知识点1 化学反应中能量变化的本质及转化形式
（一）化学反应中的能量变化
1、化学反应中的能量变化
实验内容 实验现象 化学方程式及结论
NaOH溶液与盐 酸反应 混合液的温度升高 化学方程式：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O； 结论：反应释放能量
锌与盐酸反应 有大量气泡产生，溶液温度升高 化学方程式：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑； 结论：反应释放能量
碳酸氢钠与柠檬酸 反应 混合液的温度降低 结论：反应吸收能量
【特别提醒】
每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的反应释放能量，有的反应吸收能量。
2、化学反应的分类
(1)放热反应：最终表现为释放热量的化学反应。
(2)吸热反应：最终表现为吸收热量的化学反应。
3、常见的放热反应
(1)所有的燃烧反应，如木炭、H2、CH4等在氧气中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧。
(2)酸碱中和反应，如H＋＋OH－===H2O。
(3)大多数的化合反应，如H2＋Cl22HCl。
(4)铝热反应，如2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。
(5)活泼金属与酸或H2O的反应，如2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。
4、常见的吸热反应
(1)消石灰[Ca(OH)2]与氯化铵固体的反应：Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
(2)大多数的分解反应，如NH4ClHCl↑＋NH3↑。
(3)碳与水蒸气的反应：C＋H2O(g)CO＋H2。
(4)部分以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C＋CO22CO。
【特别提醒】
吸热反应和放热反应均是化学反应。NaOH固体溶于水、浓H2SO4的稀释，属于放热过程，不属于放热反应；NH4NO3固体溶于水属于吸热过程，不属于吸热反应。
5、放热反应与吸热反应的比较
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
常见实例 (1)金属与水或酸的反应 (2)金属氧化物与水或酸的反应 (3)可燃物的燃烧反应及缓慢氧化 (4)酸与碱的中和反应 (5)大部分化合反应 (1)大部分分解反应 (2)Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应 (3)柠檬酸与NaHCO3的反应 (4)高温下焦炭与水的反应
6、有关吸热反应和放热反应理解的三个“不一定”
(1)放热反应不一定容易发生，如合成氨反应需要在高温、高压和催化剂作用下才能发生；吸热反应不一定难发生，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应在常温下能发生。
(2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如硫与铁的反应；吸热反应不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
(3)放热过程不一定是放热反应，如NaOH固体的溶解和浓硫酸的稀释是放热过程，但不是放热反应；吸热过程不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。
（二）化学反应中能量变化的本质及转化形式
1、从化学键的角度分析化学反应中能量变化的本质
(1)实例分析
断键时吸收的总能量：436 kJ＋249 kJ＝685 kJ；
成键时释放的总能量：930 kJ；
所以1 mol H2燃烧生成水蒸气时释放能量245 kJ。
(2)图示
注：E1为破坏旧化学键吸收的能量，E2为形成新化学键释放的能量。
(3)结论
①若E1>E2，反应吸收能量(吸热反应)。
②若E12、从物质内部能量的角度分析化学反应中能量变化的本质
(1)图示
(2)结论
①反应物内部的总能量小于生成物内部的总能量，反应吸收能量。
②反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量，反应释放能量。
3、化学反应中能量变化大小的计算方法
（1）根据反应物总能量和生成物总能量计算
ΔE＝|反应物总能量－生成物总能量|
（2）根据化学键断裂吸收的能量和化学键形成释放的能量计算
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大小
ΔE＝|断键时吸收能量之和－成键时释放能量之和|
（三）化学能与热能相互转化
1、人类获取热能的主要途径：
(1)物质的燃烧；(2)使用最多的常规能源是：化石燃料(煤、石油和天然气)。
2、化石燃料获取能量面临的问题
(1)储量有限，短期内不可再生。
(2)影响环境：煤、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。
3、节能减排的措施
(1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。
(2)能量利用阶段提高能源的利用率。
(3)开发使用新能源，目前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。
4、实现化学能与其他形式能量的转化
(1)利用化学反应将化学能转化为热能、电能等其他形式的能量，用于生产、生活和科研。例如，焊接钢轨利用了铝与氧化铁反应产生的热量，铝－空气海洋电池则利用铝与氧气的反应产生的电能供电。
(2)利用热能、电能等促使很多化学反应发生，获得所需要的物质，如煅烧石灰石制取生石灰、太阳能光解水制氢等。
角度1 常见的吸热反应和放热反应
下列变化过程，属于放热反应的是( )
①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 ②酸碱中和 ③固体NaOH溶于水 ④硫在空气或氧气中燃烧
A．①②③ B．②③④ C．②④ D．①③④
【答案】C
【解析】①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是吸热反应；②酸碱中和是放热反应；③固体NaOH溶于水会放热，但不是化学反应；④硫在空气或氧气中燃烧是放热反应；故②④符合题意。
下列属于吸热反应的是( )
A．气态水液化为液态水 B．高温分解石灰石
C．氢氧化钠和盐酸反应 D．氢气在氯气中燃烧
【答案】B
【解析】气态水液化为液态水是一个放热过程，属于物理变化，故A错误；高温分解石灰石是一个吸热反应，故B正确；氢氧化钠和盐酸反应为中和反应，属于放热反应，故C错误；氢气在氯气中燃烧生成氯化氢的反应为放热反应，故D错误。
“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。吸食时，将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合摇动即会制冷。根据你的经验判断，该化学物质是( )
A．氯化钠 B．固体氢氧化钠
C．固体硝酸铵 D．生石灰
【答案】C
【解析】考查化学物质和水混合时的能量变化问题。氯化钠溶于水的能量变化不明显；固体硝酸铵溶于水是吸热过程；固体氢氧化钠、生石灰溶于水是放热过程。
角度2 通过能量变化判断吸热反应和放热反应
下列各图中，表示该化学反应是吸热反应的是( )
【答案】A
【解析】反应物的总能量小于生成物的总能量的反应为吸热反应。
下列化学反应过程中的能量变化符合下图所示的是( )
A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O
B．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
C．CH4＋2O2CO2＋2H2O
D．Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O
【答案】D
【解析】酸碱中和反应是放热反应，故A错误；金属与酸的反应为放热反应，故B错误；物质的燃烧反应是放热反应，故C错误；Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O为铵盐与碱的反应，属于吸热反应，故D正确。
反应A＋B―→C(反应放热)分两步进行：①A＋B―→X(反应吸热)，②X―→C(反应放热)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
【答案】D
【解析】根据吸热反应和放热反应与反应物总能量和生成物总能量的关系分析、判断。A＋B―→C为放热反应，则A和B的能量之和大于C的能量，A、B选项错误；A＋B―→X为吸热反应，则A和B的能量之和小于X的能量，C选项错误、D选项正确。
角度3 化学反应中能量变化的实质
100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石的能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．石墨比金刚石更稳定
B．金刚石比石墨更稳定
C．石墨转化为金刚石的反应为放热反应
D．破坏1 mol石墨化学键所吸收的能量小于形成1 mol金刚石化学键所放出的能量
【答案】A
【解析】由图可知，石墨转化为金刚石要吸收能量，说明石墨的能量低，稳定，选项A正确，选项B错误；由图可知，石墨转化为金刚石要吸收能量，反应为吸热反应，选项C错误；由图可知，反应为吸热反应，故破坏1 mol石墨化学键所吸收的能量大于形成1 mol金刚石化学键所放出的能量，选项D错误。
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 kJ
C.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 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。
化学反应常常伴随能量的变化，以下是H2与Cl2反应的能量变化示意图，下列说法正确的是( )
A.氯化氢分子的电子式：
B.该反应既是氧化还原反应又是放热反应
C.形成1 mol H—Cl键要吸收431 kJ的能量
D.反应物断键时吸收的能量大于产物形成化学键时释放的能量
【答案】B
【解析】HCl是共价化合物，故A项电子式错；形成化学键要放出能量，C项错；通过计算判断放出的能量大于吸收的能量，该反应为放热反应，D项错，B正确。
角度4 键能、能量的有关计算
化学键的键能是形成(或断开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(kJ·mol－1)：
P—P：198 P—O：360 O===O：497
若生成1 mol P4O6，则反应P4(白磷)＋3O2===P4O6中的能量变化为( )
A．吸收1 641 kJ能量 B．放出1 641 kJ能量
C．吸收126 kJ能量 D．放出126 kJ能量
【答案】B
【解析】断键吸收的能量：6 mol P—P键为6×198 kJ，3 mol O===O键为3×497 kJ，共为2 679 kJ；成键放出的能量：12 mol P—O键为12×360 kJ＝4 320 kJ；故反应放出的能量大于吸收的能量，放出的能量为4 320 kJ－2 679 kJ＝1 641 kJ。
已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O==O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为( )
