电过程中，电解质溶液中的H+移向Pb极
D．图IV所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag
7．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置 装置一 装置二 装置三 装置四
部分实验现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是
A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c
8．汽车尾气主要含有一氧化碳、一氧化氮等物质，是造成城市空气污染的主要因素之一、请回答下列问题。
(1)氮气和氧气反应生成一氧化氮的能量变化如图所示，则由该反应生成2molNO时，应 (填“释放”或“吸收”) kJ能量。
(2)某实验小组进行如图甲所示实验。请判断b中温度 (填“升高”或“降低”)。反应过程 (填“a”或“b”)的能量变化可用图乙表示。
9．某反应由两步反应构成，其反应能量变化曲线如图所示，下列叙述正确的是
A．两步反应均为吸热反应
B．的反应一定需要加热
C．A与C的能量差为，发生反应时，会向环境释放能量
D．三种物质中C最不稳定
10．研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与HNC(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法不正确的是

A．HCN比HNC更稳定
B．HCN(g)→HNC(g)为吸热反应且反应条件一定要加热
C．1 mol HCN(g)中的所有化学键全部断开需要吸收186.5 kJ的热量
D．1 mol HCN(g)转化为1mol HNC(g)需要吸收59.3 kJ的热量
11．北京冬奥会上首次使用的氢燃料电池汽车，其电池工作原理如图，下列说法正确的是
A．气体a为 B．气体b发生了还原反应
C．该装置实现了电能向化学能的转化 D．正极室的电极反应式为
12．质量均为的铁片、铜片和溶液组成的装置如图所示，下列说法正确的是
A．a和b用导线连接时，电子通过电解质溶液转移到铜片上
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色直接变成黄色
D．a和b用导线连接后，当电路中有个电子通过时，理论上铁片与铜片的质量差为
13．常温下，将除去表面氧化膜的、片插入浓中组成原电池(如图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。下列说法正确的是
A．时，原电池的负极是片
B．时，正极的电极反应式为：
C．时刻后，正极上每得到电子，负极质量减少
D．时刻后，溶液中向铜片附近移动，向铝片附近移动
14．“碳呼吸”电池原理如图所示，电解质溶液为含C2O的盐溶液，电池总反应为2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。下列有关说法错误的是
A．Al作负极
B．气体A中CO2含量比空气中低
C．负极反应式为2CO2+2e-=C2O
D．每生成1molAl2(C2O4)3，消耗负极材料的质量为54g
15．电池在生产生活中有着重要应用。
(1)下列化学反应，理论上可以设计成原电池的是 (填字母代号)。
A．
B．
C．
(2)纸电池是未来电池发展的重要研究方向，其组成与传统电池类似，电极和电解液均“嵌"在纸中。根据下图纸电池结构示意图，利用氯化钠、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另一种银白色金属片，制作了两个纸电池，用电流表测试时，发现指针偏转方向相反。

①银白色金属片的位置是 (填“a”或“b”，下同)，电池工作时阴离子移向 。
②电流表指针偏转方向相反的原因是 ，铜片与锌片组成的纸电池，电流表指针偏向 。
③研究表明，酸性条件下参与的原电池电极反应可视为两步完成： ；。
16．利用下列原电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列有关说法不正确的是

A．电极A为负极，发生氧化反应
B．电流从电极B经导线流向电极A
C．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
D．当有4.48LNO2(标准状况)被处理时，转移电子物质的量为0.6mol
