课时作业
学习·理解
1．下列说法错误的是( )
A．任何化学反应都伴随着能量变化
B．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量无关
C．化学变化中的能量变化主要是由化学键变化引起的
D．能量变化是化学反应的基本特征之一
答案 B
解析 化学反应的本质是旧键的断裂和新键的形成，断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量，所以能量变化是化学反应的基本特征之一，化学反应必然伴随着能量变化，化学反应中能量变化的大小与反应物的质量有关，故B错误。
2．以下叙述错误的是( )
A．反应物的总能量低于生成物的总能量时，反应释放能量
B．物质燃烧可看作“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、光能等形式释放出来
C．氢原子与氯原子结合生成氯化氢后，其结构的稳定性增强，体系的能量降低
D．当断开旧键吸收的能量大于形成新键放出的能量时，该反应为吸收能量的反应
答案 A
解析 当反应物的总能量低于生成物的总能量时，该反应发生时需要吸收能量，故A错误；物质燃烧是放热反应，可看成“储存”在物质内部的能量转化为热能、光能等形式释放出来，故B正确；形成化学键释放能量，则氢原子与氯原子结合成氯化氢后体系能量降低，其结构的稳定性增强，故C正确；对于吸收能量的化学反应，断开反应物中的化学键吸收的能量高于形成生成物中的化学键释放的能量，故D正确。
3．关于吸热反应和放热反应，下列说法错误的是( )
A．需要加热才能进行的化学反应一定是吸热反应
B．化学反应中的能量形式除热量外，还可以是光能、电能等
C．化学反应过程中的能量变化遵守能量守恒定律
D．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应
答案 A
解析 需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应，如铝热反应，A错误；物质在发生化学变化时，既有物质变化，也有能量变化，化学反应中的能量除热量外，还可以是光能、电能等形式，B正确；化学反应过程中，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，一种能量可以转化为另一种能量，遵守能量守恒定律，C正确；反应物的总能量高于生成物的总能量时，多余的能量会释放出来，故发生的是放热反应，D正确。
4．下列过程中的能量变化情况符合图示关系的是( )
A．酸与碱的中和反应
B．H＋Cl―→H—Cl
C．氧化钙与水反应制熟石灰
D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
答案 D
解析 酸与碱的中和反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，故A错误；形成化学键放出能量，故B错误；氧化钙和水的反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，故C错误；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应属于吸热反应，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，故D正确。
5．氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．燃烧时化学能全部转化为热能
B．断开1 mol氢氧键吸收930 kJ能量
C．相同条件下，1 mol氢原子的能量为E1,1 mol氢分子的能量为E2，则2E1D．该反应生成1 mol水蒸气时能量变化为245 kJ
答案 D
解析 燃烧时化学能可转化为热能、光能等形式，故A错误；由题图可知，断开2 mol氢氧键吸收930 kJ的能量，故B错误；氢分子变成氢原子要吸收能量，所以2E1>E2，故C错误；该反应生成1 mol水蒸气时的能量变化为930 kJ－436 kJ－249 kJ＝245 kJ，故D正确。
应用·实践
6．已知反应NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)的能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．图中A→B的过程为放热过程
B．1 mol NO2和1 mol CO的键能总和大于1 mol NO和1 mol CO2的键能总和
C．该反应为氧化还原反应
D．1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量低于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量
答案 C
解析 A状态的能量低于B状态，则图中A→B的过程为吸热过程，A错误；反应物总能量高于生成物总能量，反应为放热反应，即断键吸收的能量低于成键放出的能量，则1 mol NO2和1 mol CO的键能总和小于1 mol NO和1 mol CO2的键能总和，B错误；反应中C和N元素化合价发生变化，则该反应为氧化还原反应，C正确；由题图可知，反应物总能量高于生成物总能量，则1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量高于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量，D错误。
7．下列叙述不正确的是( )
A．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的根本原因
