2023-2024学年高一化学下学期-6.1化学反应与能量变化（人教版2019必修第二册）
一、化学反应与热能的转化
1．实验探究
实验操作 实验现象 结论
①看到有气泡产生 ②用手触摸反应后的试管，手感到热 ③用温度计测得反应后温度升高 该反应放出热量
闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，木片和烧杯黏在一起，混合物呈糊状 该反应吸收热量
2．放热反应与吸热反应
（1）放热反应：释放热量的化学反应。
（2）吸热反应：吸收热量的化学反应。
二、化学反应中能量变化的主要原因
1．宏观角度：从反应物、生成物总能量角度解释化学反应中的能量变化
放热反应 吸热反应
总结：化学反应能量变化(E)＝生成物总能量－反应物总能量。
E>0，为吸热反应；E<0，为放热反应。
2．微观角度：从化学键角度解释化学反应中的能量变化
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。
公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝反应物总键能－生成物总键能。
ΔQ>0，为吸热反应；ΔQ<0，为放热反应。
3．化学反应遵循的两条基本规律
(1)质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，总质量保持不变。
(2)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，但体系包含的总能量不变。
注意：任何化学反应在发生物质变化的同时必然伴随着能量的变化，但化学反应中能量的转化不一定都表现为化学能与热能的转化，化学能也可以与光能、电能等发生转化。
三、人类对能源的利用
1.利用的三个阶段
——树枝杂草
↓
—— 煤、石油 、天然气
↓
——
（2）化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题
① 一是其短期内不可再生，储量有限；
② 二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
5．新能源
（1）特点：资源丰富、可以再生、对环境无污染等。
（2）人们比较关注的新能源有：太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。
四、化学反应与电能
1．原电池的概念：把化学能转化为电能的装置。
2．原电池工作原理（以Zn--Cu--稀硫酸原电池为例）
（1）原电池的工作原理思维模型
（2）电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
（3）离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
【注意】①电子只能在导线中定向移动，离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为：电子不下水，离子不上岸)
②负极区失电子带正电，所以带负电的阴离子移向负极，电子流向正极后正极带负电，所以溶液中带正电的阳离子移向正极。(简记为：负负、正正)
3．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”
（1）两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属如碳棒)。
（2）一液——电解质溶液(或熔融的电解质)。
（3）一线——形成闭合回路。
（4）一反应——能自发进行的氧化还原反应。
4．原电池正、负极判断方法
（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）据电子的流向——电子流出的为负极，电子流入的为正极。
（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）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．电极反应式的书写思路
[特别提醒]若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，在保证电子转移数目相同的情况下，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
五、原电池原理的应用
1．加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。
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2．比较金属活泼性强弱：
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
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3．用于金属保护
将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
4．设计原电池
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被还原)。
(2)步骤：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例。
步骤 实例
将反应拆分 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋
为电极反应
正极反应 Cu2＋＋2e－===Cu
选择电极 材料 负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属 Fe
正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨 Cu或C
