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同步练习4　化学反应与能量变化
(时间：60分钟　分值：100分)
一、选择题(本题共15小题，每小题4分，共60分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2025·北京顺义高一检测)氢气在氯气中燃烧时发生反应：H2＋Cl22HCl。下列关于该反应的说法不正确的是(　　)
A.属于放热反应
B.属于氧化还原反应
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.化学键的断裂和形成是该反应中能量变化的主要原因
2.将盛有NH4HCO3粉末的试管放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向试管中加入盐酸(如图)，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。下列说法正确的是(　　)
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B.该反应中，热能转化为生成物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应物中化学键断裂吸收的能量少于生成物中化学键形成放出的能量
3.(2025·辽宁葫芦岛高一期末)为了探究化学反应的能量变化情况，某同学设计了如图装置，向盛有A的试管中滴加B试剂时，看到U形管中，甲处液面上升，乙处液面下降，下列关于该反应的说法正确的是(　　)
A.该反应为放热反应
B.反应物的总能量比生成物的总能量高
C.此反应一定是氧化还原反应
D.试剂A和试剂B可能为碳酸氢钠和柠檬酸
4.(2025·徐州高一期中)我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，可以利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.上述过程中，反应物的总能量小于生成物的总能量
B.上述过程中，太阳能转化为化学能
C.过程Ⅰ释放能量，过程Ⅱ吸收能量
D.过程Ⅲ属于氧化还原反应
5.已知2 mol H(g)形成1 mol H2(g)放出436 kJ热量，下列说法正确的是(　　)
A.氢气分子中每个氢原子都达到最外层8电子稳定结构
B.相同条件下，1 mol H2 (g)的能量比2 mol H(g)的能量低
C.1 mol H2(g)转化为2 mol H(g)要放出436 kJ热量
D.氢原子比氢气分子更稳定
6.把X、Y、Z、W四种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连，均可形成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，W上有气泡逸出；X、Z相连时，X质量减少；Y、W相连时，电流从Y经导线流向W。则四种金属的活动性顺序由弱到强排列为(　　)
A.X、Z、W、Y B.W、Y、Z、X
C.W、Z、Y、X D.Y、W、Z、X
7.(2025·山东济宁高一期中)如图表示的是1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)过程中的能量变化情况，已知整个过程中共吸收180 kJ的能量，下列说法正确的是(　　)
A.2 mol O原子生成1 mol O2(g)时放出498 kJ能量
B.2 mol NO(g)分子中的化学键形成时需要吸收1 264 kJ能量
C.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)的总能量大于2 mol NO(g)的能量
D.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)在放电条件和高温条件下分别反应生成2 mol NO(g)时吸收的能量不同
8.(2025·北京西城区高一期末)某同学以大小相同的铜片和锌片为电极研究水果电池，得到的实验数据如表所示：
实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
下列关于上述实验的说法正确的是(　　)
A.实验目的是探究水果种类和电极材料对水果电池电流的影响
B.实验所用装置中，负极材料是铜
C.实验装置将电能转化为化学能
D.实验2和3能表明水果种类对电流大小有影响
9.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法不正确的是(　　)
A.Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，负极反应式为Al－3e-===Al3+
B.Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e-＋4OH-=== [Al(OH)4]-