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】新能源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，如可燃冰、太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，而一次性电池属于传统能源，故答案选A。
2．D
【详解】A．钠与水反应是氧化还原反应，也是常见的放热反应，A不符合题意；
B．锌片和稀硫酸的反应是氧化还原反应，也是常见的放热反应，B不符合题意；
C．与反应是吸热反应，属于复分解反应，复分解一定不是氧化还原反应，C不符合题意；
D．，C元素化合价改变，属于氧化还原反应且是吸热反应，D符合题意。
答案选D。
3．D
【详解】A．化学键的断裂吸收能量，因此断开H-O键吸收能量，A错误；
B．SO3+H2O=H2SO4为放热反应，则反应物的总能量大于生成物的总能量，B错误；
C．化学键的形成放出能量，因此形成H-O键放出能量，C错误；
D．SO3+H2O=H2SO4为放热反应，则反应物的总能量大于生成物的总能量，D正确；
答案选D。
4．C
【详解】A．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少有关，同种物质反应，物质的量越多，放出或吸收的热量越多，故A错误；
B．与反应生成，断键吸收热量为436kJ×2+249kJ×2=1370kJ，成键放出的热量为930kJ×2=1860kJ，因此整个反应释放能量为490kJ，故B错误；
C．氢气和氧气反应生成水是放热反应，则的能量比与的能量之和低，故C正确；
D．与反应生成，断键吸收热量为436kJ+249kJ=685kJ，成键放出的热量为930kJ，因此整个反应释放能量为245kJ，由于气态水到液态水会释放能量，因此释放能量大于245kJ，故D错误。
综上所述，答案为C。
5．D
【详解】A．铜a为电池正极，电子从锌电极沿着导线流向铜，选项A错误；
B．锌为电池负极，发生的电极反应是、发生氧化反应，选项B错误；
C．水果果汁中含游离的，酒精为非电解质，不可将桔子换成酒精溶液，选项C错误；
D．原电池中阳离子定向移动到正极，则每个水果果汁中的移向正极，选项D正确；
答案选D。
6．C
【详解】A．铁比铜活泼，铜作正极，铁作负极，负极发生氧化反应，故A正确；
B．碱性锌锰电池中，锌作负极失电子，故B正确；
C．原电池中，阳离子向正极移动，PbO2极为正极，电解质溶液中的H+移向PbO2极，故C错误；
D．Ag2O为正极，得电子作氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag，故D正确；
故选C。
7．C
【详解】装置一：形成原电池，a极质量减小，b极质量增加，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序a＞b；
装置二：未形成原电池，b极有气体产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序b＞c；
装置三：形成原电池，d极溶解，所以d是负极，c极有气体产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序d＞c；
装置四：形成原电池，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序d＞a；
所以这四种金属的活动性顺序为d>a>b>c；
故选：C。
8．(1) 吸收 183
(2) 降低 a
【详解】（1）氮气和氧气反应生成2molNO时，反应物的总键能为945kJ+498kJ=1443kJ，生成物的总键能为2×630kJ=1260kJ，则该反应吸收1443kJ-1260kJ =183kJ能量。答案为：吸收；183；
（2）装置a中，铝条与稀盐酸反应，属于活泼金属与酸的反应，应为放热反应；装置b中，Ba(OH)2 8H2O与NH4Cl反应，属于吸热反应，所以b中温度降低。图乙表示放热反应，则反应过程a的能量变化可用图乙表示。答案为：降低；a。
【点睛】物质分子内的键能越大，物质所具有的能量越低。
9．C
【详解】A．由图可知，A的能量低于B，则A转化为B的反应为吸热反应，B的总能量高于C，则B转化为C的反应为放热反应，故A错误；
B．A的能量低于B，则A转化为B的反应为吸热反应，吸热反应并不一定需要加热反应才能发生，故B错误；
C．由图可知，A的总能量高于C，则A转化为C的反应为放热反应，会向环境释放能量，故C正确；
D．能量越低越稳定，A、B、C三种物质中C的能量最低，C最稳定，故D错误；
答案选C。
10．BC
【详解】A．由图可知，HCN具有的能量较低，则HCN比HNC更稳定，故A正确；
B．由图可知，反应物总能量小于生成物总能量，则该反应为吸热反应，但吸热反应不一定需要加热才能发生，如八水合氢氧化钡和氯化铵反应为吸热反应，但不需要加热就能进行，故B错误；