A．920 kJ B．557 kJ
C．436 kJ D．188 kJ
【答案】C
【解析】已知1 g即0.5 mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ ，则1 mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量242 kJ，设1 mol H—H键断裂时吸收热量为x kJ，则有x kJ·mol－1＋×496 kJ·mol－1－2×463 kJ·mol－1＝－242 kJ·mol－1，解得x＝436 kJ·mol－1，即1 mol H—H键断裂时吸收热量为436 kJ，故答案为C。
已知断裂1 mol H—H键吸收能量为436 kJ，形成1 mol H—N键放出能量为391 kJ，若1 mol N2和3 mol H2完全反应：N2＋3H22NH3，放出的能量为92.4 kJ，则断裂1 mol NN键吸收的能量是( )
A．433.6 kJ B．945.6 kJ
C．649 kJ D．869 kJ
【答案】B
【详解】根据化学方程式及所给数据，设断裂1 mol N≡N键吸收的能量为E(N≡N)，断键吸收能量为Q吸=E(N≡N)＋3×436 kJ，成键放出能量为Q放=6×391 kJ，Q放-Q吸=92.4 kJ，解得E(N≡N)=945.6 kJ；故选B。
角度5 化学能与热能相互转化
如图所示，把试管放入盛有25 ℃饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再滴入5 mL稀盐酸。
回答下列问题：
(1)实验中观察到的现象是_______________________________________________________。
(2)产生上述现象的原因是_______________________________________________________。
(3)写出有关反应的离子方程式：_________________________________________________。
(4)由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。
【答案】(1)镁片上有大量气泡产生，镁片逐渐溶解，烧杯中溶液变浑浊
(2)镁与盐酸反应生成氢气，且该反应放热，Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小，故有固体析出
(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑、Ca2＋＋2OH－===Ca(OH)2↓
(4)小于
【解析】(1)镁和盐酸剧烈反应，可观察到产生大量气体，反应放出热量使饱和溶液温度升高，析出固体溶质，观察到溶液变浑烛。
(3)镁与盐酸发生置换反应，生成氯化镁和氢气，反应的离子方程式为：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，析出固体的离子方程式为：Ca2＋＋2OH－===Ca(OH)2↓。
(4)当反应物的总能量高于生成物的总能量时，反应是放热反应，则MgCl2溶液和H2的总能量小于镁片和盐酸的总能量。
2. 人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态)，人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是( )
A．研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”
B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应
C．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能
D．石油和天然气都属于碳素燃料
【答案】A
【解析】菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”，A错误；发展太阳能经济有助于减缓温室效应，B正确；太阳能电池可将太阳能直接转化为电能，C正确；石油和天然气都属于碳素燃料，D正确。
3. 在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下：
(1)若E1＞E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是______________________________________________________。
(2)若E1＜E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是_______________________________________________________。
【答案】(1)降低 放热 反应物的部分内能通过化学反应转化为热能释放给环境 (2)升高 吸热 反应物从环境中吸收能量
【解析】(1)若E1＞E2，反应体系的总能量降低，故反应物的部分内能通过化学反应转化为热能释放给环境，则生成物的总能量小于反应物的总能量，依据反应前后能量守恒可知反应是放热反应。(2)若E1＜E2，反应体系的总能量升高，故反应物从环境中吸收能量，则生成物的总能量大于反应物的总能量，依据反应前后能量守恒可知反应是吸热反应。
命题点2 化学反应能量转化的重要应用——化学电池
一、原电池的工作原理
1．原电池的定义
原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。
2．初识氢氧燃料电池
如图是一个简易的氢氧燃料电池的实验装置示意图。用图a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验。
(1)在图b所示装置中，氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，其中氢气分子中的氢原子在左侧石墨电极上失去电子，氢气作为电池的负极反应物；氧气分子中的氧原子在右侧石墨电极上得到电子，氧气作为电池的正极反应物。稀硫酸中存在的自由移动的离子起到传导电荷的作用，导线起到传导电子的作用。
(2)物理学认为，在一个有电源的闭合回路中，产生电流的原因是电源给用电器提供了电势差。简易氢氧燃料电池能够给用电器提供电势差，是由于在两个石墨电极上有得失电子能力不同的物质——氢气和氧气；当形成闭合回路时，便会产生电流。
(3)工作原理
原电池的基本工作原理是：还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域发生氧化反应和还原反应，并通过能导电的物质形成闭合回路产生电流。其中，还原剂(如氢气)在负极上失去电子，是负极反应物；氧化剂(如氧气)在正极上得到电子，是正极反应物；电极材料(如石墨电极)通常是能够导电的固体。此外，还要有能传导电荷的电解质(如稀硫酸)作为离子导体；而导线则作为电子导体，起到传导电子形成闭合回路的作用。
3．原电池的构成要素
(1)一个反应：氧化还原反应；
(2)两个电极：相对活泼的金属做负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属做正极；
(3)两个导体：能提供自由移动的离子的电解质溶液作为离子导体；用电子导体(即导线)连接成闭合回路。
4．原电池的工作原理
工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，与外电路构成闭合回路。
5．原电池正负极判断
【特别提醒】
一般而言，原电池负极金属活泼性大于正极金属，但也有特例，如Mg-Al-NaOH(aq)原电池中，Mg做正极，Al做负极；Fe-Cu-浓HNO3原电池中，Fe做正极，Cu做负极。
二、设计原电池
1．设计原电池的基本思路
以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例说明。
(1)将氧化还原反应分成两部分，负极反应为氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物；正极反应为还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物。
实例：负极反应为Zn－2e－===Zn2＋；正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)选择正负极材料和离子导体，以电极反应为依据，根据原电池的工作原理确定电极材料和离子导体。通常，还原剂为负极材料，氧化剂为离子导体中某种阳离子，正极材料比负极材料的活动性弱或使用石墨做电极。
(3)画出原电池的装置简图。
2．锌铜原电池工作原理
实验装置
现象 锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转
结论 导线中有电流通过，化学能转化为电能
解释 锌失电子发生氧化反应形成Zn2＋进入溶液：Zn－2e－===Zn2＋(填电极反应式)，锌片上的电子沿导线流向铜片
溶液中的H＋从铜片上得电子发生还原反应生成H2逸出：2H＋＋2e－===H2↑(填电极反应式)
三、原电池原理的其他应用
1．比较金属的活动性强弱
(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属做正极。
(2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：A＞B。
2．加快化学反应
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。
(2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。
3．设计原电池
(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。
(2)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。
四、常见的化学电源
1．一次电池
(1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。
(2)锌锰干电池的构造如图所示。
①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。
②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰。
③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。
2．二次电池(充电电池)
(1)特点：二次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，使电池恢复到放电前的状态。
(2)能量转化：化学能电能
(3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。
(4)铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
①负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。
②放电反应原理
负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ；
正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ；
放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。