C.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，负极反应式为Al－3e-===Al3+
D.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为Fe－2e-===Fe2+
10.(2025·辽宁高一期中)某学生在课外活动时，根据纸电池的结构示意图，制作了一个简易电池。下列说法合理的是(　　)
A.该电池加几滴水就可以激活
B.电池工作时NaCl会被损耗，需要定期补充
C.电子从Al箔经滤纸流向铜箔
D.负极电极反应式：2Al－6e-＋6H+===Al2O3＋3H2O
11.研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.该反应中断裂N2O和CO中化学键吸收的能量大于形成N2和CO2中化学键释放的能量
B.FeO+是该反应的催化剂
C.由图可知，CO2比CO稳定
D.Fe+＋N2O===FeO+＋N2、FeO+＋CO===Fe+＋CO2两步均为放热反应
12.(2025·武汉高一期中)碳纳米点(CQDs)/氮化碳(C3N4)纳米复合物是一种新型光催化剂，可用于光分解水的反应，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.C3N4是无机非金属材料
B.总反应属于吸热反应
C.阶段Ⅰ和阶段Ⅱ均有非极性键的断裂与形成
D.此过程实现了太阳能向化学能的转化
13.下列关于四个常用电化学装置的叙述错误的是(　　)
A.图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出
B.图Ⅱ所示干电池中锌作负极
C.图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb－2e-＋S===PbSO4
D.图Ⅳ所示电池中通入氧气的电极是正极
14.(2025·泰安高一调研)科学家设计了一种以石墨为电极、稀硫酸为电解质溶液处理废气SO2的电池，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.电子由电极a流向电极b
B.一段时间后，电解质溶液的pH增大
C.理论上每消耗22.4 L O2，可产生196 g H2SO4
D.电极b的电极反应式：SO2－2e-＋2H2O===＋4H+
15.(2025·石家庄高一期中)用零价铁去除酸性水体中的N是地下水修复研究的热点之一，下列有关叙述错误的是(　　)
铁粉还原水体中N的反应原理(已知：形成了原电池)示意图 足量铁粉还原水体中N后，铁表面最终形态的示意图 初始pH＝4.5的水体中，分别加入Fe2+、Fe(足量)、Fe(足量)和Fe2+对N的去除率(%)的对比图像
A.甲图中Fe作原电池的负极
B.甲图中正极上发生的电极反应：N＋8e-＋10H+===N＋3H2O
C.零价铁去除N的反应速率会随时间推移而减慢
D.零价铁去除N时加入的适量Fe2+能直接还原N，从而提高N的去除率
二、非选择题(本题共3小题，共40分)
16.(14分)到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用的主要能源。
(1)从能量变化角度研究反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)。如图能正确表示该反应中能量变化的是　　　　(填字母)。
(2)从断键和成键角度分析上述反应中能量的变化，部分化学键的键能如下表：
化学键 H—H O==O H—O
键能/(kJ· mol-1) 436 496 463
则生成1 mol H2O(g)放出热量　　　　 kJ。
(3)为了探究化学反应中的能量变化，某兴趣小组设计了如图两个实验(如图所示)。试回答下列问题：
①有关反应一段时间后的实验现象，下列说法正确的是　　　　(填字母)。
A.图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数
B.图Ⅰ中锌片是负极，图Ⅱ中铜片是正极
C.图Ⅰ和图Ⅱ的气泡均在锌棒表面产生
D.图Ⅱ中产生气体的速率比图Ⅰ慢
E.图Ⅰ和图Ⅱ中溶液的酸性均增强
F.图Ⅱ的外电路中电流方向为Zn→Cu
②写出图Ⅱ实验中铜片上的电极反应式：　　　　　　　　　　　　。
③图Ⅱ中当电路中转移0.25 mol电子时，消耗负极材料的质量为　　　　 g。
(4)某科研团队设计了一种以硅作为基底的微型直接氢气酸性燃料电池，其工作原理如图所示。电池工作时，A电极上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
(5)根据原电池原理可以制造化学电池。如：电动汽车上用的铅酸蓄电池是由一组海绵状铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板作为两电极，用稀H2SO4作电解质溶液构成。放电时，电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试写出放电时正极的电极反应式：　　　　。