选择电解质 一般为与负极反应的电解质 CuSO4溶液
画出装置图
六、常见的化学电源
1.锌锰干电池
（1） 结构：锌锰干电池是以锌筒作负极，石墨棒作正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质溶液。
（2） 原理：锌锰干电池属于一次性电池，放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为 Zn－2e－===Zn2＋ ，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH4+＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。
2.充电电池
（1）充电电池属于二次电池。有些充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。
（2）常见充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
3．燃料电池
(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。
如氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等。
(2)燃料电池与火力发电相比，能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供。(实验装置如下)
①氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性、碱性和中性三种。
酸性 碱性 中性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 2H2－4e－===4H＋
正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
一、单选题
1．下列化学反应过程中的能量变化符合下图的是
A．CaO＋H2O=Ca(OH)2 B．Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑
C．CaCO3CaO＋CO2↑ D．CH3COOH＋NaOH=CH3COONa+H2O
【答案】C
【详解】由图象可知生成物的能量高于反应物，故该反应为吸热反应。CaO＋H2O=Ca(OH)2为放热反应；Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑为放热反应；CaCO3CaO＋CO2↑为吸热反应；CH3COOH＋NaOH=CH3COONa+H2O中和反应为放热反应，综上所述故选C。
2．下列装置中能组成原电池的是
A． B．
C． D．
【答案】B
【详解】A．虽然两个活动性不同的电极用导线连接、与电解质溶液相接触，但两个烧杯内的溶液没有用盐桥相连，不能形成闭合回路，所以不能形成原电池，A不符合题意；
B．Zn、Cu构成两个活动性不同的电极，用导线连接，与稀硫酸相接触，且Zn能与稀硫酸发生氧化还原反应，所以能形成原电池，B符合题意；
C．虽然具备Zn、C两个活动性不同的电极，但植物油不能导电，不能构成原电池，C不符合题意；
D．两个电极都为Ag，与AgNO3溶液不反应，不能形成原电池，D不符合题意；
故选B。
3．已知反应 X + Y = M + N为放热反应，关于该反应的说法正确的是
A．X的能量一定高于M
B．Y的能量一定高于N
C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D．因该反应为放热反应，故不必加热就可发生反应
【答案】C
【详解】A．正反应放热，反应物总能量高于生成物总能量，但X的能量不一定高于M，A错误；
B．正反应放热，反应物总能量高于生成物总能量，但Y的能量不一定高于N，B错误；
C．正反应放热，反应物总能量高于生成物总能量，即X和Y的总能量一定高于M和N的总能量，C正确；
D．反应是否需要加热与反应是放热或吸热没有关系，D错误；
答案选C。
4．为将反应2Al+6H+=2Al3++3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】A．铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝离子和氢气，与题中方程式不相符，A错误；
B．铝与稀硫酸反应生成铝离子和氢气，铝为负极，铜为正极，将化学能转化为电能，B正确；
C．铝与稀硝酸反应生成一氧化氮，与题中方程式不相符，C错误；
D．两个电极均为铝，不能达到将化学能转化为电能的目的，D错误；
故选B。
5．电池因能提供持久稳定的电力支持，满足不同领域的需求，故应用广泛。如图为铁—碳原电池的装置示意图，下列说法正确的是
A．铁片是原电池的正极 B．该装置能将电能转化为化学能
C．电子由铁片流出经过电流计流向碳棒 D．碳棒上的电极反应式为
【答案】C
【分析】铁能与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁发生氧化反应，铁是负极、碳是正极。
【详解】A．铁失电子生成Fe2+，铁片是原电池的负极，碳棒是原电池的正极，故A错误；
B．该装置属于原电池，将化学能转化为电能，故B错误；
C．在原电池中，电子从负极沿导线流入正极，所以该原电池中，铁是负极、碳是正极，电子由铁片流出经过电流计流向碳棒，故C正确；
D．碳棒是原电池的正极，电极反应式为，故D错误；
选C。
6．如图在盛有水的烧杯中，铁圈和铜圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入硫酸铜溶液。片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈）