③充电反应原理
阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ；
阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ；
充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。
铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。
3．燃料电池
（1）特点：①反应物储存在电池外部；②能量转换效率高、清洁、安全；③供电量易于调节。
（2）燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等；常用氧化剂：氧气。
（3）燃料电池电极反应式的书写
①写出电池总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
②写出电池的正极反应式
无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
③写出电池的负极反应式
负极反应式＝总反应式－正极反应式。
角度1 原电池的判断
下列装置能构成原电池的是(连接两个电极的均是金属导线)( )
【答案】D
【解析】A中两极金属活泼性相同；B中无电解质溶液；C中没构成闭合回路。
将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的c(H＋)均减小
D．铜片上产生气泡的速率甲比乙慢
【答案】C
【解析】甲构成原电池，铜片表面有气泡产生，乙不能构成原电池，铜片表面无气泡产生，也不做正极。形成原电池会加快反应速率，故甲中产生气泡的速率较快；甲、乙两烧杯中H＋均参加反应，c(H＋)均减小。
如图所示，两电极一极为碳棒，一极为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是( )
A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
【答案】C
【解析】Fe、C形成的原电池中，负极铁失去电子，变成Fe2＋，由于a极上有大量气泡生成，所以正极(C)的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故a为正极，是碳棒；b为负极，是铁片；电解质溶液为硫酸。
角度2 原电池的工作原理
下列关于原电池的叙述中，不正确的是( )
A．原电池的负极发生的反应是氧化反应
B．原电池的正极上发生的反应为还原反应
C．原电池电解质溶液中阳离子移向负极，阴离子移向正极
D．原电池中电子流入的极一定是正极
【答案】C
【解析】原电池的负极失去电子被氧化，发生氧化反应，A正确；原电池正极上物质得电子，发生还原反应，B正确；在原电池电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误；原电池放电时，电子转移的方向是从负极沿导线流向正极，所以正极为电子流入的电极，D正确。
如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。关于该装置的说法中，正确的是( )
A．a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应
B．碳棒上有气体逸出，溶液中c(H＋)增大
C．导线上有电流，电流方向a→b
D．反应后a极质量减小
【答案】D
【解析】a金属可与稀硫酸反应，a为原电池的负极，a极失电子发生氧化反应，b为正极，发生还原反应，A不正确，D正确；溶液中的H＋在b极上得电子生成氢气，c(H＋)减小，B不正确；导线中电子流向为a→b，所以导线中电流方向为b→a。
如图是原电池示意图。当该电池工作时，下列描述不正确的是( )
A．溶液由无色逐渐变为蓝色
B．铜片表面有气泡
C．电流表指针发生偏转
D．锌是负极，其质量逐渐减小
【答案】A
【解析】Zn的活泼性大于Cu，则Zn为负极，Cu为正极，Cu不能反应生成Cu2＋，所以溶液不会变为蓝色，故A错误；Cu为正极，H＋在Cu电极上得电子生成氢气，所以铜片表面有气泡产生，故B正确；在该原电池中，Zn失去电子，电子由Zn片经导线流向Cu片，电流表指针发生偏转，故C正确；Zn为负极，Zn失去电子生成Zn2＋，其质量逐渐减小，故D正确。
角度3 原电池的设计
某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是( )
选项 正极 负极 电解质溶液
A Fe Zn HCl
B Zn Cu H2SO4
C Ag Zn CuSO4
D C Zn ZnCl2
【答案】C
【解析】将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆成两个半反应：
氧化反应(负极反应)：Zn－2e－===Zn2＋；
还原反应(正极反应)：Cu2＋＋2e－===Cu。
则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或能导电的非金属，电解质溶液中含Cu2＋。
利用下列化学反应能设计成原电池的是( )
A．CH4＋2O2CO2＋2H2O
B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
C．Na2O＋H2O===2NaOH
D．Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
【答案】A
【解析】CH4＋2O2CO2＋2H2O的反应属于自发的氧化还原反应，能设计成原电池，故A正确；CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故B错误；Na2O＋H2O===2NaOH的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故C错误；Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故D错误。
利用离子反应“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”设计原电池，下列设计不合理的是( )
①铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
②石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
③铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
④银片、铁片、Fe(NO3)2溶液组成的原电池
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
【答案】C
【解析】Cu不如铁活泼，则Fe作负极、Cu作正极，故①正确；活泼金属铁作负极，电解质溶液是含有Fe3＋的溶液，故②正确；Fe不如Zn活泼，则Fe作正极、Zn作负极，故③错误；电解质溶液应是铁盐溶液，而不是亚铁盐溶液，故④错误。
角度4 常见的化学电源
某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是( )
A．锌筒是原电池的正极
B．石墨电极上发生氧化反应
C．铵根离子流向石墨电极
D．电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒
【答案】C
【解析】锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨电极作正极，A错误；锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨电极作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，B错误；原电池中阳离子定向移动到正极，故铵根离子流向石墨电极，C正确；电子经导线由负极锌筒流向石墨电极，D错误。
有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是( )
图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅－硫酸蓄电池 图Ⅲ原电池 图Ⅳ银锌纽扣电池
A.图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是作催化剂
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大
C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变
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
【答案】D
【解析】MnO2的作用是作氧化剂，A错误；Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，H2SO4被消耗，浓度减小，B错误；正极析出铜，Cu2＋浓度减小，C错误；负极Zn→Zn2＋，发生氧化反应，Zn作还原剂；正极：Ag2O→Ag，发生还原反应，Ag2O是氧化剂，D正确。
燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
【答案】D
【解析】O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小。
角度5 原电池的应用
A、B、C都是金属，B中混有C时，只有C能被盐酸溶解；A、B与稀硫酸组成原电池时，A为电池的正极。A、B、C三种金属的活动性顺序为( )
A．A＞B＞C B．A＞C＞B
C．C＞B＞A D．B＞C＞A
【答案】C
【解析】B中混有C时，只有C能被盐酸溶解，根据金属活动顺序表，推出C比B活泼，A、B与稀硫酸构成原电池，A为正极，则B为负极，根据原电池工作原理，推出B比A活泼，综上所述，金属活动性强弱顺序是C＞B＞A，故C正确。
有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置图及部分反应现象如下：
a极质量减小，b极质量增大 b极有气泡产生，c极无变化 d极溶解，c极有气泡产生 电流从a极流向d极
则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A．a>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a>b>d>c
【答案】C
【解析】装置甲中，a极质量减小，b极质量增大，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序：a>b；装置乙中，b极有气泡产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序：b>c；装置丙中，d极溶解，c极有气泡产生，d极为负极，c极为正极，所以金属的活动性顺序：d>c；装置丁中，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；故这四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
X、Y、Z、W四种金属片在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：
则四种金属的活泼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