B．酸碱中和反应是放热反应
C．等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多
D．因为石墨变成金刚石吸热，所以金刚石比石墨稳定
答案 D
解析 断键吸收能量，成键放出能量，因此化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的根本原因，A正确；酸碱中和反应是放热反应，B正确；气态硫的能量高于固态硫的能量，因此等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多，C正确；石墨变成金刚石吸热，说明石墨的能量低于金刚石，能量越低越稳定，所以石墨比金刚石稳定，D错误。
8．航天飞船可用肼(N2H4)作动力源。已知1 g液态肼和足量的液态过氧化氢反应生成N2和水蒸气时放出20.05 kJ热量，反应的化学方程式为N2H4＋2H2O2===N2↑＋4H2O。下列说法中错误的是( )
A．该反应中肼作还原剂
B．肼(N2H4)分子中只存在极性共价键
C．此情况下，液态肼燃烧生成1 mol N2时放出的热量为641.6 kJ
D．该反应反应物的总能量高于生成物的总能量
答案 B
解析 由题意知，1 g液态肼和足量的液态过氧化氢反应生成N2和水蒸气时放出20.05 kJ热量，1 mol N2H4的质量是32 g，故1 mol N2H4(l)和足量的液态过氧化氢完全反应生成1 mol N2时放出的热量为20.05 kJ·g－1×32 g＝641.6 kJ，C正确；该反应中肼作还原剂，过氧化氢作氧化剂，A正确；肼(N2H4)分子中既有极性共价键(N—H键)，又有非极性共价键(N—N键)，B错误；该反应为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，D正确。
9．下列图示表示吸热反应的是( )
答案 A
解析 由题图可知反应物的总能量低于生成物的总能量，因此表示的是吸热反应，A正确；由题图可知反应物的总能量高于生成物的总能量，表示的是放热反应，B错误；稀释浓硫酸放热，属于物理变化，C错误；锌与稀盐酸发生置换反应生成氯化锌和氢气，属于放热反应，D错误。
10．键能是指破坏(或形成)1 mol化学键所吸收(或放出)的能量。化学反应就是旧键断裂和新键形成的过程。现查得：H—H、H—O和O===O的键能分别为a kJ·mol－1、b kJ·mol－1和c kJ·mol－1，用此数据估计由H2(g)、O2(g)生成1 mol H2O(g)时的热效应为( )
A．放热 kJ B．吸热 kJ
C．放热 kJ D．吸热 kJ
答案 C
解析 H2(g)与O2(g)生成H2O(g)的反应为放热反应，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)中断裂2 mol H—H键和1 mol O===O键吸收(2a＋c) kJ能量，形成4 mol H—O键释放4b kJ能量，即生成2 mol H2O(g)时放热(4b－2a－c) kJ，则由H2(g)、O2(g)生成1 mol H2O(g)时放热 kJ，C正确。
迁移·创新
11．某同学设计如下三种实验方案以探究某反应是放热反应还是吸热反应。
方案一：如图甲，在小烧杯里放一些已除去氧化铝保护膜的铝片，然后向烧杯里加入10 mL 2 mol·L－1稀硫酸，再插入一支温度计，温度计的温度由20 ℃逐渐升至75 ℃，随后，温度逐渐下降至30 ℃，最终停留在20 ℃。
方案二：如图乙，在烧杯底部用熔融的蜡烛粘一块小木片，在烧杯里加入10 mL 2 mol·L－1稀硫酸，再向其中加入氢氧化钠溶液，片刻后提起烧杯，发现小木片脱落下来。
方案三：如图丙，A试管中发生某化学反应，实验前U形管中的红墨水液面相平，在化学反应过程中，通过观察U形管两侧红墨水液面高低变化判断某反应是吸热反应还是放热反应。
根据上述实验回答相关问题：
(1)铝片与稀硫酸的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，写出该反应的离子方程式：________________________。
(2)方案一中，温度升至最大值后又下降的原因是____________________________________。
(3)方案二中，小木片脱落的原因是____________________，由此得出的结论是______________________________________。
(4)方案三中，如果A试管里发生的反应是放热反应，则U形管里红墨水液面高度：左边________(填“高于”“低于”或“等于”)右边。
(5)由方案三的现象得出结论：①③④组物质发生的反应都是________(填“吸热”或“放热”)反应，如果放置较长时间，可观察到U形管里的现象是____________________。
(6)方案三实验②的U形管中的现象为____________________，说明反应物的总能量________(填“高于”“低于”或“等于”)生成物的总能量。
答案 (1)放热 2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
(2)反应完全后，热量向空气中传递，烧杯里物质的温度降低
(3)蜡烛受热熔化 氢氧化钠与硫酸的反应放热
(4)低于
(5)放热 红墨水液面左右相平
(6)红墨水液面左高右低 低于
解析 (1)金属与酸的反应是放热反应，因此铝片与稀硫酸的反应是放热反应，该反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
(4)方案三中，如果A试管里发生的反应是放热反应，装置中气体的压强增大，U形管里红墨水液面：左边低于右边。