17.(14分)Ⅰ.某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如表，根据表中记录的实验现象，回答下列问题。
编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向
1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨
4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
(1)(1分)实验1、2中Al电极的作用是否相同？　　　　　。
(2)(1分)实验3中铝为　　　　　极，电极反应式为Al－3e-===Al3+。
(3)实验4中的铝为　　　　　极，写出铝电极的电极反应式：　　　　　　　　　　　。
(4)根据以上实验结果，在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极受到哪些因素的影响？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.某种燃料电池的工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。
(5)假设使用的“燃料”是氢气(H2)，则b极的电极反应式为　　　　　　　。
(6)假设使用的“燃料”是甲烷(CH4)，则通入甲烷气体的电极反应式为　　　　　　　，电池工作一段时间后，电解质溶液的碱性将　　　　　(填“增强”“减弱”或“不变”)。
18.(12分) 二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本，提高了效益，其原理如图所示。请回答下列问题：
(1)(4分)Pt1电极附近发生的反应为　　　　。
(2)(3分)Pt2电极附近发生的反应为　　　　。
(3)(2分)该电池放电时电子从　　　　(填“Pt1”或“Pt2”，下同)电极经过外电路流到　　　　电极。
(4)(3分)相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为　　　　。
同步练习4　化学反应与能量变化
(时间：60分钟　分值：100分)
一、选择题(本题共15小题，每小题4分，共60分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2025·北京顺义高一检测)氢气在氯气中燃烧时发生反应：H2＋Cl22HCl。下列关于该反应的说法不正确的是(　　)
A.属于放热反应
B.属于氧化还原反应
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.化学键的断裂和形成是该反应中能量变化的主要原因
答案　C
解析　燃烧反应是放热反应，放热反应的反应物的总能量高于生成物的总能量，C错误。
2.将盛有NH4HCO3粉末的试管放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向试管中加入盐酸(如图)，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。下列说法正确的是(　　)
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B.该反应中，热能转化为生成物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应物中化学键断裂吸收的能量少于生成物中化学键形成放出的能量
答案　B
解析　醋酸逐渐凝固，说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低，因此该反应为吸热反应，反应物中化学键断裂吸收的能量多于生成物中化学键形成放出的能量，A、D错误；吸热反应中反应物吸收能量，使得到的生成物内能增加，B正确；吸热反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误。
题点　化学能与热能转化的实验探究
3.(2025·辽宁葫芦岛高一期末)为了探究化学反应的能量变化情况，某同学设计了如图装置，向盛有A的试管中滴加B试剂时，看到U形管中，甲处液面上升，乙处液面下降，下列关于该反应的说法正确的是(　　)
A.该反应为放热反应
B.反应物的总能量比生成物的总能量高
C.此反应一定是氧化还原反应
D.试剂A和试剂B可能为碳酸氢钠和柠檬酸
答案　D
4.(2025·徐州高一期中)我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，可以利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.上述过程中，反应物的总能量小于生成物的总能量