【解析】甲中Z为负极，活泼性：Z>Y；乙中X上有气泡生成，则X为正极，活泼性：Y>X；丙中根据电子的流向可知，Z为负极，活泼性：Z>W；丁中W上发生还原反应，则W为正极，活泼性：X>W；综上可知活泼性：Z＞Y＞X＞W。
角度6 原电池的综合考查
a、b的活动性均比氢强，a还可以从b的硝酸盐中置换出b。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中，下列叙述中不正确的是( )
A．导线上有电流，电流方向由b到a
B．a极质量减少，b极质量增加
C．b棒上析出氢气
D．a棒发生氧化反应，b棒发生还原反应
【答案】C
【解析】将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中，构成原电池，a是负极，b是正极，导线上有电流，电流方向由b到a，故A正确；在原电池中，负极a发生失电子的氧化反应，质量减轻，正极b发生得电子的还原反应，电解质溶液为CuSO4溶液，b极质量增加，不会产生氢气，故B正确，C错误；在原电池中，负极a发生失电子的氧化反应，正极b发生得电子的还原反应，故D正确。
我国在太阳能光电催化－化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是(已知质子交换膜只允许H＋通过)( )
A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能
B．该装置工作时，H＋由b极区流向a极区
C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
【答案】A
【解析】该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A项正确；该装置工作时，H＋由a极区流向b极区，B项错误；a极上有电子流出，发生氧化反应，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，C项错误；由图可知，a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。
固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2－在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
①多孔电极a为负极
②a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O
④该电池的总反应式为2H2＋O22H2O
A．①② B．②④ C．②③ D．③④
【答案】D
【解析】图中电子由多孔电极b通过导线流向多孔电极a，多孔电极b为负极，多孔电极a为正极，①错误；a极对应的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，②错误；b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，③正确；根据正负极得失电子数相等，将正负极电极反应式相加，该电池的总反应式为2H2＋O22H2O，④正确。
1．（24-25高一下·河南郑州·阶段练习）对下列有关装置的说法正确的是
A．装置Ⅰ中镁为原电池的负极
B．装置Ⅱ在工作时正负极质量均增加
C．装置Ⅲ能构成原电池
D．装置Ⅳ工作时，锌筒作负极，发生还原反应，锌筒会变薄
【答案】B
【详解】A．装置Ⅰ中电解质溶液为NaOH溶液，Al和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2，则Al为原电池的负极，Mg为正极，A错误；
B．装置Ⅱ中Pb为负极，电极反应式为：Pb+-2e-=PbSO4，PbO2为正极，电极反应式为：，所以装置Ⅱ在工作时正负极质量均增加，B正确；
C．装置Ⅲ中电极材料都是Zn，稀硫酸为电解质溶液，不能构成原电池，C错误；
D．Zn为较活泼电极，锌筒作负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，反应中锌溶解，则锌筒会变薄，D错误；
故选B。
2．（23-24高一下·广东佛山·期末）“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和原理如图所示。下列说法正确的是
A．Mg片做电池的正极 B．空气中的氧气得到电子
C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的向石墨片移动
【答案】B
【分析】镁为活泼金属，失去电子作为负极，石墨为正极，据此分析解答。
【详解】A．镁为活泼金属，做电池的负极，失去电子发生氧化反应，A错误；
B．溶解在食盐水中的氧气在石墨电极得到电子，发生还原反应，B正确；
C．原电池将化学能转化为电能，小汽车将电能通过发动机转化为动能，C错误；
D．溶液中的阴离子向原电池中负极镁片移动，D错误；
故选B。
3．（24-25高一下·山东潍坊·期中）一定温度下与反应生成，反应的能量变化如图所示。以下对该反应体系的描述中，错误的是
A．属于氧化还原反应
B．反应物的总能量比生成物的总能量高
C．破坏反应物中化学键所需的能量低于形成反应产物中化学键释放的能量
D．反应物化学键中储存的总能量比反应产物中化学键中储存的总能量高
【答案】D
【详解】A．与反应生成的过程中，氢元素的化合价由0价升至+1，碘元素的化合价由0价降至-1，反应前后有元素化合价发生变化，该反应属于氧化还原反应，故A正确；
B．由图可知，该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，且反应物的总能量比生成物的总能量高13 kJ，故B正确；
C．破坏反应物中化学键需要吸收能量，形成反应产物中化学键需要释放能量，该反应为放热反应，说明破坏反应物中化学键所需的能量低于形成反应产物中化学键释放的能量，故C正确；
D．由图可知，该反应为反应物的总能量比生成物的总能量高的放热反应，所以反应物化学键中储存的总能量比生成物化学键中储存的总能量低，故D错误；
故选D。
4．（24-25高一下·山东枣庄·期末）一定条件下，在负载型双金属合金M催化下迅速分解，其机理如图所示（图中“虚线”表示吸附在催化剂上）。下列说法错误的是
A．过程②吸收能量
B．过程①、②、③均存在N—H键断裂
C．该转化过程的总反应为
D．该转化过程中形成、、等中间产物
【答案】B
【分析】由图可看出N2H4吸附在(催化剂)M表面，连续断裂氮氢键，形成N2H3、N2H2和N2H等中间产物，直至H原子全部脱去，最终生成N2。
【详解】A．过程断裂化学键吸收能量，故A正确；
B．过程①为N2H4吸附在(催化剂)M表面，无化学键的断裂，故B错误；
C．由图可知，转化的总反应为，故C正确；
D．N2H4连续断裂氮氢键，形成N2H3、N2H2和N2H等中间产物，故D正确；
故选B。
5．（24-25高一下·山东烟台·期末）某温度下，向密闭容器中充入一定量的NO与，发生反应：，反应进程分为两步：① ，② 。下列反应进程示意图正确的是
A． B．
C． D．
【答案】B
【分析】根据题意，反应进程第一步和第二步都是放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，以此找到符合题意的能量图像。
【详解】A．该图中，反应进程第一步：反应物（）总能量低于生成物（）总能量，表示吸热的过程，反应进程第二步：反应物（）总能量也低于生成物（）总能量，表示吸热的过程，不符合题意，故A项错误；
B．该图中，反应进程第一步：反应物（）总能量高于生成物（）总能量，表示放热的过程，反应进程第二步：反应物（）总能量也高于生成物（）总能量，表示放热的过程，符合题意，故B项正确；
C．该图中，反应进程第二步：反应物（）总能量低于生成物（）总能量，表示吸热的过程，不符合题意，故C项错误；
D．该图中，反应进程第一步：反应物（）总能量低于生成物（）总能量，表示吸热的过程，不符合题意，故D项错误；
故答案选B。
6．（25-26高二上·山东·课后作业）下列反应既属于放热反应，又属于氧化还原反应的是
A．Ba(OH)2溶液与硫酸溶液反应
B．铝片与稀硫酸反应
C．灼热的炭与CO2反应
D．NH4NO3固体与Ba(OH)2·8H2O晶体反应
【答案】B
【详解】A．Ba(OH)2溶液与硫酸溶液反应生成硫酸钡和水，属于中和反应（放热），但无元素化合价变化，非氧化还原反应，A不符合题意；
B．铝与稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气，Al的化合价从0升至+3，H的化合价从+1降至0，属于氧化还原反应，且金属与酸反应放热，B符合题意；
C．灼热的炭与CO2反应生成CO，C的化合价变化（0→+2，+4→+2），属于氧化还原反应，但该反应为吸热反应，C不符合题意；
D．NH4NO3与Ba(OH)2·8H2O反应生成NH3等，该反应吸热且不是氧化还原反应，D不符合题意；
答案选B。
7．（24-25高一下·山东济宁·期中）研究表明，在一定条件下，气态与两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是
A．该反应为吸热反应，所以反应条件需要加热
B．更稳定
C．转化为需要吸收59.3KJ的热量
D．HCN的总键能为
【答案】C
【详解】A．HNC(g)比HCN(g)的能量高，则 HCN(g)→HNC(g) 为吸热反应，但反应不一定需要加热，故A错误；
B．从图中可以看出，HNC(g)比HCN(g)的能量高，则生成物 HNC(g)没有反应物HCN(g)稳定，故B错误；
C．从图中可以看出，1mol HCN(g)转化为1mol HNC(g)需要吸收的热量为186.5kJ-127.2kJ=59.3kJ，故C正确；
D．从图中可以看出，激发态时，HCN(a)中的化学键并没有完全断裂，所以1mol HCN(g)中的所有化学键全部断开需要吸收的能量大于 186.5kJ，故D错误；
故选C。
8．（25-26高二上·山东·课后作业）碱性电池具有容量大、放电电流大等特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn+MnO2+H2O=ZnO+Mn(OH)2。下列说法错误的是
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为MnO2+2H2O+2e-=Mn(OH)2+2OH-
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2mol电子，理论上锌的质量减小6.5g
【答案】C
【分析】Zn作负极，发生失电子的氧化反应，MnO2作正极，发生得电子的还原反应。
【详解】A．电池工作时，锌作为负极被氧化，失去电子，A正确；
B．正极反应为MnO2得电子生成Mn(OH)2，反应式符合碱性环境，B正确；
C．电子应从负极（锌）经外电路流向正极（MnO2），而非正极到负极，C错误；
D．Zn元素化合价从0价升高至+2价，每0.2mol电子对应0.1mol Zn消耗，质量减少0.1×65=6.5g，D正确；
答案选C。
9．（25-26高二上·山东·课后作业）如图所示，烧杯内盛有浓硝酸，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，甲、乙两同学在确定电池的正、负极时发生了争执，甲认为Fe比Pb活泼，Fe应为负极；乙认为Fe在浓硝酸中钝化，Pb应为负极。
(1)丙同学认为将浓硝酸换成另一种溶液，根据检流计指针偏转的情况可判断甲与乙谁的观点对。则换成的另一种溶液可以是 ，若指针偏转方向与浓硝酸作电解液时的偏转方向 (填“相同”或“不相同”)，则证明甲同学的观点对。
(2)若在Fe、Pb足量的情况下，观察到后来检流计指针反方向偏转，该现象支持 (填“甲”或“乙”)同学的观点，检流计指针反方向偏转的原因是 。
【答案】(1) 稀硫酸或稀盐酸(合理即可) 相同