(5)由方案三的现象得出结论：①③④组物质发生的反应都是放热反应，如果放置较长时间，热量散失，装置中气体的压强与外界压强相等，U形管中红墨水液面左右相平。
(6)方案三中的实验②属于吸热反应，U形管中红墨水液面左高右低，反应物的总能量低于生成物的总能量。
第2节 化学反应与能量转化
第1课时 化学反应中能量变化的本质及转化形式
核心素养发展重点
学业要求
丰富对化学变化的认识角度，认识化学反应中能量变化。
1.了解化学反应中存在能量变化以及化学反应的实质。
2.知道常见的放热反应和吸热反应。
3.了解化学反应中能量变化的实质。
学生自主学习
化学反应中的能量变化的实验探究
1．实验探究——化学反应中的能量变化
2．结论：任何化学反应都伴随着能量变化，有的反应释放能量，有的反应吸收能量。
化学反应中的能量变化的实质及原因分析
1．化学反应的实质
化学反应是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
2．化学反应中能量变化的实质
在化学反应过程中，旧化学键的断裂需要吸收一定的能量；新化学键的形成需要释放一定的能量，二者不相等。
3．化学反应中放出或吸收能量的原因
若形成新化学键所释放的总能量大于破坏旧化学键所吸收的总能量，就会有一定的能量以热能、电能或光能等形式释放出来能量；如果形成新化学键所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，则需要吸收能量。
4．化学反应中能量转化的形式
化学反应的过程可以看作是“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来，或是热能、电能或光能等物质外部的能量转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。
一个确定的化学反应发生时是吸收能量还是释放能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
课堂互动探究
一、化学反应中的能量变化
1．放热反应一定容易发生，吸热反应一定难以发生吗？
提示：放热反应不一定容易发生，如合成氨的反应；吸热反应不一定难以发生，如Ca(OH)2与NH4Cl的反应。
2．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗？
提示：不一定。如木炭的燃烧。
1．概念
放热反应：放出热量的化学反应；
吸热反应：吸收热量的化学反应。
2．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8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe。
(5)活泼金属与酸或H2O的反应，如2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。
3．常见的吸热反应
(1)铵盐与碱的反应，如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)以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C＋CO22CO。
知识拓展
化学反应中必然有能量变化，但有能量变化的过程不一定发生化学反应。如NaOH固体溶于水、水蒸气转化为液态水时放出能量，都是放热的物理变化过程而不是发生了放热反应；NH4NO3固体溶于水、碘升华、水蒸发时吸收能量，都是吸热的物理变化过程而不是发生了吸热反应。
1．下列说法不正确的是( )
A．大多数的化合反应是释放能量的反应
B．大多数的分解反应是吸收能量的反应
C．化学反应必然伴随着能量的变化
D．吸收能量的反应都需要加热
答案 D
解析 化学反应的能量变化与反应条件无关。
2．下列说法正确的是( )
①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 ②伴有能量变化的物质变化都是化学变化 ③H2在O2中的燃烧是放热反应 ④放热反应加热到一定温度引发后，停止加热，反应仍能继续进行
A．③④ B．①②
C．①②③④ D．②③④
答案 A
解析 ①错：需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铝热反应。②错：冰融化成水、碘的升华、液体的汽化等物理变化过程以及核变化(如原子弹的爆炸)都伴随有能量变化，但它们都不是化学反应。③对：燃烧都是放热反应。④对：因为放热反应在反应过程中放出热量，可以维持反应的继续进行，所以停止加热后反应也可以继续进行。
规律方法
吸热反应与放热反应判断的注意事项
(1)需要点燃、加热、光照的反应不一定是吸热反应，有些放热反应需要加热等条件引发反应。如H2在O2中的燃烧、木炭的燃烧等。
(2)不需要加热(在常温下)能进行的反应不一定是放热反应。如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应，在常温下能反应。
(3)在高温下或持续加热条件下进行的反应一般是吸热反应。
(4)放热反应在常温下不一定能进行反应，吸热反应在常温下也可能进行反应。
二、化学反应中能量变化的原因
为什么所有化学反应前后都有能量的变化？
提示：因为化学反应一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成，旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成释放的能量不等。
1．从化学键的断裂与形成分析能量变化
①若E1>E2，反应吸收能量(吸热反应)；
②若E12．从反应物、生成物所具有的总能量分析能量变化