A．铁圈和铜圈左右摇摆不定 B．保持平衡状态不变
C．铁圈向下倾斜 D．铜圈向下倾斜
【答案】D
【详解】依据金属活动顺序可知铁的活泼性强于铜，铁圈和铜圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液后，该装置构成了原电池，铁较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应生成亚铁离子，质量减小；铜较不活泼的金属作正极，铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，在铜圈上析出，所以铁圈向上倾斜，铜圈向下倾斜，
答案选D。
7．a、b在金属活动性顺序中均位于氢的前面，a还可以从b的硝酸盐溶液中置换出b。将a、b用导线相连放入溶液中，下列叙述不正确的是
A．导线中有电流。电流方向由b流向a B．a质量减小，b质量增加
C．b上有氢气产生 D．a发生氧化反应，b上发生还原反应
【答案】C
【分析】由题意知，a、b、Cu的金属活动性由强到弱的顺序为，则a、b及溶液构成的原电池中，a做负极，b做正极。电子由a经过导线流向b，电流方向由b流向a。a失去电子，发生氧化反应，质量减小，溶液中的在b上得到电子，发生还原反应析出，从而使b质量增加，b上不会产生。
【详解】A．由分析可知，a、b及溶液构成的原电池中，a做负极，b做正极。电子由a经过导线流向b，电流方向由b流向a，A正确；
B．a失去电子，发生氧化反应，质量减小，溶液中的在b上得到电子，发生还原反应析出，从而使b质量增加，B正确；
C．溶液中的在b上得到电子，发生还原反应析出，从而使b质量增加，b上不会产生，C错误；
D．a失去电子，发生氧化反应，质量减小，溶液中的在b上得到电子，发生还原反应，D正确；
故选C。
8．已知热化学方程式：C(s，石墨) C(s，金刚石) -3.9 kJ。下列有关说法正确的是
A．石墨和金刚石完全燃烧，后者放热多
B．金刚石比石墨稳定
C．等量的金刚石储存的能量比石墨高
D．石墨很容易转化为金刚石
【答案】C
【详解】A．石墨和金刚石完全燃烧，生成物相同，相同物质的量时后者放热多，因热量与物质的量成正比，故A错误；
B．石墨能量低，石墨稳定，故B错误；
C．由石墨转化为金刚石需要吸热，可知等量的金刚石储存的能量比石墨高，故C正确；
D．石墨在特定条件下转化为金刚石，需要合适的高温、高压，故D错误；
故答案为C。
9．下列关于四种电池的叙述正确的是
A．电池Ⅰ中电子的流向：Zn→Cu→稀硫酸→Zn
B．电池Ⅱ中石墨棒上发生氧化反应，锌筒会变薄
C．电池Ⅲ工作时，两极质量均增加
D．电池Ⅳ中正极的电极反应式：O2+4e-+2H2O=4OH-
【答案】C
【详解】A．电池Ⅰ为原电池，Zn作负极，电子从锌流出沿导线流向铜，电子不能通过电解质溶液，A错误；
B．电池Ⅱ为锌锰干电池，锌作负极发生氧化反应，锌被消耗，锌筒变薄；石墨作正极，正极上发生还原反应，B错误；
C．该电池工作时，负极Pb转化为PbSO4，正极PbO2转化为PbSO4，两极质量均增加，C正确；
D．电池Ⅳ为酸性氢氧燃料电池，氧气在正极反应得到电子发生还原反应，电极反应式为：O2+4e +4H+=2H2O，D错误；
故选C。
10．比较X、Y、Z、W四种金属的活动性，方案及相关现象如下：
①将四种金属各自浸入稀硫酸中，只有W表面无气泡产生；
②将X、Y用导线连接浸入稀硫酸中，X上产生气泡；
③将Y、Z用导线连接浸入稀硫酸中，Z极质量减轻。
则四种金属的活动性由强到弱的顺序为
A．Z>Y>X>W B．Z>X>Y>W C．Z>Y>W>X D．Y>Z>X>W
【答案】A
【详解】金属活动性不同的金属与稀硫酸形成原电池时，活泼金属做负极，发生氧化反应，金属质量减轻；不活泼金属做正极，在该极发生还原反应，产生气泡；电子由活泼性强的一极移动到活泼性弱的一极。①中W表面无气泡，说明金属活动性W最弱，②中X上产生气泡，说明金属活动性：Y>X；③中Z极质量减轻，Z为负极，说明金属活动性：Z>Y，A项符合题意。
11．X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置，实验中电流表指针发生偏转，同时X极变细，Y极变粗，则X、Y、Z溶液可能是下列中的
编号 X Y Z溶液
A Cu Zn 稀硫酸
B Zn Cu 硝酸银溶液
C Ag Zn 硫酸铜溶液
D Ag Cu 稀硫酸
A．A B．B C．C D．D
【答案】B
【分析】X、Y两根金属棒插入Z溶液中，实验中电流表指针发生偏转，说明该装置形成原电池。
【详解】A．铜、锌在稀硫酸中构成原电池，X极为Cu，H+得到电子变为H2，X极无变化，Y极为活泼金属锌，做原电池的负极，失去电子发生氧化反应生成锌离子，Y极变细，故A不符合题意；
B．锌、铜在硝酸银溶液中构成原电池，X极为活泼金属锌，做原电池的负极，失去电子发生氧化反应生成锌离子，X极变细，Y极为Cu，做原电池的正极，银离子在正极得到电子发生还原反应生成银，Y极变粗，故B符合题意；
C．银、锌在硫酸铜溶液中构成原电池，X极为Ag，做原电池的正极，Cu2+在正极得到电子发生还原反应生成Cu，X极变粗，Y极为活泼金属锌，做原电池的负极，失去电子发生氧化反应生成锌离子，Y极变细，
故C不符合题意；
D．Ag和Cu均不与稀硫酸反应，没有自发进行的氧化还原反应，无法构成原电池，故D不符合题意；
故选B。
12．如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化。下列说法正确的是
A．通常情况下，O2(g)比N2(g)稳定
B．N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)是吸热反应
C．N2(g)和O2(g)反应生成1molNO(g)放出632kJ能量
D．1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量大于2molNO(g)具有的总能量
【答案】B