(2) 乙 开始时，Pb作负极失电子，电子经导线流向Fe极；随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，Fe作负极失电子，电子经导线流向Pb极
【分析】Fe遇浓硝酸钝化，则烧杯内盛有浓硝酸，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，Pb作负极，Fe作正极。
【详解】（1）将浓硝酸换成稀硫酸或稀盐酸，由于Fe比Pb活泼，则Fe应为负极，若指针偏转方向与浓硝酸作电解液时的偏转方向相同，则证明甲同学的观点对。
（2）在Fe、Pb足量的情况下，根据分析，Pb作负极，Fe作正极，电子经导线从Pb极流向Fe极；若观察到后来检流计指针反方向偏转，说明随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，Fe作负极失电子，电子经导线从Fe极流向Pb极，证明乙同学的观点在开始时正确，后来溶液变稀支持甲同学观点，但整体现象支持乙同学关于开始情况的判断。
10．（24-25高一下·山东枣庄·期中）化学对于推动汽车工业的发展起着极为重要的作用。
(1)如图为三种可燃物在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图。根据示意图判断更适合作汽车燃料的可燃物为 (填“A”、“B”或“C”)。(已知：燃点是指在规定的条件下，应用外部热源使物质表面起火并持续燃烧一定时间所需的最低温度，燃点较低时存在安全隐患。)
(2)汽车尾气中含有等污染物。图为和反应生成过程中的能量变化：
①该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
②该反应中，每生成，放出(或吸收)热量 。
(3)叠氮化钠()广泛应用于汽车安全气囊。由于分离器中存在空气，导致产品中含有杂质，某小组同学设计了如图实验装置(部分夹持装置省略)，测定产品中的含量。
已知：遇盐酸、稀硫酸等均不产生气体。
测定过程中可能涉及到的实验操作步骤有：
a．取下装置D，称量。
b．称量样品质量m，检查装置气密性。
c．打开弹簧夹，鼓入空气，一段时间后关闭。
d．打开分液漏斗的活塞和玻璃塞，注入足量稀硫酸充分反应，关闭活塞和玻璃塞。
①请写出正确的操作顺序：b→__→__→___→___→a(用步骤序号回答，可重复)， 。
②仪器E的名称为 ，该装置中碱石灰的作用是 。
③若实验前装置D为，实验结束后质量为，则产品中的含量为 (用含有的式子表示)。
【答案】(1)A
(2) 吸热 90
(3) cadc (球形)干燥管 吸收空气中的和，防止影响测定结果
【详解】（1）反应放热越大，则越适合作汽车燃料，故答案为A；
（2）①反应+=中，根据图示，E吸=946kJ+498kJ=1444kJ，E放=2×632kJ=1264kJ，E吸＞E放，该反应为吸热反应。
②该反应中，每生成，吸收(1444-1264)kJ=180kJ，则每生成，吸收热量90 kJ。
（3）测定产品中的含量实验原理：遇盐酸、稀硫酸等均不产生气体，根据Na2CO3与稀硫酸在B装置中反应生成CO2，将CO2气体干燥后，进入D装置中进行吸收，通过D装置的质量变化得出生成CO2的质量，由此计算出样品中Na2CO3的含量。
①由上述分析可知，实验前需排除装置内空气，防止空气中CO2和水蒸气等影响实验结果，另外在B装置中物质反应完全后，需要将反应生成的CO2全部赶入D装置中完全吸收，以此进行实验误差。由此可知实验操作步骤为：b．称量样品质量，检查装置气密性→c．打开弹簧夹，鼓入空气，一段时间后关闭→a．取下装置D，称量→d．打开分液漏斗的活塞和玻璃塞，注入足量稀硫酸充分反应，关闭活塞和玻璃塞→c．打开弹簧夹，鼓入空气，一段时间后关闭→a．取下装置D，称量；
②仪器E的名称为干燥管，碱石灰用来吸收空气中的CO2和H2O，防止空气中的CO2和H2O进入D影响测定结果；
③在测量过程中，是通过NaOH吸收CO2来测定样品中Na2CO3的含量，则装置D中NaOH浓溶液增加的量就是吸收的样品中Na2CO3与硫酸反应生成CO2的量，设样品中Na2CO3的质量为xg，列关系式：，解得，则样品中Na2CO3的含量为。
11．（24-25高一下·山东枣庄·期中）Ⅰ．“神舟”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。
(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。该电池的工作原理为，当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，负极的电极反应式为 ，此时正极附近溶液的碱性 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为，其正极材料为 。
Ⅱ．甲烷—空气燃料电池是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如图：
(3)图中左侧甲电极为电源 极。
(4)电池中消耗1mol甲烷转移电子为 mol。
【答案】(1) 增大
(2)
(3)负极
(4)8
【分析】Ⅰ．飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为：，放电时，负极的电极反应式为Cd-2e-+2OH-=，正极电极反应式为。
Ⅱ．图中氢离子从左侧移向右侧，故左侧为负极，右侧为正极。
【详解】（1）当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时相当于是原电池，Cd失去电子结合氢氧根离子生成Cd(OH)2，负极的电极反应式为Cd-2e-+2OH-=；正极得到电子生成，正极的电极反应式为，因此正极附近溶液的碱性增大。
（2），放电时，得到电子生成Ag，因此正极材料为。
（3）根据分析，左侧甲电极为负极。
（4）左侧甲电极为负极，通入甲烷，发生氧化反应，电极反应式为，因此每消耗1mol甲烷转移电子为8mol。。
12．（24-25高一下·山东潍坊·期中）我国拥有漫长的海岸线，为开发利用海洋化学资源提供良好的自然条件。回答下列问题：
(1)以苦卤（显弱碱性）为原料，从海水中提（沸点为）的工艺流程如下：
①苦卤中加入硫酸的目的是 。
②、、的还原性由强到弱的顺序为 。
③“操作”的名称为 ，操作过程中控制温度为，原因是 。
(2)一种能实现海水（以NaCl溶液模拟海水）淡化的微生物脱盐电池如图所示：
①隔膜1为 （填“阴”或“阳”）离子交换膜，电池工作一段时间后酸性水溶液pH （填“变大”或“变小”）。
②负极的电极反应式为 ，当电路中转移电子时，模拟海水理论上除盐 g。
【答案】(1) 酸化溶液，避免与碱反应，增强氧化能力，促进被氧化 蒸馏 在略高于溴单质沸点的温度下蒸发，更有利于溴单质从水溶液中挥发，同时避免其他物质挥发
(2) 阴 变大 17.55
【分析】苦卤加入硫酸酸化，通入氯气，被氧化为，利用溴的挥发性，热空气吹出，含有的空气被还原为，再将氧化为从而使溴富集，含的混合物经过“操作X”得到液溴，则“操作X”为蒸馏。
【详解】（1）①苦卤显弱碱性，硫酸酸化后溶液显酸性，避免了与碱反应，增强氧化能力，促进被氧化；
②根据还原剂的还原性大于还原产物的还原性，由上述反应、，可知还原性；
③含的混合物为水溶液，分离出液溴的操作为蒸馏，控制温度为比溴的沸点略高，更有利于溴单质从水溶液中挥发，同时避免其他物质挥发。
（2）微生物脱盐电池的a极发生氧化反应，为电池负极，电极反应式为，b极为电池正极，发生还原反应，电极反应式为。为了实现海水的淡化，模拟海水中的需要移向负极，即移向a极，则隔膜1为阴离子交换膜，需要移向正极，即移向b极，则隔膜2为阳离子交换膜。
①根据上述分析，隔膜1为阴离子交换膜；b极发生还原反应，酸性水溶液浓度减小，变大；
②a极为负极，电极反应式为；电子转移时，根据电荷守恒可知，有0.3mol移向负极，同时有0.3mol移向正极，海水理论上除盐。
13．（24-25高一下·新疆乌鲁木齐·期中）新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，LiFePO4电池是能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示，电池工作时的总反应为Li1-xFePO4+LlxC6LiEePO4+C6(x<1)。下列说法正确的是
A．放电时，正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4
B．放电时，负极材料质量减少1.4g，转移0.4mol电子
C．充电时，电极b与电源负极连接，电极a与电源正极连接
D．为了延长电池使用寿命，可以隔一段时间添加含电解质的水溶液
【答案】A
【分析】二次电池放电时是原电池，还原剂在负极失去电子发生氧化反应，正极上氧化剂得到电子发生还原反应，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极，由图知，Li+向右侧区域移动，则电极b为原电池的正极、电极a为负极，据此回答；
【详解】A．电池放电时，正电极得电子，生成LiFePO4，正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4，A说法正确；
B．电池工作时，负极反应式为Li-e-= Li+，材料质量减少1.4g，即反应0.2mol，则转移0.2mol电子，B说法错误；
C．分析可知，装置放电时，a极为负极，则充电时，电极a与电源负极连接，电极b与电源正极连接，C说法错误；
D．Li与水反应而消耗、放电能力下降，将会大大降低其使用寿命，D说法错误；
答案为A。
14．（24-25高一下·山东·期中）在现代生产、生活和科学技术发展中，电池发挥着越来越重要的作用。回答下列问题：
(1)已知Sn与稀硫酸发生反应：。若将该反应设计成原电池，石墨棒为某一极电极材料，则石墨棒作 极(填“正”或“负”，下同)；原电池工作时，外电路中电子由 极向 极移动。
(2)纽扣式微型银锌电池广泛应用于电子表和电子计算器中，其电极分别为和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为。
①放电时，正极的电极反应式为 。
②工作时电池电解质溶液的碱性 (填“增强”、“减弱”或“不变”)。
(3)中国科学技术大学研发了一种高性能的水系锰基锌电池，其工作原理如图所示。已知该装置工作一段时间后，溶液的浓度增大。
①负极的电极反应式为 。
②a膜为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
③放电时，6.5gZn参加反应，电极区溶液质量理论上减少 g。
【答案】(1) 正 负 正
(2) 增强
(3) 阴离子 0.9
【详解】（1）在反应中，失电子发生氧化反应，作负极，石墨作正极；原电池工作时，外电路中电子由负极）向正极移动；
故答案为：正；负；正；
（2）放电时，正极上得电子发生还原反应，结合电解质为溶液，电极反应式为；电池总反应为，反应消耗，溶液浓度增大，碱性增强，所以工作时电池电解质溶液的碱性增强；
故答案为：；增强；
电极为负极，失电子结合生成，电极反应式为；已知工作后浓度增大，说明透过b膜、透过a膜移向中间溶液区，所以a膜为阴离子交换膜；（物质的量为）参加反应，转移电子，电极反应为，转移电子时，消耗（全部进入溶液，质量为），同时有（质量为）移向中间溶液区。溶液质量减少量为；
故答案为：；阴离子；0.9g。
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第1页，共2页知识点1 化学反应中能量变化的本质及转化形式
（一）化学反应中的能量变化
1、化学反应中的能量变化
实验内容 实验现象 化学方程式及结论