B.上述过程中，太阳能转化为化学能
C.过程Ⅰ释放能量，过程Ⅱ吸收能量
D.过程Ⅲ属于氧化还原反应
答案　C
解析　由题图可知，太阳能使水分解，水分解吸热，反应物的总能量小于生成物的总能量，故A正确；太阳能使水分解，实现了太阳能向化学能的转化，故B正确；过程Ⅰ中水分子断键，吸收能量，过程Ⅱ中生成氢气、过氧化氢，形成化学键，释放能量，故C错误；过程Ⅲ中H2O2转化为H2和O2，有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，故D正确。
题点　化学反应中能量变化的原因
微题点　物质的能量与化学反应能量变化的关系
5.已知2 mol H(g)形成1 mol H2(g)放出436 kJ热量，下列说法正确的是(　　)
A.氢气分子中每个氢原子都达到最外层8电子稳定结构
B.相同条件下，1 mol H2 (g)的能量比2 mol H(g)的能量低
C.1 mol H2(g)转化为2 mol H(g)要放出436 kJ热量
D.氢原子比氢气分子更稳定
答案　B
解析　氢气分子中每个氢原子都达到最外层2电子稳定结构，故A错误；1 mol H2(g)转化为2 mol H(g)要吸收436 kJ热量，故C错误；氢原子能量高于氢气分子，能量越低越稳定，故氢原子没有氢气分子稳定，故D错误。
6.把X、Y、Z、W四种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连，均可形成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，W上有气泡逸出；X、Z相连时，X质量减少；Y、W相连时，电流从Y经导线流向W。则四种金属的活动性顺序由弱到强排列为(　　)
A.X、Z、W、Y B.W、Y、Z、X
C.W、Z、Y、X D.Y、W、Z、X
答案　D
解析　X、Y相连时，X为负极，则活泼性：X>Y；Z、W相连时，W上有气泡逸出，则活泼性：Z>W；X、Z相连时，X质量减少，X为负极，则活泼性：X>Z；Y、W相连时，电流从Y经导线流向W，Y为正极，则活泼性：W>Y。综上所述，四种金属的活动性顺序由弱到强排列为Y、W、Z、X。
题点　原电池工作原理的应用
微题点　比较金属活动性的强弱
7.(2025·山东济宁高一期中)如图表示的是1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)过程中的能量变化情况，已知整个过程中共吸收180 kJ的能量，下列说法正确的是(　　)
A.2 mol O原子生成1 mol O2(g)时放出498 kJ能量
B.2 mol NO(g)分子中的化学键形成时需要吸收1 264 kJ能量
C.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)的总能量大于2 mol NO(g)的能量
D.1 mol N2(g)和1 mol O2(g)在放电条件和高温条件下分别反应生成2 mol NO(g)时吸收的能量不同
答案　A
解析　已知整个过程中共吸收180 kJ的能量，则946＋x－2×632＝180，解得x＝498，1 mol O2(g)吸收498 kJ能量形成2 mol O原子，原子结合形成分子的过程是放热过程，2 mol O原子结合生成1 mol O2(g)时需要放出498 kJ能量，故A正确；化学键的形成释放能量，2 mol NO(g)分子中的化学键形成时放出1 264 kJ能量，故B错误；已知整个过程中共吸收180 kJ能量，则该反应为吸热反应，即1 mol N2(g)和1 mol O2(g)的总能量小于2 mol NO(g)的能量，故C错误；反应过程中的能量变化与反应条件无关，在放电条件和高温条件下，1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)时吸收的能量相同，故D错误。
题点　化学反应中能量变化的原因
微题点　化学键与化学反应能量变化的关系
8.(2025·北京西城区高一期末)某同学以大小相同的铜片和锌片为电极研究水果电池，得到的实验数据如表所示：
实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
下列关于上述实验的说法正确的是(　　)
A.实验目的是探究水果种类和电极材料对水果电池电流的影响
B.实验所用装置中，负极材料是铜
C.实验装置将电能转化为化学能
D.实验2和3能表明水果种类对电流大小有影响
答案　D
解析　实验目的是探究水果种类和电极间距离对水果电池电流的影响，A错误；实验所用装置中，负极材料是锌，B错误；实验装置将化学能转化为电能，C错误。
9.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法不正确的是(　　)
A.Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，负极反应式为Al－3e-===Al3+