【详解】
A．断键吸收的能量比多，因此更稳定，A错误；
B．和的反应吸收的总能量为，生成放出的总能量为，吸收的能量大于放出的能量，反应是吸热反应，B正确；
C．和的反应吸收的总能量为，生成放出的总能量为，吸收的能量比放出的能量多，生成1molNO(g)放出90kJ能量，C错误；
D．因为反应为吸热反应，所以和具有的总能量小于具有的总能量，D错误；
故选D。
13．下图是铅蓄电池的模拟装置图，铅蓄电池是典型的二次电池，其总反应式为：，下列说法正确的是
A．放电时，闭合断开，正极反应是：
B．充电时，闭合断开，铅蓄电池正极接外电源负极，电极反应式为：
C．闭合断开，放电过程中，向电极移动，溶液的不断增大
D．放电时，闭合断开，当外电路上有电子通过时，溶液中消耗的物质的量为
【答案】D
【分析】铅蓄电池放电时根据原电池工作原理分析，充电时根据电解原理进行判断电极及电极反应，如放电时Pb为负极、二氧化铅为正极，据此进行解答。
【详解】A．放电时，闭合断开，二氧化铅为正极，正极反应是：，故A错误；
B．充电时，闭合断开，铅蓄电池正极接外电源正极，电极反应式为：，故B错误；
C．闭合断开，放电过程中，Pb为负极、二氧化铅为正极，原电池中阳离子向正极移动，向A电极移动，溶液中氢离子浓度减小，溶液的不断增大，故C错误；
D．放电时，闭合断开，由总方程式：可知，每转移2mol电子，消耗2mol，当外电路上有电子通过时，溶液中消耗的物质的量为，故D正确；
故选D。
14．某电池以和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是
A．Zn为电池的负极，发生还原反应
B．正极反应式为
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时向负极迁移
【答案】D
【详解】A．Zn为电池的负极，Zn失电子发生氧化反应，故A错误；
B．正极反应式为，故B错误；
C．该电池放电过程总反应为，电解质溶液浓度增大，故C错误；
D．原电池中阴离子移向负极，电池工作时向负极迁移，故D正确；
选D。
15．锌银纽扣电池具有质量小、体积小、储存时间长的优点。电池的总反应为，下图为其构造示意图，下列说法错误的是
A．Ag2O电极为正极，发生还原反应
B．电子由负极经过电解质溶液移向正极
C．负极的电极反应：
D．该锌银纽扣电池为一次电池
【答案】B
【详解】A．Ag2O电极为正极，发生还原反应，故A正确；
B．电子由负极经过导线移向正极，不经过电解质溶液，故B错误；
C．负极的电极反应：，故C正确；
D．该纽扣电池无法充电，为一次电池，故D正确；
故答案为：B。
16．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，实验结果记录如下：
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 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
下列说法错误的是
A．实验1正极的电极反应为2H++2e-=H2↑
B．实验2溶液中H+向Al电极移动
C．实验3电子从铝片流向镁片
D．铝作原电池的正极或负极与电极材料、电解质溶液有关
【答案】B
【详解】A．实验1中由于金属活动性：Mg＞Al，所以活动性强的Mg为负极，失去电子发生氧化反应；活动性弱的Al为正极，在正极上溶液中的H+得到电子发生还原反应产生H2，则正极的电极反应为：2H++2e-=H2↑，A正确；
B．实验2中由于金属活动性：Al＞Cu，所以Al为负极，失去电子发生氧化反应；Cu为正极，在正极上溶液中的H+得到电子发生还原反应产生H2，故溶液中H+向负电荷较多的正极Cu电极移动，B错误；
C．实验3中由于Al能够与NaOH溶液发生反应产生NaAlO2、H2，而Mg不发生反应，因此Al为负极，Mg为正极，电子从铝片流向镁片，C正确；
D．根据上述三个实验可知：铝作原电池的正极或负极与电极材料、电解质溶液有关，D正确；
故合理选项是B。
二、填空题
17．能源是现代社会物质文明的原动力，与我们每个人息息相关。
I.人们常利用化学反应中的能量变化为人类服务。
(1)化石燃料是人类利用最多的常规能源，为促进社会的可持续发展，人类不断地寻找更多新能源，例如： 、 （任意书写两种新能源）。
(2)下列反应属于吸热反应的是 （填序号）
①CH4燃烧 ②C与CO2反应 ③煅烧石灰石（主要成分是CaCO3）制生石灰
④氯化铵晶体和混合搅拌
Ⅱ.已知31g白磷变为31g红磷释放能量。
(3)上述变化属于 （填“物理”或“化学”）变化。
(4)常温常压下，白磷与红磷更稳定的是 。
Ⅲ.如图是反应过程中的能量变化图。
(5)由图可知，该反应是 （填“放热反应”或“吸热反应”）。
(6)已知1molH2与1mol完全反应生成2molHI会放出11kJ的能量，则1gH2与足量完全反应，放出 kJ能量。断开1molH—H键、1molH—I键分别需要吸收的能量为436KJ、299kJ，则断开1molI—I键需要吸收的能量为 kJ。
【答案】(1)氢能 风能
(2)②③④
(3)化学
(4)白磷
(5)放热反应
(6) 5.5 151
【详解】（1）化石燃料是人类利用最多的常规能源，为促进社会的可持续发展，人类不断地寻找更多新能源，例如：氢能、太阳能、风能等；
（2）①甲烷燃烧属于放热反应，①错误；
②碳与一氧化碳的反应为吸热反应，②正确；
③煅烧石灰石（主要成分是CaCO3）制生石灰为吸热反应，③正确；
④氯化铵晶体和Ba(OH)2 8H2O混合搅拌，属于吸热反应，④正确；
故选②③④；
（3）白磷与红磷是两种物质，属于化学变化；
（4）31g白磷变为31g红磷释放能量，说明白磷能量高，能量越低越稳定，则红磷稳定；
（5）由图可知，反应物总能量大于生成物总能量，所以反应为放热反应；
（6）①1molH2与1molI2完全反应生成2molHI会放出11kJ的能量，1gH2为0.5mol，则放出5.5kJ能量；