NaOH溶液与盐 酸反应 混合液的温度升高 化学方程式：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O； 结论：反应释放能量
锌与盐酸反应 有大量气泡产生，溶液温度升高 化学方程式：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑； 结论：反应释放能量
碳酸氢钠与柠檬酸 反应 混合液的温度降低 结论：反应吸收能量
【特别提醒】
每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的反应释放能量，有的反应吸收能量。
2、化学反应的分类
(1)放热反应：最终表现为释放热量的化学反应。
(2)吸热反应：最终表现为吸收热量的化学反应。
3、常见的放热反应
(1)所有的燃烧反应，如木炭、H2、CH4等在氧气中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧。
(2)酸碱中和反应，如H＋＋OH－===H2O。
(3)大多数的化合反应，如H2＋Cl22HCl。
(4)铝热反应，如2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。
(5)活泼金属与酸或H2O的反应，如2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。
4、常见的吸热反应
(1)消石灰[Ca(OH)2]与氯化铵固体的反应：Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
(2)大多数的分解反应，如NH4ClHCl↑＋NH3↑。
(3)碳与水蒸气的反应：C＋H2O(g)CO＋H2。
(4)部分以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C＋CO22CO。
【特别提醒】
吸热反应和放热反应均是化学反应。NaOH固体溶于水、浓H2SO4的稀释，属于放热过程，不属于放热反应；NH4NO3固体溶于水属于吸热过程，不属于吸热反应。
5、放热反应与吸热反应的比较
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
常见实例 (1)金属与水或酸的反应 (2)金属氧化物与水或酸的反应 (3)可燃物的燃烧反应及缓慢氧化 (4)酸与碱的中和反应 (5)大部分化合反应 (1)大部分分解反应 (2)Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应 (3)柠檬酸与NaHCO3的反应 (4)高温下焦炭与水的反应
6、有关吸热反应和放热反应理解的三个“不一定”
(1)放热反应不一定容易发生，如合成氨反应需要在高温、高压和催化剂作用下才能发生；吸热反应不一定难发生，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应在常温下能发生。
(2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如硫与铁的反应；吸热反应不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
(3)放热过程不一定是放热反应，如NaOH固体的溶解和浓硫酸的稀释是放热过程，但不是放热反应；吸热过程不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。
（二）化学反应中能量变化的本质及转化形式
1、从化学键的角度分析化学反应中能量变化的本质
(1)实例分析
断键时吸收的总能量：436 kJ＋249 kJ＝685 kJ；
成键时释放的总能量：930 kJ；
所以1 mol H2燃烧生成水蒸气时释放能量245 kJ。
(2)图示
注：E1为破坏旧化学键吸收的能量，E2为形成新化学键释放的能量。
(3)结论
①若E1>E2，反应吸收能量(吸热反应)。
②若E12、从物质内部能量的角度分析化学反应中能量变化的本质
(1)图示
(2)结论
①反应物内部的总能量小于生成物内部的总能量，反应吸收能量。
②反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量，反应释放能量。
3、化学反应中能量变化大小的计算方法
（1）根据反应物总能量和生成物总能量计算
ΔE＝|反应物总能量－生成物总能量|
（2）根据化学键断裂吸收的能量和化学键形成释放的能量计算
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大小
ΔE＝|断键时吸收能量之和－成键时释放能量之和|
（三）化学能与热能相互转化
1、人类获取热能的主要途径：
(1)物质的燃烧；(2)使用最多的常规能源是：化石燃料(煤、石油和天然气)。
2、化石燃料获取能量面临的问题
(1)储量有限，短期内不可再生。
(2)影响环境：煤、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。
3、节能减排的措施
(1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。
(2)能量利用阶段提高能源的利用率。
(3)开发使用新能源，目前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。
4、实现化学能与其他形式能量的转化
(1)利用化学反应将化学能转化为热能、电能等其他形式的能量，用于生产、生活和科研。例如，焊接钢轨利用了铝与氧化铁反应产生的热量，铝－空气海洋电池则利用铝与氧气的反应产生的电能供电。
(2)利用热能、电能等促使很多化学反应发生，获得所需要的物质，如煅烧石灰石制取生石灰、太阳能光解水制氢等。
角度1 常见的吸热反应和放热反应
下列变化过程，属于放热反应的是( )
①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 ②酸碱中和 ③固体NaOH溶于水 ④硫在空气或氧气中燃烧
A．①②③ B．②③④ C．②④ D．①③④
下列属于吸热反应的是( )
A．气态水液化为液态水 B．高温分解石灰石
C．氢氧化钠和盐酸反应 D．氢气在氯气中燃烧
“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。吸食时，将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合摇动即会制冷。根据你的经验判断，该化学物质是( )
A．氯化钠 B．固体氢氧化钠 C．固体硝酸铵 D．生石灰
角度2 通过能量变化判断吸热反应和放热反应
下列各图中，表示该化学反应是吸热反应的是( )
下列化学反应过程中的能量变化符合下图所示的是( )
A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O
B．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
C．CH4＋2O2CO2＋2H2O
D．Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O
反应A＋B―→C(反应放热)分两步进行：①A＋B―→X(反应吸热)，②X―→C(反应放热)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
角度3 化学反应中能量变化的实质
100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石的能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．石墨比金刚石更稳定
B．金刚石比石墨更稳定
C．石墨转化为金刚石的反应为放热反应
D．破坏1 mol石墨化学键所吸收的能量小于形成1 mol金刚石化学键所放出的能量
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 kJ
C.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
化学反应常常伴随能量的变化，以下是H2与Cl2反应的能量变化示意图，下列说法正确的是( )
A.氯化氢分子的电子式：
B.该反应既是氧化还原反应又是放热反应
C.形成1 mol H—Cl键要吸收431 kJ的能量
D.反应物断键时吸收的能量大于产物形成化学键时释放的能量
角度4 键能、能量的有关计算
化学键的键能是形成(或断开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(kJ·mol－1)：
P—P：198 P—O：360 O===O：497
若生成1 mol P4O6，则反应P4(白磷)＋3O2===P4O6中的能量变化为( )
A．吸收1 641 kJ能量 B．放出1 641 kJ能量
C．吸收126 kJ能量 D．放出126 kJ能量
已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O==O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为( )
A．920 kJ B．557 kJ
C．436 kJ D．188 kJ
已知断裂1 mol H—H键吸收能量为436 kJ，形成1 mol H—N键放出能量为391 kJ，若1 mol N2和3 mol H2完全反应：N2＋3H22NH3，放出的能量为92.4 kJ，则断裂1 mol NN键吸收的能量是( )
A．433.6 kJ B．945.6 kJ
C．649 kJ D．869 kJ
角度5 化学能与热能相互转化
如图所示，把试管放入盛有25 ℃饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再滴入5 mL稀盐酸。
回答下列问题：
(1)实验中观察到的现象是_______________________________________________________。
(2)产生上述现象的原因是_______________________________________________________。
(3)写出有关反应的离子方程式：_________________________________________________。
(4)由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。
2. 人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态)，人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是( )
A．研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”
B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应
C．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能
D．石油和天然气都属于碳素燃料
3. 在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下：
(1)若E1＞E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是______________________________________________________。