B.Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e-＋4OH-=== [Al(OH)4]-
C.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，负极反应式为Al－3e-===Al3+
D.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为Fe－2e-===Fe2+
答案　C
解析　由Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，铝和稀硫酸反应，铜和稀硫酸不反应，所以铝作负极，铜作正极，其负极反应式为Al－3e-===Al3+，故A正确；Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，铝和氢氧化钠溶液反应，镁和氢氧化钠溶液不反应，所以铝是负极，镁是正极，其负极反应式为Al－3e-＋4OH-=== [Al(OH)4]-，故B正确；Al、Cu、浓硝酸组成原电池，铝遇浓硝酸发生钝化，铜和浓硝酸能自发地进行反应，所以铜作负极，铝作正极，其负极反应式为Cu－2e-===Cu2+，故C错误；由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，铁和铜都与氯化铁反应，但铁的金属性比铜强，所以铁作负极，铜作正极，其负极反应式为Fe－2e-===Fe2+，故D正确。
10.(2025·辽宁高一期中)某学生在课外活动时，根据纸电池的结构示意图，制作了一个简易电池。下列说法合理的是(　　)
A.该电池加几滴水就可以激活
B.电池工作时NaCl会被损耗，需要定期补充
C.电子从Al箔经滤纸流向铜箔
D.负极电极反应式：2Al－6e-＋6H+===Al2O3＋3H2O
答案　A
解析　该电池加几滴水后，形成电解质溶液，同时铝箔为负极，铜箔为正极，形成原电池而被激活，A正确；负极是金属铝放电，正极是氧气得到电子，电极反应与NaCl无关，故电池工作时NaCl不会被损耗，不需要定期补充，B错误；电子不经过电解质溶液，铝箔为负极，铜箔为正极，则电子是从铝箔经导线流向铜箔，C错误；电解质溶液不是酸性环境，则负极电极反应式不是2Al－6e-＋6H+===Al2O3＋3H2O，且该电极反应式中氧原子也不守恒，D错误。
11.研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A.该反应中断裂N2O和CO中化学键吸收的能量大于形成N2和CO2中化学键释放的能量
B.FeO+是该反应的催化剂
C.由图可知，CO2比CO稳定
D.Fe+＋N2O===FeO+＋N2、FeO+＋CO===Fe+＋CO2两步均为放热反应
答案　D
解析　由图可知，反应是放热反应，则断裂N2O和CO中化学键吸收的能量小于形成N2和CO2中化学键释放的能量，故A错误；由图像只能判断出生成物的总能量小于反应物的总能量，不能比较CO2和CO的能量高低，也就不能比较两者的稳定性，故C错误；由图可知，两步反应都是反应物的总能量高于生成物的总能量，均为放热反应，故D正确。
12.(2025·武汉高一期中)碳纳米点(CQDs)/氮化碳(C3N4)纳米复合物是一种新型光催化剂，可用于光分解水的反应，其原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.C3N4是无机非金属材料
B.总反应属于吸热反应
C.阶段Ⅰ和阶段Ⅱ均有非极性键的断裂与形成
D.此过程实现了太阳能向化学能的转化
答案　C
解析　总反应为水分解为氢气和氧气，属于吸热反应，B项正确；阶段Ⅰ为O—H(极性共价键)的断裂，H—H和O—O(非极性共价键)的形成，没有非极性共价键的断裂，C项错误；该过程利用太阳能光解水，实现了太阳能向化学能的转化，D项正确。
题点　化学反应与热能的综合应用
13.下列关于四个常用电化学装置的叙述错误的是(　　)
A.图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出
B.图Ⅱ所示干电池中锌作负极
C.图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb－2e-＋S===PbSO4
D.图Ⅳ所示电池中通入氧气的电极是正极
答案　C
解析　图Ⅰ构成原电池，锌比铜活泼，锌作负极，电子从锌片流出，故A正确；图Ⅲ为铅酸蓄电池，放电时正极二氧化铅得电子生成硫酸铅，电极反应式为PbO2＋2e-＋4H+＋S===PbSO4＋2H2O，故C错误；图Ⅳ为氢氧燃料电池，氢气失电子，a电极为负极，氧气在b电极得电子，b电极为正极，故D正确。
题点　化学电源
14.(2025·泰安高一调研)科学家设计了一种以石墨为电极、稀硫酸为电解质溶液处理废气SO2的电池，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.电子由电极a流向电极b