C．由图可知，1molHCN(g)形成过渡态吸收186.5kJ的热量，HCN(g)转化为过渡态过程中化学键没有全部断裂，故C错误；
D．ΔH＝生成物总能量 反应物总能量＝(59.3 0.0)kJ/mol＝＋59.3kJ/mol，则1molHCN(g)转化为1molHNC(g)需要吸收59.3kJ的热量，故D正确；
故答案选BC。
11．B
【详解】A．负极室发生氧化反应，负极通入氢气，气体a为，故A错误；
B．正极室通入氧气，气体b是氧气，氧气发生还原反应，故B正确；
C．该装置为原电池，该装置实现了化学能向电能的转化，故C错误；
D．正极室通入氧气，氧气得电子生成水，电极反应式为，故D错误；
选B。
12．D
【详解】A．原电池中，电子不能通过电解质溶液，A错误；
B．a和b用导线连接时，形成原电池，铜片上发生的反应为Cu2++2e-=Cu，B错误；
C．铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，故无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色变成浅绿色，C错误；
D．a和b用导线连接后，总反应为Fe+Cu2+=Fe2++Cu，当电路中有0.2NA个电子通过时，转移电子0.2mol，消耗Fe0.1mol，质量为 ，生成Cu0.1mol，质量为 ，故理论上铁片与铜片的质量差为12g，D正确；
故选D。
13．C
【分析】由图2可知t1时刻电流强度方向发生了转变，说明正负极发生了变化，t1之前，Al为负极；t1之后，Cu为负极。
【详解】A．0-t1 时，原电池的负极是Al片，A错误；
B．0-t1 时，正极应为硝酸根得电子生成二氧化氮，B错误；
C．t1 时刻后，Cu为负极，正极上每得到0.3mol电子，负极消耗铜0.15mol，质量减少9.6g，C正确；
D．t1 时刻后，Cu为负极，溶液中H+向铝片附近移动，硝酸根向铜片附近移动，D错误；
故选C。
14．C
【详解】A． 根据工作原理图或电池总反应式，铝失电子生成草酸铝，发生氧化反应，金属铝作负极，故A正确；
B． 正极通入空气，空气中的CO2作为正极反应物得电子生成草酸根离，故气体A中CO2含量比空气中低，故B正确；
C． CO2作为正极反应物得电子生成草酸根离子，正极反应式为2CO2+2e-=C2O，故C错误；
D． 每生成1molAl2(C2O4)3，消耗负极材料铝为2mol，质量为54g，故D正确；
故选C。
15．(1)BC
(2) a b 铜片与锌片相连，铜片为正极，电流由铜片到锌片；另一电池，铜片为负极，电流由银白色金属片到铜片 铜片
【详解】（1）能设计成原电池的反应通常是放热反应，且必须是能自发进行的氧化还原反应。A项，该反应是吸热反应，所以不能设计成原电池；B项，该反应是放热反应且是能自发进行的氧化还原反应，所以能设计成原电池；C项，该反应是放热反应且是能自发进行的氧化还原反应，所以能设计成原电池。故选BC。
（2）①铜片与锌片食物，锌活泼，做负极；铜片和另外银白色金属时，电流表指针偏转方向相反，故铜做负极。根据电子的方向可知，b为负极，故银白色金属片的位置是a。阴离子流向负极b。
②铜片与锌片相连，铜片为正极，电流由铜片到锌片；另一电池，铜片为负极，电流由银白色金属片到铜片，所以电流表指针偏转方向相反。铜片与锌片组成的纸电池，铜片作正极，故电流表指针偏向铜片。
③酸性条件下得电子最终生成H2O，总电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，故分两步：，。
16．D
【分析】由题干装置图可知，左池通入NH3生成N2，失去电子，电极A为原电池的负极，反应式为2NH3－6e－＋6OH－＝N2＋6H2O，右池通入NO2生成N2，得到电子，电极B为原电池的正极，反应式为2NO2＋8e－＋4H2O＝N2＋8OH－，据此分析解题。
【详解】A．由分析可知，电极A为原电池的负极，发生氧化反应，A正确；
B．由分析可知，电极A为负极，电极B为正极，电子由负极A经导线流向正极B，则电流从电极B经导线流向电极A，B正确；
C．为使电池持续放电，正极区生成的OH－不断通过阴离子交换膜进入负极区，C正确；
D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，0.2 mol NO2发生反应，由反应2NO2＋8e－＋4H2O＝N2＋8OH－可知，转移的电子物质的量为0.8 mol，D错误；
故选D。
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