(2)若E1＜E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是_______________________________________________________。
命题点2 化学反应能量转化的重要应用——化学电池
一、原电池的工作原理
1．原电池的定义
原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。
2．初识氢氧燃料电池
如图是一个简易的氢氧燃料电池的实验装置示意图。用图a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验。
(1)在图b所示装置中，氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，其中氢气分子中的氢原子在左侧石墨电极上失去电子，氢气作为电池的负极反应物；氧气分子中的氧原子在右侧石墨电极上得到电子，氧气作为电池的正极反应物。稀硫酸中存在的自由移动的离子起到传导电荷的作用，导线起到传导电子的作用。
(2)物理学认为，在一个有电源的闭合回路中，产生电流的原因是电源给用电器提供了电势差。简易氢氧燃料电池能够给用电器提供电势差，是由于在两个石墨电极上有得失电子能力不同的物质——氢气和氧气；当形成闭合回路时，便会产生电流。
(3)工作原理
原电池的基本工作原理是：还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域发生氧化反应和还原反应，并通过能导电的物质形成闭合回路产生电流。其中，还原剂(如氢气)在负极上失去电子，是负极反应物；氧化剂(如氧气)在正极上得到电子，是正极反应物；电极材料(如石墨电极)通常是能够导电的固体。此外，还要有能传导电荷的电解质(如稀硫酸)作为离子导体；而导线则作为电子导体，起到传导电子形成闭合回路的作用。
3．原电池的构成要素
(1)一个反应：氧化还原反应；
(2)两个电极：相对活泼的金属做负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属做正极；
(3)两个导体：能提供自由移动的离子的电解质溶液作为离子导体；用电子导体(即导线)连接成闭合回路。
4．原电池的工作原理
工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，与外电路构成闭合回路。
5．原电池正负极判断
【特别提醒】
一般而言，原电池负极金属活泼性大于正极金属，但也有特例，如Mg-Al-NaOH(aq)原电池中，Mg做正极，Al做负极；Fe-Cu-浓HNO3原电池中，Fe做正极，Cu做负极。
二、设计原电池
1．设计原电池的基本思路
以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例说明。
(1)将氧化还原反应分成两部分，负极反应为氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物；正极反应为还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物。
实例：负极反应为Zn－2e－===Zn2＋；正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)选择正负极材料和离子导体，以电极反应为依据，根据原电池的工作原理确定电极材料和离子导体。通常，还原剂为负极材料，氧化剂为离子导体中某种阳离子，正极材料比负极材料的活动性弱或使用石墨做电极。
(3)画出原电池的装置简图。
2．锌铜原电池工作原理
实验装置
现象 锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转
结论 导线中有电流通过，化学能转化为电能
解释 锌失电子发生氧化反应形成Zn2＋进入溶液：Zn－2e－===Zn2＋(填电极反应式)，锌片上的电子沿导线流向铜片
溶液中的H＋从铜片上得电子发生还原反应生成H2逸出：2H＋＋2e－===H2↑(填电极反应式)
三、原电池原理的其他应用
1．比较金属的活动性强弱
(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属做正极。
(2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：A＞B。
2．加快化学反应
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。
(2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。
3．设计原电池
(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。
(2)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。
四、常见的化学电源
1．一次电池
(1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。
(2)锌锰干电池的构造如图所示。
①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－===Zn2＋。
②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰。
③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。
2．二次电池(充电电池)
(1)特点：二次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，使电池恢复到放电前的状态。
(2)能量转化：化学能电能
(3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。
(4)铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
①负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。
②放电反应原理
负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ；
正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ；
放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。
③充电反应原理
阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ；
阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ；
充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。
铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。
3．燃料电池
（1）特点：①反应物储存在电池外部；②能量转换效率高、清洁、安全；③供电量易于调节。
（2）燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等；常用氧化剂：氧气。
（3）燃料电池电极反应式的书写
①写出电池总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
②写出电池的正极反应式
无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
③写出电池的负极反应式
负极反应式＝总反应式－正极反应式。
角度1 原电池的判断
下列装置能构成原电池的是(连接两个电极的均是金属导线)( )
将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的c(H＋)均减小
D．铜片上产生气泡的速率甲比乙慢
如图所示，两电极一极为碳棒，一极为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是( )
A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
角度2 原电池的工作原理
下列关于原电池的叙述中，不正确的是( )
A．原电池的负极发生的反应是氧化反应
B．原电池的正极上发生的反应为还原反应
C．原电池电解质溶液中阳离子移向负极，阴离子移向正极
D．原电池中电子流入的极一定是正极
如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。关于该装置的说法中，正确的是( )
A．a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应
B．碳棒上有气体逸出，溶液中c(H＋)增大
C．导线上有电流，电流方向a→b
D．反应后a极质量减小
如图是原电池示意图。当该电池工作时，下列描述不正确的是( )
A．溶液由无色逐渐变为蓝色
B．铜片表面有气泡
C．电流表指针发生偏转
D．锌是负极，其质量逐渐减小
角度3 原电池的设计
某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是( )
选项 正极 负极 电解质溶液
A Fe Zn HCl
B Zn Cu H2SO4
C Ag Zn CuSO4
D C Zn ZnCl2
利用下列化学反应能设计成原电池的是( )
A．CH4＋2O2CO2＋2H2O B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
C．Na2O＋H2O===2NaOH D．Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
利用离子反应“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”设计原电池，下列设计不合理的是( )
①铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
②石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
③铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
④银片、铁片、Fe(NO3)2溶液组成的原电池
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
角度4 常见的化学电源
某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是( )
A．锌筒是原电池的正极
B．石墨电极上发生氧化反应
C．铵根离子流向石墨电极
D．电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒
有关下列四个常用电化学装置的叙述中，正确的是( )
图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅－硫酸蓄电池 图Ⅲ原电池 图Ⅳ银锌纽扣电池
A.图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是作催化剂
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大
C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度始终不变
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
燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
角度5 原电池的应用
A、B、C都是金属，B中混有C时，只有C能被盐酸溶解；A、B与稀硫酸组成原电池时，A为电池的正极。A、B、C三种金属的活动性顺序为( )
A．A＞B＞C B．A＞C＞B
C．C＞B＞A D．B＞C＞A
有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置图及部分反应现象如下：
a极质量减小，b极质量增大 b极有气泡产生，c极无变化 d极溶解，c极有气泡产生 电流从a极流向d极
则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A．a>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a>b>d>c
X、Y、Z、W四种金属片在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：
则四种金属的活泼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
角度6 原电池的综合考查
a、b的活动性均比氢强，a还可以从b的硝酸盐中置换出b。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中，下列叙述中不正确的是( )
A．导线上有电流，电流方向由b到a
B．a极质量减少，b极质量增加
C．b棒上析出氢气
D．a棒发生氧化反应，b棒发生还原反应
我国在太阳能光电催化－化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是(已知质子交换膜只允许H＋通过)( )
A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能
B．该装置工作时，H＋由b极区流向a极区
C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2－在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
①多孔电极a为负极
②a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③b极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O
④该电池的总反应式为2H2＋O22H2O
A．①② B．②④ C．②③ D．③④
1．（24-25高一下·河南郑州·阶段练习）对下列有关装置的说法正确的是（ ）
A．装置Ⅰ中镁为原电池的负极
B．装置Ⅱ在工作时正负极质量均增加
C．装置Ⅲ能构成原电池
D．装置Ⅳ工作时，锌筒作负极，发生还原反应，锌筒会变薄
2．（23-24高一下·广东佛山·期末）“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．Mg片做电池的正极 B．空气中的氧气得到电子
C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的向石墨片移动
3．（24-25高一下·山东潍坊·期中）一定温度下与反应生成，反应的能量变化如图所示。以下对该反应体系的描述中，错误的是（ ）
A．属于氧化还原反应
B．反应物的总能量比生成物的总能量高
C．破坏反应物中化学键所需的能量低于形成反应产物中化学键释放的能量
D．反应物化学键中储存的总能量比反应产物中化学键中储存的总能量高
4．（24-25高一下·山东枣庄·期末）一定条件下，在负载型双金属合金M催化下迅速分解，其机理如图所示（图中“虚线”表示吸附在催化剂上）。下列说法错误的是（ ）
A．过程②吸收能量
B．过程①、②、③均存在N—H键断裂
C．该转化过程的总反应为
D．该转化过程中形成、、等中间产物
5．（24-25高一下·山东烟台·期末）某温度下，向密闭容器中充入一定量的NO与，发生反应：，反应进程分为两步：① ，② 。下列反应进程示意图正确的是（ ）
B． C． D．
6．（25-26高二上·山东·课后作业）下列反应既属于放热反应，又属于氧化还原反应的是（ ）
A．Ba(OH)2溶液与硫酸溶液反应 B．铝片与稀硫酸反应
C．灼热的炭与CO2反应 D．NH4NO3固体与Ba(OH)2·8H2O晶体反应
7．（24-25高一下·山东济宁·期中）研究表明，在一定条件下，气态与两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．该反应为吸热反应，所以反应条件需要加热 B．更稳定
C．转化为需要吸收59.3KJ的热量 D．HCN的总键能为
8．（25-26高二上·山东·课后作业）碱性电池具有容量大、放电电流大等特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn+MnO2+H2O=ZnO+Mn(OH)2。下列说法错误的是（ ）
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为MnO2+2H2O+2e-=Mn(OH)2+2OH-
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2mol电子，理论上锌的质量减小6.5g
9．（25-26高二上·山东·课后作业）如图所示，烧杯内盛有浓硝酸，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，甲、乙两同学在确定电池的正、负极时发生了争执，甲认为Fe比Pb活泼，Fe应为负极；乙认为Fe在浓硝酸中钝化，Pb应为负极。
(1)丙同学认为将浓硝酸换成另一种溶液，根据检流计指针偏转的情况可判断甲与乙谁的观点对。则换成的另一种溶液可以是 ，若指针偏转方向与浓硝酸作电解液时的偏转方向 (填“相同”或“不相同”)，则证明甲同学的观点对。
(2)若在Fe、Pb足量的情况下，观察到后来检流计指针反方向偏转，该现象支持 (填“甲”或“乙”)同学的观点，检流计指针反方向偏转的原因是 。
10．（24-25高一下·山东枣庄·期中）化学对于推动汽车工业的发展起着极为重要的作用。
(1)如图为三种可燃物在空气中发生燃烧反应的能量变化示意图。根据示意图判断更适合作汽车燃料的可燃物为 (填“A”、“B”或“C”)。(已知：燃点是指在规定的条件下，应用外部热源使物质表面起火并持续燃烧一定时间所需的最低温度，燃点较低时存在安全隐患。)
(2)汽车尾气中含有等污染物。图为和反应生成过程中的能量变化：
①该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。
②该反应中，每生成，放出(或吸收)热量 。
(3)叠氮化钠()广泛应用于汽车安全气囊。由于分离器中存在空气，导致产品中含有杂质，某小组同学设计了如图实验装置(部分夹持装置省略)，测定产品中的含量。
已知：遇盐酸、稀硫酸等均不产生气体。
测定过程中可能涉及到的实验操作步骤有：
a．取下装置D，称量。
b．称量样品质量m，检查装置气密性。
c．打开弹簧夹，鼓入空气，一段时间后关闭。
d．打开分液漏斗的活塞和玻璃塞，注入足量稀硫酸充分反应，关闭活塞和玻璃塞。
①请写出正确的操作顺序：b→____→____→_____→_____→a(用步骤序号回答，可重复)， 。
②仪器E的名称为 __ ，该装置中碱石灰的作用是 ___________________________________ 。
③若实验前装置D为，实验结束后质量为，则产品中的含量为 __ (用含有的式子表示)。
11．（24-25高一下·山东枣庄·期中）Ⅰ．“神舟”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。
(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将太阳能转化为电能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。该电池的工作原理为，当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，负极的电极反应式为 ________________________ ，此时正极附近溶液的碱性 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为，其正极材料为 。
Ⅱ．甲烷—空气燃料电池是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如图：
(3)图中左侧甲电极为电源 极。
(4)电池中消耗1mol甲烷转移电子为 mol。
12．（24-25高一下·山东潍坊·期中）我国拥有漫长的海岸线，为开发利用海洋化学资源提供良好的自然条件。回答下列问题：
(1)以苦卤（显弱碱性）为原料，从海水中提（沸点为）的工艺流程如下：
①苦卤中加入硫酸的目的是 ______________________________________________ 。
②、、的还原性由强到弱的顺序为 ________________ 。
③“操作”的名称为 ，操作过程中控制温度为，原因是 __________________________________ 。
(2)一种能实现海水（以NaCl溶液模拟海水）淡化的微生物脱盐电池如图所示：
①隔膜1为 （填“阴”或“阳”）离子交换膜，电池工作一段时间后酸性水溶液pH ____ （填“变大”或“变小”）。
②负极的电极反应式为 ______________________________________ ，当电路中转移电子时，模拟海水理论上除盐 __ g。
13．（24-25高一下·新疆乌鲁木齐·期中）新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，LiFePO4电池是能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示，电池工作时的总反应为Li1-xFePO4+LlxC6LiEePO4+C6(x<1)。下列说法正确的是（ ）
A．放电时，正极的电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4
B．放电时，负极材料质量减少1.4g，转移0.4mol电子
C．充电时，电极b与电源负极连接，电极a与电源正极连接
D．为了延长电池使用寿命，可以隔一段时间添加含电解质的水溶液
14．（24-25高一下·山东·期中）在现代生产、生活和科学技术发展中，电池发挥着越来越重要的作用。回答下列问题：
(1)已知Sn与稀硫酸发生反应：。若将该反应设计成原电池，石墨棒为某一极电极材料，则石墨棒作 极(填“正”或“负”，下同)；原电池工作时，外电路中电子由 极向 极移动。
(2)纽扣式微型银锌电池广泛应用于电子表和电子计算器中，其电极分别为和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为。
①放电时，正极的电极反应式为 ______________________________________ 。
②工作时电池电解质溶液的碱性 (填“增强”、“减弱”或“不变”)。
(3)中国科学技术大学研发了一种高性能的水系锰基锌电池，其工作原理如图所示。已知该装置工作一段时间后，溶液的浓度增大。
①负极的电极反应式为 ______________________________ 。
②a膜为 (填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
③放电时，6.5gZn参加反应，电极区溶液质量理论上减少 g。
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