②根据方程式可知，设断开1molI—I键需要吸收的能量为xkJ，根据，断键吸收的总能量为（436+x）kJ，放出的总能量为598kJ，则598-436-x=11，则断开1molI—I键需要吸收的能量为151kJ。
18．任何化学反应都伴随着能量的变化，通过化学反应化学能可转化为热能、电能等不同形式的能量。
(1)可用于工业合成氨气，已知常温常压下拆开1mol键、1mol键分别需要吸收的能量为
436kJ、946kJ，形成1mol键会放出391kJ能量。
根据上述数据判断工业合成氨的反应是 （填“吸热”或“放热”）反应；
若消耗1mol和3mol，理论上放出或吸收热量为，则为 kJ；
(2)用图甲、乙所示装置进行实验，以下叙述中，正确的是___。
a．甲中铜片是正极，乙中锌片是负极
b．两烧杯中溶液的均增大
c．两烧杯中铜片表面均有气泡产生
d．若反应过程中有0.2mol电子转移，生成的氢气在标况下的体积均为2.24L
(3)某同学依据氧化还原反应：设计的原电池如下图所示：
负极的材料是 ，发生的电极反应为 。
当反应进行一段时间后取出电极材料，测得某一电极增重了5.4g，则该原电池反应共转移的电子数目是 。
【答案】(1) 放热 92
(2)bd
(3)Cu 0.05NA
【详解】（1）工业合成氨的化学方程式为，若消耗1mol和3mol，理论上放出热量为=6×391kJ-（946kJ+3×436kJ）=92 kJ，则工业合成氨的反应是放热反应；
（2）a．甲中未形成原电池，无正负极，乙中形成原电池，活泼电极锌为负极，a错；
b．两烧杯中均为氢离子得电子变成氢气，氢离子浓度减小，pH增大，b对；
c．甲中气泡在锌电极上产生，乙中气泡在Cu上产生，c错；
d．两池中均发生，反应过程中有0.2mol电子转移，生成的氢气均为0.1mol，在标况下的体积均为2.24L，d对；
故选bd；
（3）由可知Cu为负极，电极反应式为；当反应进行一段时间后取出电极材料，测得正极Ag电极增重了5.4g即0.05molAg，其电极反应式为，则该原电池反应共转移的电子数目是0.05NA。
19．化学电源在生产生活中有着广泛的应用，请回答下列问颕：
(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是___________(填字母，下同)。
A．
B．
C．
D．
(2)电子表和电子计算器中所用的是钮扣式的微型银锌电池，其电极分别为和Zn，电解液为KOH溶液。工作时电池总反应为：。
①工作时电流从 极流向 极(两空均选填“”或“Zn”)；
②负极的电极反应式为： ；
③工作时电池正极区的pH (选填“增大”“减小”或“不变”)；
④外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少 g。
(3)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“”设计一种化学电池(正极材料用石墨棒)，回答下列问题：
①该电池的负极材料是 (填化学式)，电解质溶液是 (填化学式)溶液。
②正极上发生的电极反应为 。
③若导线上转移的电子为1mol，则消耗的金属铜的质量为 。
【答案】(1)BC
(2) Zn 增大 6.5
(3)Cu 溶液或溶液 32g
【详解】（1）自发进行的氧化还原反应可以设计成原电池，AD不是氧化还原反应，不选；BC为自发进行的氧化还原反应，故选BC；
（2），由原电池总反应可知，为正极、Zn为负极；
①工作时电流从正极流向负极，即从极流向Zn极；
②负极的电极反应式为：；
③工作时电池正极反应式为：，产生OH-，正极区pH增大；
④由负极电极反应式可知，外电路中每通过0.2mol电子，消耗0.1molZn，质量减少为6.5g；
（3）由总反应，可知Cu失电子，作负极；得电子，在正极发生反应；
①该电池的负极材料是Cu，电解质溶液是铁盐溶液，可以是溶液或溶液；
②正极上发生的电极反应为：；
③负极电极反应式：，若导线上转移的电子为1mol，则消耗的金属铜的物质的量为0.5mol，故消耗铜的质量为。
20．任何化学反应都伴随着能量的变化，化学能可转化为热能、电能等。回答下列有关问题：
(1)的反应过程如图所示：
该反应为 （填“放热”或“吸热”）反应，生成吸收或放出的热量为 。
(2)下列变化中属于吸热反应的是 （填标号）。
①液态水汽化 ②生石灰与水反应生成熟石灰
③ ④与固体混合
(3)氢气燃料电池在北京冬奥会上得到广泛应用，下图是一种氢气燃料电池的工作原理示意图：
b电极的电极反应式为 ，发生了 反应（填“氧化”或“还原”）：a电极是原电池的 （填“正极”或“负极”），若该极改为通入，其电极反应式为 。
(4)为了验证Fe与Cu的还原性强弱，下图中能达到实验目的的装置是 （填标号），其正极的电极反应式为 ；若构建该原电池时两个电极的质量相等，当导线中通过0.2 mol电子时，理论上两个电极的质量差为 g。
【答案】(1)放热 183 kJ
(2)③④
(3) 还原 负极
(4) ② 12
【详解】（1）由图可知1 mol H2和1 mol Cl2断裂化学键分别形成2 mol H和2mol Cl吸收的能量为436 kJ和243 kJ，总计679 kJ，2 mol H和2mol Cl形成2 mol HCl总计放出的能量为431 kJ×2=862 kJ，即反应为放热反应，放出热量862 kJ-679 kJ=183 kJ；
（2）①液态水汽化需要吸收能量，但该过程是物理变化，①不符合题意；
②生石灰与水反应生成熟石灰反应放出大量的热，②不符合题意；
③二氧化碳和碳高温生成CO，反应为吸热反应，③符合题意；
④Ba(OH)2·8H2O与固体NH4Cl混合发生反应：，该反应是典型吸热反应，④符合题意；
故选③④；
（3）由图可知，电极b为正极，电极反应式为：，发生还原反应；电极a是负极，发生氧化反应，若该极改为通入CH4，其电极反应式为：；