图Ⅰ中反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量，反应放出能量(放热反应)；
图Ⅱ中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(吸热反应)。
知识拓展
(1)ΔE(化学反应中能量的变化)＝E(断开反应物化学键所吸收的能量)－E(形成生成物化学键所释放的能量)。若ΔE>0，则为吸热反应；若ΔE<0，则为放热反应。
(2)①物质的能量越低越稳定，参加反应时，化学键断裂吸收的能量就越多；形成该物质化学键时，放出的能量也越多。
②物质的能量越高越不稳定，化学性质越活泼，参加反应时，化学键断裂吸收的能量就越少；而形成该物质化学键时，放出的能量也越少。
3．已知反应X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是( )
A．X的能量一定高于M的，Y的能量一定高于N的
B．破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量
C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D．因为该反应为放热反应，所以不必加热就可发生
答案 C
解析 由于该反应为放热反应，所以X和Y的总能量一定高于M和N的总能量，A不正确，C正确；破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量时，该反应则为吸热反应，B不正确；放热反应在通常情况下不一定就能反应，有些放热反应需要在一定的条件(如加热或光照等)下才能发生。
4．科学家已获得了气态N4分子，其结构为正四面体(如图所示)。已知断裂1 mol N—N键需要吸收167 kJ能量，断裂1 mol N≡N键需要吸收942 kJ能量，下列说法正确的是( )
A．N4属于一种新型的化合物
B．N4(g)===4N(g)的过程中释放1002 kJ能量
C．1 mol N4转化为N2时要吸收882 kJ能量
D．N4和N2互为同素异形体，N4转化为N2属于化学变化
答案 D
解析 N4属于一种新型的单质，A错误；N4(g)===4N(g)的过程中吸收的能量为6×167 kJ＝1002 kJ，B错误；1 mol N4转化为N2时的能量变化为6×167 kJ－2×942 kJ＝－882 kJ，即放出882 kJ能量，C错误；N4和N2均为氮元素形成的单质，互为同素异形体，N4转化为N2属于化学变化，D正确。
本课小结
课时作业
学习·理解
1．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，不能形成原电池的是( )
答案 D
解析 构成原电池的条件：①两种活动性不同的导电材料作电极；②要有电解质溶液；③要形成闭合回路；④能自发发生氧化还原反应。D不能形成闭合回路，故选D。
2．由下列各组材料和电解质溶液能组成原电池的是( )
选项
A
B
C
D
两极材料
Mg、Mg
Zn、Fe
金刚石、Cu
Zn、Cu
电解质溶液
稀H2SO4
乙醇
浓H2SO4
稀盐酸
答案 D
解析 两个电极都为Mg时不能形成原电池，A错误；乙醇不是电解质溶液，不能形成原电池，B错误；金刚石不是导体，不能形成原电池，C错误；Zn、Cu、稀盐酸组合具备构成原电池的条件，D正确。
3．下列有关原电池的说法中不正确的是( )
A．在内电路中，电子由正极流向负极
B．原电池的正、负极材料不一定都参与反应
C．原电池工作时，正极上发生还原反应
D．原电池工作时，可能会伴随着热量变化
答案 A
解析 原电池中，内电路不存在电子流动，A错误；氢氧燃料电池的正、负极材料都不参与反应，B正确；原电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应，C正确；原电池工作时，可能会伴随着热量变化，D正确。
4．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。下列说法不正确的是( )
A．铜片表面有气泡生成，且溶液中SO向该电极移动
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，导线中仍有电子流动
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
答案 A
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，所以铜片表面有气泡生成，但溶液中的阴离子向负极移动，故A错误；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，故B正确；柠檬汁显酸性，也能作电解质溶液，所以将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，导线中仍有电子流动，故C正确；Cu金属性比Zn、Fe弱，形成原电池时Cu均作正极，所以将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变，仍然由Cu电极(正极)流出，故D正确。
5．暖宝宝(如图所示)采用的是铁的“氧化放热”原理，使其发生原电池反应，铁粉在原电池中充当( )
A．负极 B．正极 C．阴极 D．阳极
答案 A
解析 铁被氧化，负极发生氧化反应，铁粉在原电池中充当负极，故A正确。
6．如图所示进行实验，下列说法不正确的是( )
A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生
B．甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能
C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转