B.一段时间后，电解质溶液的pH增大
C.理论上每消耗22.4 L O2，可产生196 g H2SO4
D.电极b的电极反应式：SO2－2e-＋2H2O===＋4H+
答案　D
解析　以石墨为电极、稀硫酸为电解质溶液处理废气SO2的电池，SO2被氧化生成，电极b为负极，电极反应式为SO2－2e-＋2H2O===＋4H+，电极a为正极，电极反应式为O2＋4e-＋4H+===2H2O，电子由负极b流向正极a，A错误、D正确；电池总反应为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，则一段时间后，电解质溶液的pH减小，B错误；22.4 L O2所处状态未知，无法计算产生H2SO4的质量，C错误。
15.(2025·石家庄高一期中)用零价铁去除酸性水体中的N是地下水修复研究的热点之一，下列有关叙述错误的是(　　)
铁粉还原水体中N的反应原理(已知：形成了原电池)示意图 足量铁粉还原水体中N后，铁表面最终形态的示意图 初始pH＝4.5的水体中，分别加入Fe2+、Fe(足量)、Fe(足量)和Fe2+对N的去除率(%)的对比图像
A.甲图中Fe作原电池的负极
B.甲图中正极上发生的电极反应：N＋8e-＋10H+===N＋3H2O
C.零价铁去除N的反应速率会随时间推移而减慢
D.零价铁去除N时加入的适量Fe2+能直接还原N，从而提高N的去除率
答案　D
解析　甲图中Fe失电子发生氧化反应，作原电池的负极，故A正确；甲图中硝酸根离子得电子，发生还原反应生成铵根离子，正极上发生的电极反应：N＋8e-＋10H+===N＋3H2O，故B正确；根据图乙，铁表面形成不能导电的FeO(OH)，所以零价铁去除N的反应速率会随时间推移而减慢，故C正确；根据图丙，Fe2+不能直接还原N，故D错误。
题点　原电池原理的综合应用
二、非选择题(本题共3小题，共40分)
16.(14分)到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用的主要能源。
(1)从能量变化角度研究反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)。如图能正确表示该反应中能量变化的是　　　　(填字母)。
(2)从断键和成键角度分析上述反应中能量的变化，部分化学键的键能如下表：
化学键 H—H O==O H—O
键能/(kJ· mol-1) 436 496 463
则生成1 mol H2O(g)放出热量　　　　 kJ。
(3)为了探究化学反应中的能量变化，某兴趣小组设计了如图两个实验(如图所示)。试回答下列问题：
①有关反应一段时间后的实验现象，下列说法正确的是　　　　(填字母)。
A.图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数
B.图Ⅰ中锌片是负极，图Ⅱ中铜片是正极
C.图Ⅰ和图Ⅱ的气泡均在锌棒表面产生
D.图Ⅱ中产生气体的速率比图Ⅰ慢
E.图Ⅰ和图Ⅱ中溶液的酸性均增强
F.图Ⅱ的外电路中电流方向为Zn→Cu
②写出图Ⅱ实验中铜片上的电极反应式：　　　　　　　　　　　　。
③图Ⅱ中当电路中转移0.25 mol电子时，消耗负极材料的质量为　　　　 g。
(4)某科研团队设计了一种以硅作为基底的微型直接氢气酸性燃料电池，其工作原理如图所示。电池工作时，A电极上的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
(5)根据原电池原理可以制造化学电池。如：电动汽车上用的铅酸蓄电池是由一组海绵状铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板作为两电极，用稀H2SO4作电解质溶液构成。放电时，电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试写出放电时正极的电极反应式：　　　　。
答案　(1)A　(2)242　(3)①A　②2H+＋2e-===H2↑　③8.125　(4)O2＋4e-＋4H+===2H2O　(5)PbO2＋2e-＋S＋4H+===PbSO4＋2H2O
解析　(2)根据方程式2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)，生成1 mol H2O(g)，放出的能量为463 kJ· mol-1×2 mol－436 kJ· mol-1×1 mol－496 kJ· mol-1×0.5 mol＝242 kJ。(3)①图Ⅰ中化学能转化为热能，图Ⅱ中化学能主要转化为电能，所以图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数，A正确；图Ⅰ中不能形成原电池，因此没有正、负极，B错误；图Ⅰ中不能形成原电池，气泡在锌棒表面产生，图Ⅱ中形成原电池，锌为负极，铜为正极，气泡在铜棒表面产生，C错误；图Ⅱ中形成原电池，能加快反应速率，因此图Ⅱ中产生气体的速度比图Ⅰ快，D错误；图Ⅰ和图Ⅱ的总反应都是Zn＋2H+===Zn2+＋H2↑，因此溶液的酸性均减弱，E错误；图Ⅱ中锌为负极，铜为正极，外电路中电流方向为Cu→Zn，F错误。②图Ⅱ中形成原电池，铜为正极，电极反应式为2H+＋2e-===H2↑。③当电路中转移0.25 mol电子时，消耗负极材料的质量为×65 g·mol-1＝8.125 g。(4)由燃料电池工作原理图可知，A电极为正极，O2得电子结合氢离子生成H2O，其电极反应式为O2＋4e-＋4H+===2H2O。(5)放电时，正极PbO2得电子生成PbSO4，正极的电极反应式为PbO2＋2e-＋S＋4H+===PbSO4＋2H2O。