（4）①中Fe在冷的浓HNO3中发生钝化，阻止Fe与浓HNO3进一步反应，因此无法判断Fe与Cu的还原性强弱，②中发生如下总反应：，在该氧化还原反应中，Fe为还原剂，Cu为还原产物，还原剂的还原性大于还原产物，即还原性Fe＞Cu，能达到实验目的；C电极为正极，Cu2+得到电子变为Cu，电极反应式为：；导线中通过0.2mol电子，结合反应，此时消耗Fe物质的量为0.1mol，质量为5.6g，生成Cu的量为0.1mol，质量为6.4g，理论上两个电极的质量差为：6.4g+5.6g=12g。2023-2024学年高一化学下学期-6.1化学反应与能量变化（人教版2019必修第二册）
一、化学反应与热能的转化
1．实验探究
实验操作 实验现象 结论
①看到有气泡产生 ②用手触摸反应后的试管，手感到热 ③用温度计测得反应后温度升高 该反应放出热量
闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，木片和烧杯黏在一起，混合物呈糊状 该反应吸收热量
2．放热反应与吸热反应
（1）放热反应：释放热量的化学反应。
（2）吸热反应：吸收热量的化学反应。
二、化学反应中能量变化的主要原因
1．宏观角度：从反应物、生成物总能量角度解释化学反应中的能量变化
放热反应 吸热反应
总结：化学反应能量变化(E)＝生成物总能量－反应物总能量。
E>0，为吸热反应；E<0，为放热反应。
2．微观角度：从化学键角度解释化学反应中的能量变化
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。
公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝反应物总键能－生成物总键能。
ΔQ>0，为吸热反应；ΔQ<0，为放热反应。
3．化学反应遵循的两条基本规律
(1)质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，总质量保持不变。
(2)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，但体系包含的总能量不变。
注意：任何化学反应在发生物质变化的同时必然伴随着能量的变化，但化学反应中能量的转化不一定都表现为化学能与热能的转化，化学能也可以与光能、电能等发生转化。
三、人类对能源的利用
1.利用的三个阶段
——树枝杂草
↓
—— 煤、石油 、天然气
↓
——
（2）化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题
① 一是其短期内不可再生，储量有限；
② 二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
5．新能源
（1）特点：资源丰富、可以再生、对环境无污染等。
（2）人们比较关注的新能源有：太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。
四、化学反应与电能
1．原电池的概念：把化学能转化为电能的装置。
2．原电池工作原理（以Zn--Cu--稀硫酸原电池为例）
（1）原电池的工作原理思维模型
（2）电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
（3）离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
【注意】①电子只能在导线中定向移动，离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为：电子不下水，离子不上岸)
②负极区失电子带正电，所以带负电的阴离子移向负极，电子流向正极后正极带负电，所以溶液中带正电的阳离子移向正极。(简记为：负负、正正)
3．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”
（1）两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属如碳棒)。
（2）一液——电解质溶液(或熔融的电解质)。
（3）一线——形成闭合回路。
（4）一反应——能自发进行的氧化还原反应。
4．原电池正、负极判断方法
（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）据电子的流向——电子流出的为负极，电子流入的为正极。
（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）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．电极反应式的书写思路
[特别提醒]若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，在保证电子转移数目相同的情况下，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
五、原电池原理的应用
1．加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。
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2．比较金属活泼性强弱：
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
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3．用于金属保护
将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
4．设计原电池
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被还原)。
(2)步骤：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例。