D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
答案 B
解析 装置甲发生反应Zn＋2H＋===H2↑＋Zn2＋，锌片上有气泡产生，装置乙属于原电池装置，铜为正极，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，铜片上有气泡产生，A正确；装置甲中没有发生化学能到电能的转化，B错误；装置乙是一个原电池装置，锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到指针偏转，C正确；装置乙中，Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，D正确。
7．图甲是铜锌原电池示意图。图乙中x轴表示原电池工作时流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示( )
①c(Zn2＋) ②c(H＋) ③c(SO) ④锌棒的质量 ⑤铜棒的质量 ⑥溶液的质量
A．①⑥ B．②④ C．③⑤ D．⑥
答案 D
解析 由题图可知，y轴表示的物理量随流入正极的电子的物质的量增加而增大，根据铜锌原电池工作原理，锌失电子作负极，所以锌棒的质量减小；溶液中开始没有Zn2＋，随着反应进行，溶液中c(Zn2＋)从0开始逐渐增大，溶液的质量增加；H＋得电子生成氢气，所以c(H＋)减小，c(SO)不变；铜棒作正极材料，铜棒的质量不变，故D正确。
应用·实践
8．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(铝条均已除去氧化膜)( )
答案 B
解析 A项能构成原电池，铝作负极，但电池总反应为2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑，不符合题意；B项为原电池装置，铝的金属性强于铜，铝作负极，电池总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，符合题意；C项为原电池装置，但硝酸是氧化性酸，则电池总反应为Al＋4H＋＋NO===Al3＋＋NO↑＋2H2O，不符合题意；D项为电能转化为化学能的装置，不符合题意。
9．已知X、Y、Z都是金属，若把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出；若X、Y和盐酸形成原电池，Y为电池的负极。则X、Y、Z的金属活动性顺序为( )
A．Y>X>Z B．X>Z>Y
C．X>Y>Z D．Y>Z>X
答案 A
解析 把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，说明金属X可以把金属Z从其盐溶液中置换出来，所以金属活动性：X>Z；X和Y组成原电池时，Y为电池的负极，所以金属活动性：Y>X，则X、Y、Z三种金属的活动性顺序为Y>X>Z，A正确。
10．如图所示，电流表的指针发生偏转，正极变粗，负极变细，符合这种情况的是( )
A．正极为Cu，负极为Zn，S为稀H2SO4
B．正极为Zn，负极为Cu，S为CuSO4溶液
C．正极为Ag，负极为Zn，S为AgNO3溶液
D．正极为Fe，负极为Cu，S为AgNO3溶液
答案 C
解析 原电池中，负极发生失去电子的氧化反应，根据题意知负极变细，即金属单质失电子，负极应为活泼金属，故B、D错误；又因为正极变粗，即该电池的正极反应生成金属，故A错误，C正确。
11．有如图所示的装置，当电流表中显示产生持续电流时，下列说法正确的是( )
A．Cu作原电池的负极
B．Al作原电池的负极
C．电子由铝沿导线流向铜
D．铝片上的电极反应式为Al－3e－===Al3＋
答案 A
解析 铜、铝、浓硝酸(常温)构成原电池，金属铝遇到浓硝酸会发生钝化，所以当电流表中显示产生持续电流时，金属铜做负极，金属铝做正极，负极上金属发生失电子的氧化反应，正极上发生得电子的还原反应，A正确，B错误；电子从负极经外电路流向正极，即从铜沿导线流向铝，C错误；铝是正极，该电极上金属不发生反应，而是硝酸中的硝酸根离子发生得电子的还原反应，D错误。
12．干电池中发生的反应为Zn＋2NH===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，工作原理示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A．碳棒为电池的负极
B．H2在Zn片上生成
C．电流由锌片流向碳棒
D．Zn片上发生氧化反应
答案 D
解析 根据反应方程式，放电时，Zn元素化合价由0价升高为＋2价，H元素化合价由＋1价降低为0价，所以Zn片作负极，碳棒作正极，故A错误；Zn片作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，H2在碳棒电极上生成，故B错误；电流由正极经外电路流向负极，应是由碳棒流向锌片，故C错误；Zn片作负极，电极上发生失电子的氧化反应，故D正确。
13．氢氧燃料电池可以用在航天飞机上，其反应原理如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是( )
A．该电池工作时化学能转化为电能
B．该电池中电极b是正极
C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D．该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O
答案 C