题点　化学反应与能量变化的综合
17.(14分)Ⅰ.某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如表，根据表中记录的实验现象，回答下列问题。
编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向
1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨
4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
(1)(1分)实验1、2中Al电极的作用是否相同？　　　　　。
(2)(1分)实验3中铝为　　　　　极，电极反应式为Al－3e-===Al3+。
(3)实验4中的铝为　　　　　极，写出铝电极的电极反应式：　　　　　　　　　　　。
(4)根据以上实验结果，在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极受到哪些因素的影响？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.某种燃料电池的工作原理如图所示(a、b均为石墨电极)。
(5)假设使用的“燃料”是氢气(H2)，则b极的电极反应式为　　　　　　　。
(6)假设使用的“燃料”是甲烷(CH4)，则通入甲烷气体的电极反应式为　　　　　　　，电池工作一段时间后，电解质溶液的碱性将　　　　　(填“增强”“减弱”或“不变”)。
答案　(1)不相同　(2)负　(3)负　Al－3e-＋4OH-===[Al(OH)4]-　(4)电极活泼性强弱、电解质溶液种类　(5)O2＋2H2O＋4e-===4OH-　(6)CH4－8e-＋10OH-===C＋7H2O　减弱
解析　(1)实验1中电流表偏向Al，则说明Al为正极，实验2中电流表偏向Cu，则说明Cu为正极，Al为负极，因此实验1、2中Al电极的作用不相同。(4)通过实验1、2、3说明在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极与电极活泼性强弱有关，通过实验1、4说明在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极与电解质溶液种类有关。(5)假设使用的“燃料”是氢气(H2)，根据图中信息得到a为负极，b为正极，b电极氧气得到电子变为氢氧根离子，则b极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e-===4OH-。(6)假设使用的“燃料”是甲烷(CH4)，甲烷在负极失去电子，和氢氧根离子结合得到碳酸根离子，则通入甲烷气体的电极反应式为CH4－8e-＋10OH-===C＋7H2O，电池工作一段时间后，根据总反应的反应式：CH4＋2O2＋2OH-===C＋3H2O，则电解质溶液的碱性将减弱。
题点　原电池工作原理的应用、燃料电池的工作原理
18.(12分) 二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，降低了成本，提高了效益，其原理如图所示。请回答下列问题：
(1)(4分)Pt1电极附近发生的反应为　　　　。
(2)(3分)Pt2电极附近发生的反应为　　　　。
(3)(2分)该电池放电时电子从　　　　(填“Pt1”或“Pt2”，下同)电极经过外电路流到　　　　电极。
(4)(3分)相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为　　　　。
答案　(1)SO2＋2H2O－2e-===S＋4H+　(2)O2＋4H+＋4e-===2H2O　(3)Pt1　Pt2　(4)2∶1
解析　(1)Pt1电极通入SO2，SO2在负极失电子生成S，则电极反应为SO2＋2H2O－2e-===S＋4H+。
(2)酸性条件下，氧气得电子生成水，则Pt2电极附近发生的反应为O2＋4H+＋4e-===2H2O。
(4)该电池的原理为二氧化硫与氧气的反应，即2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，所以放电过程中消耗的SO2和O2的体积之比为2∶1。

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