步骤 实例
将反应拆分 为电极反应 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋
正极反应 Cu2＋＋2e－===Cu
选择电极 材料 负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属 Fe
正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨 Cu或C
选择电解质 一般为与负极反应的电解质 CuSO4溶液
画出装置图
六、常见的化学电源
1.锌锰干电池
（1） 结构：锌锰干电池是以锌筒作负极，石墨棒作正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质溶液。
（2） 原理：锌锰干电池属于一次性电池，放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为 Zn－2e－===Zn2＋ ，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH4+＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。
2.充电电池
（1）充电电池属于二次电池。有些充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。
（2）常见充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
3．燃料电池
(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。
如氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等。
(2)燃料电池与火力发电相比，能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供。(实验装置如下)
①氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性、碱性和中性三种。
酸性 碱性 中性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 2H2－4e－===4H＋
正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
1．下列化学反应过程中的能量变化符合下图的是
A．CaO＋H2O=Ca(OH)2 B．Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑
C．CaCO3CaO＋CO2↑ D．CH3COOH＋NaOH=CH3COONa+H2O
2．下列装置中能组成原电池的是
A． B．
C． D．
3．已知反应 X + Y = M + N为放热反应，关于该反应的说法正确的是
A．X的能量一定高于M
B．Y的能量一定高于N
C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D．因该反应为放热反应，故不必加热就可发生反应
4．为将反应2Al+6H+=2Al3++3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)
A． B． C． D．
5．电池因能提供持久稳定的电力支持，满足不同领域的需求，故应用广泛。如图为铁—碳原电池的装置示意图，下列说法正确的是
A．铁片是原电池的正极 B．该装置能将电能转化为化学能
C．电子由铁片流出经过电流计流向碳棒 D．碳棒上的电极反应式为
6．如图在盛有水的烧杯中，铁圈和铜圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入硫酸铜溶液。片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈）
A．铁圈和铜圈左右摇摆不定 B．保持平衡状态不变
C．铁圈向下倾斜 D．铜圈向下倾斜
7．a、b在金属活动性顺序中均位于氢的前面，a还可以从b的硝酸盐溶液中置换出b。将a、b用导线相连放入溶液中，下列叙述不正确的是
A．导线中有电流。电流方向由b流向a B．a质量减小，b质量增加
C．b上有氢气产生 D．a发生氧化反应，b上发生还原反应
8．已知热化学方程式：C(s，石墨) C(s，金刚石) -3.9 kJ。下列有关说法正确的是
A．石墨和金刚石完全燃烧，后者放热多
B．金刚石比石墨稳定
C．等量的金刚石储存的能量比石墨高
D．石墨很容易转化为金刚石
9．下列关于四种电池的叙述正确的是
A．电池Ⅰ中电子的流向：Zn→Cu→稀硫酸→Zn
B．电池Ⅱ中石墨棒上发生氧化反应，锌筒会变薄
C．电池Ⅲ工作时，两极质量均增加
D．电池Ⅳ中正极的电极反应式：O2+4e-+2H2O=4OH-
10．比较X、Y、Z、W四种金属的活动性，方案及相关现象如下：
①将四种金属各自浸入稀硫酸中，只有W表面无气泡产生；
②将X、Y用导线连接浸入稀硫酸中，X上产生气泡；
③将Y、Z用导线连接浸入稀硫酸中，Z极质量减轻。
则四种金属的活动性由强到弱的顺序为
A．Z>Y>X>W B．Z>X>Y>W C．Z>Y>W>X D．Y>Z>X>W
11．X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置，实验中电流表指针发生偏转，同时X极变细，Y极变粗，则X、Y、Z溶液可能是下列中的
编号 X Y Z溶液
A Cu Zn 稀硫酸
B Zn Cu 硝酸银溶液
C Ag Zn 硫酸铜溶液
D Ag Cu 稀硫酸
A．A B．B C．C D．D
12．如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化。下列说法正确的是