解析 燃料电池属于原电池，是将化学能转化为电能的装置，A正确；通入氧化剂的电极为正极，所以电极b为正极，B正确；通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，电子从负极a沿导线流向正极b，C错误；该电池中，负极的电极反应式为2H2－4e－===4H＋，正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，正、负极电极反应式相加可得电池的总反应：2H2＋O2===2H2O，D正确。
迁移·创新
14．某化学研究性学习小组针对原电池的形成条件，设计了实验方案，进行如下探究。
(1)请填写有关实验现象并得出相关结论。
①通过实验2和3，可得出原电池的形成条件是____________________。
②通过实验1和3，可得出原电池的形成条件是____________。
③若将3装置中稀硫酸换成乙醇，电流计指针将不发生偏转，从而可得出原电池的形成条件是__________。
(2)分别写出实验3中Zn棒和Cu棒上发生的电极反应式。
Zn棒：________________。
Cu棒：________________。
(3)实验3的电流是从________棒流出的(填“Zn”或“Cu”)，反应过程中若有0.4 mol电子发生了转移，则Zn电极质量减轻________g。
答案 (1)有气体生成 发生偏转 ①有活动性不同的两个电极
②形成闭合回路 ③有电解质溶液
(2)Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
(3)Cu 13
解析 (1)实验3中构成原电池，锌棒作负极，铜棒作正极，溶液中的氢离子放电，则铜棒表面的现象是有气体生成，电流计指针发生偏转。①实验2和3相比，电极不同，因此可得出原电池的形成条件是有活动性不同的两个电极。②实验1和3相比，实验3中构成闭合回路，由此可得出原电池的形成条件是形成闭合回路。③若将3装置中稀硫酸换成乙醇，电流计指针将不发生偏转，由于乙醇是非电解质，硫酸是电解质，因此可得出原电池的形成条件是有电解质溶液。
(2)锌棒作负极，发生失去电子的氧化反应，则Zn棒上发生的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。铜棒作正极，溶液中的氢离子放电，则Cu棒上发生的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(3)实验3中锌棒作负极，铜棒作正极，则电流是从Cu棒流出的，反应过程中若有0.4 mol电子发生转移，根据Zn－2e－===Zn2＋可知消耗0.2 mol Zn，则Zn电极质量减轻0.2 mol×65 g·mol－1＝13.0 g。
第2课时 化学反应能量转化的重要应用——化学电池
核心素养发展重点
学业要求
体会化学电池对提高生活质量的重要意义，体会化学科学对社会发展的贡献，强化绿色化学观念和可持续发展意识。
1.了解原电池的构成和工作原理。
2.知道构成原电池的条件。
3.了解化学能与电能的相互转化以及化学反应的其他应用。
4.了解常见的化学电池。
学生自主学习
氢氧燃料电池
化学电池是根据原电池原理制成的。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。
在氢氧燃料电池中，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。
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。
原电池的基本工作原理
还原剂和氧化剂分别在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，还原剂在负极上失去电子，是负极反应物；氧化剂在正极上得到电子，是正极反应物；电极材料通常是能够导电的固体。此外，还要有能够传导电荷的电解质作为离子导体；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。
设计原电池的基本思路
常见电池
1．干电池(属于一次电池)：如锌锰电池。
2．充电电池(又称二次电池)：如铅蓄电池、锂电池(手机用)。
3．燃料电池：如氢氧燃料电池，其能量转换效率高，对环境无污染。
课堂互动探究
一、原电池的工作原理
请讨论作原电池两极的材料有什么样的要求？
提示：首先必须能导电，如金属材料、石墨等；其次，若两极都是金属，则活泼性必须不同，且一般负极材料和电解质溶液能发生化学反应。
1．原电池的构成条件
(1)能自发发生的氧化还原反应。
(2)电极：两个导体做电极。一般为两种活动性不同的金属，其中较活泼的金属做负极，发生氧化反应；较不活泼的金属做正极，发生还原反应。或金属与能导电的非金属(如石墨)做电极，其中金属做负极，非金属(如石墨)做正极。
(3)具有电解质溶液且构成闭合电路：两电极用导线相连放入电解质溶液中形成闭合电路。
2．原电池的工作原理
知识拓展
电极反应式的书写
(1)负极反应式的书写
①活泼金属做负极时，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－===[Al(OH)4]－；铅蓄电池负极反应式：Pb－2e－＋SO===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。
(2)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－。
1．下列各装置能构成原电池的是( )
答案 C
解析 A项，只有一个电极，所以该装置不能构成原电池，错误；B项，该装置没有构成闭合回路，所以不能构成原电池，错误；C项，该装置符合原电池的构成条件，能构成原电池，正确；D项，酒精不是电解质溶液，所以不能构成原电池，错误。
2．如图所示装置中，观察到电流表指针偏转(指针顺着电流方向偏转)，M变粗，N变细，由此判断下表中所列M、N、P三种物质，其中可以成立的是( )
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
答案 C
解析 该原电池中M变粗，N变细，说明发生原电池反应时N溶解，N做负极，溶液中有金属析出附着在M上，M做正极。A、B两项中，电解质溶液分别为稀硫酸和稀盐酸，原电池工作时，不会有金属析出，不符合题意；C项，正极反应为Ag＋＋e－===Ag，符合题意；而D项，锌比铁活泼，故M做负极，变细，不符合题意。
规律方法
原电池的判定
(1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池。
(2)根据原电池的形成条件——四看
看电极——两极为导体，且存在活动性差异；
看溶液——两极插入电解质溶液中；
看回路——形成闭合回路；
看本质——有自发的氧化还原反应发生。
二、原电池的应用
1．所有氧化还原反应都能设计成原电池吗？
提示：不能。只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。
2．原电池工作时，负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系？为什么？
提示：相等。原电池中，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，根据氧化还原反应中得失电子守恒规律知，正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。
原电池的应用
(1)加快氧化还原反应速率
如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制备H2，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。
(2)比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属做负极，活动性弱的金属做正极。如有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性：A>B。
(3)金属的防护
轮船外壳上镶嵌锌块，在海水中形成原电池，锌做负极失去电子，保护铁不被腐蚀。
(4)设计原电池
设计原电池要依据原电池的构成条件来进行。
①一个自发的氧化还原反应。
②两个导电的电极。
③电解质溶液及导线构成闭合回路。
例如以Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2设计原电池
知识拓展
纯锌在稀硫酸中反应，Zn表面既有Zn2＋进入溶液，又有H＋运动到Zn表面得到电子生成H2，而在Cu－Zn原电池中，Zn失去电子变成Zn2＋进入溶液，H＋在Cu上得到电子生成H2。比较两种形式的反应，就会发现前者Zn表面“拥挤不堪”，H＋对Zn2＋有排斥作用，而后者“畅通无阻”。因此粗锌与稀硫酸反应产生氢气的速率要明显大于纯锌与稀硫酸的。
3．下列四个化学反应中，理论上不可能设计为原电池的是( )
A．2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
B．2H2＋O22H2O
C．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
D．Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑
答案 D
解析 只有氧化还原反应才可能设计成原电池，D项中的反应不是氧化还原反应，不能设计为原电池。
4．如图所示的装置中，a的活动性比氢的强，b为碳棒，关于此装置的叙述不正确的是( )
A．碳棒上有气体放出，溶液的pH增大
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电子从a极流到b极
D．a极上发生了氧化反应
答案 B
解析 该原电池中，a的活动性比氢强，所以金属a做负极，碳棒b做正极，负极上金属失电子发生氧化反应，正极碳棒上氢离子得电子发生还原反应，所以溶液中氢离子浓度减小，溶液的pH增大，A、D正确，B错误；该装置能构成原电池，所以有电流产生，电子从负极a沿导线流向正极b，C正确。
误区警示
误区一 误认为原电池的负极材料一定参加反应
有些原电池的负极材料不参加反应，如燃料电池。在燃料电池中，电极材料均不发生反应，故两极均可用惰性材料。
误区二 误认为在原电池中相对活泼的金属一定做负极，相对不活泼的金属一定做正极
在判断原电池正、负极时，既要考虑金属活动性的相对强弱，也要考虑电解质溶液的性质。如Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，Mg为负极；但Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，Mg为正极；Cu－Al(Fe)－浓硝酸构成的原电池中，Cu为负极。
误区三 误认为电子由原电池负极流出，流到原电池正极，再通过电解质溶液到达原电池负极
电子不能通过电解质溶液，电解质溶液中靠阴、阳离子的定向移动形成闭合回路。
误区四 误认为氧化还原反应都可以设计成原电池
只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，非自发的氧化还原反应不能设计成原电池。
误区五 原电池工作时，负极材料质量一定减轻
大多数原电池反应负极材料质量减轻，但也有可能质量不变或质量增加。
本课小结
原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是：