A．通常情况下，O2(g)比N2(g)稳定
B．N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)是吸热反应
C．N2(g)和O2(g)反应生成1molNO(g)放出632kJ能量
D．1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量大于2molNO(g)具有的总能量
13．下图是铅蓄电池的模拟装置图，铅蓄电池是典型的二次电池，其总反应式为：，下列说法正确的是
A．放电时，闭合断开，正极反应是：
B．充电时，闭合断开，铅蓄电池正极接外电源负极，电极反应式为：
C．闭合断开，放电过程中，向电极移动，溶液的不断增大
D．放电时，闭合断开，当外电路上有电子通过时，溶液中消耗的物质的量为
14．某电池以和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是
A．Zn为电池的负极，发生还原反应
B．正极反应式为
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时向负极迁移
15．锌银纽扣电池具有质量小、体积小、储存时间长的优点。电池的总反应为，下图为其构造示意图，下列说法错误的是
A．Ag2O电极为正极，发生还原反应
B．电子由负极经过电解质溶液移向正极
C．负极的电极反应：
D．该锌银纽扣电池为一次电池
16．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，实验结果记录如下：
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 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg
下列说法错误的是
A．实验1正极的电极反应为2H++2e-=H2↑
B．实验2溶液中H+向Al电极移动
C．实验3电子从铝片流向镁片
D．铝作原电池的正极或负极与电极材料、电解质溶液有关
二、填空题
17．能源是现代社会物质文明的原动力，与我们每个人息息相关。
I.人们常利用化学反应中的能量变化为人类服务。
(1)化石燃料是人类利用最多的常规能源，为促进社会的可持续发展，人类不断地寻找更多新能源，例如： 、 （任意书写两种新能源）。
(2)下列反应属于吸热反应的是 （填序号）
①CH4燃烧 ②C与CO2反应 ③煅烧石灰石（主要成分是CaCO3）制生石灰
④氯化铵晶体和混合搅拌
Ⅱ.已知31g白磷变为31g红磷释放能量。
(3)上述变化属于 （填“物理”或“化学”）变化。
(4)常温常压下，白磷与红磷更稳定的是 。
Ⅲ.如图是反应过程中的能量变化图。
(5)由图可知，该反应是 （填“放热反应”或“吸热反应”）。
(6)已知1molH2与1mol完全反应生成2molHI会放出11kJ的能量，则1gH2与足量完全反应，放出 kJ
能量。断开1molH—H键、1molH—I键分别需要吸收的能量为436KJ、299kJ，则断开1molI—I键需要吸收的能量为 kJ。
18．任何化学反应都伴随着能量的变化，通过化学反应化学能可转化为热能、电能等不同形式的能量。
(1)可用于工业合成氨气，已知常温常压下拆开1mol键、1mol键分别需要吸收的能量为436kJ、946kJ，形成1mol键会放出391kJ能量。
根据上述数据判断工业合成氨的反应是 （填“吸热”或“放热”）反应；
若消耗1mol和3mol，理论上放出或吸收热量为，则为 kJ；
(2)用图甲、乙所示装置进行实验，以下叙述中，正确的是___。
a．甲中铜片是正极，乙中锌片是负极
b．两烧杯中溶液的均增大
c．两烧杯中铜片表面均有气泡产生
d．若反应过程中有0.2mol电子转移，生成的氢气在标况下的体积均为2.24L
(3)某同学依据氧化还原反应：设计的原电池如下图所示：
负极的材料是 ，发生的电极反应为 。
当反应进行一段时间后取出电极材料，测得某一电极增重了5.4g，则该原电池反应共转移的电子数目是 。
19．化学电源在生产生活中有着广泛的应用，请回答下列问颕：
(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是___________(填字母，下同)。
A．
B．
C．
D．
(2)电子表和电子计算器中所用的是钮扣式的微型银锌电池，其电极分别为和Zn，电解液为KOH溶液。工作时电池总反应为：。
①工作时电流从 极流向 极(两空均选填“”或“Zn”)；
②负极的电极反应式为： ；
③工作时电池正极区的pH (选填“增大”“减小”或“不变”)；
④外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少 g。
(3)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“”设计一种化学电池(正极材料用石墨棒)，回答下列问题：
①该电池的负极材料是 (填化学式)，电解质溶液是 (填化学式)溶液。
②正极上发生的电极反应为 。
③若导线上转移的电子为1mol，则消耗的金属铜的质量为 。
20．任何化学反应都伴随着能量的变化，化学能可转化为热能、电能等。回答下列有关问题：
(1)的反应过程如图所示：
该反应为 （填“放热”或“吸热”）反应，生成吸收或放出的热量为 。
(2)下列变化中属于吸热反应的是 （填标号）。
①液态水汽化 ②生石灰与水反应生成熟石灰
③ ④与固体混合
(3)氢气燃料电池在北京冬奥会上得到广泛应用，下图是一种氢气燃料电池的工作原理示意图：
b电极的电极反应式为 ，发生了 反应（填“氧化”或“还原”）：a电极是原电池的 （填“正极”或“负极”），若该极改为通入，其电极反应式为 。
(4)为了验证Fe与Cu的还原性强弱，下图中能达到实验目的的装置是 （填标号），其正极的电极反应式为 ；若构建该原电池时两个电极的质量相等，当导线中通过0.2 mol电子时，理论上两个电极的质量差为 g。
