专题04 化学反应与能量变化（知识串讲+专题检测）-2024-2025学年高一化学下学期期中考点整理（人教版2019必修第二册）

这是一份专题04 化学反应与能量变化（知识串讲+专题检测）-2024-2025学年高一化学下学期期中考点整理（人教版2019必修第二册），共60页。试卷主要包含了化学反应与热能的转化，化学反应中能量变化的主要原因，人类对能源的利用，化学反应与电能，原电池原理的应用，常见的化学电源等内容，欢迎下载使用。
一、化学反应与热能的转化
1．实验探究
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。
（3）常见的放热反应与吸热反应
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
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；E0，为吸热反应；ΔQB。)
3．用于金属保护
将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
eq \x(原理)eq \a\vs4\al(作原电池的正极的金属材料不参与反应)
eq \x(实例)eq \a\vs4\al(要保护一个铁制的输水管道，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。)
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。
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。
1．下列设备工作时，将化学能转化为电能的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】A
【详解】A．锂离子电池放电时，化学能转化为电能，故A符合题意；
B．风力发电机是将风能转化成电能，故B不符合题意；
C．燃气灶是将化学能转化为热能，故C不符合题意；
D．太阳能集热器将太阳能转化为热能，故D不符合题意；
故选A。
2．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是
A．锌粒与稀硫酸的反应
B．灼热的木炭与CO2的反应
C．甲烷在空气中燃烧的反应
D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
【答案】B
【详解】A．锌粒与稀硫酸反应，属于氧化还原反应，也是放热反应，故A不选；
B．木炭与CO2的反应既属氧化还原反应，又是吸热反应，故B选；
C．甲烷在空气中燃烧，属于氧化还原反应，也是放热反应，故C不选；
D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应属吸热反应但不是氧化还原反应，故D不选；
故选B。
3．理论上，下列反应不能设计成原电池的是
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【分析】原电池的构成条件为：1、活泼性不同的两个电极；2、电解质溶液；3、形成闭合回路；4、能自发进行氧化还原反应；
【详解】A、B、D反应方程式中都有化合价的变化，所以都是氧化还原反应；C的反应中没有化合价的变化，所以不是氧化还原反应，不能设计成原电池；
故选C。
4．下列物质间的反应，其能量变化符合如图的是
A．酸碱中和反应
B．有机物的燃烧反应
C．Ba(OH)2•8H2O晶体和NH4Cl晶体混合反应
D．工业合成氨的反应
【答案】C
【分析】从图上分析，反应物能量低于生成物，该反应是吸热反应。
【详解】A．酸碱中和反应是放热反应，A不符合题意；
B．燃烧反应为放热反应，B不符合题意；
C．Ba(OH)2·8H2O 与NH4Cl晶体混合反应是吸热反应，C符合题意；
D．合成氨反应是放热反应，D不符合题意；
答案选C。
5．下列装置能构成原电池的是
A．B．
C．D．
【答案】B
【分析】形成原电池的条件：①两个活动性不同的电极，②电解质溶液中，③形成闭合回路，在以上条件下，自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
【详解】A．Fe、Cu未用导线连接，不能形成闭合回路，故A不符；
Ｂ．Fe、Cu用导线连接，形成闭合回路，能发生原电池反应，故B符合；
Ｃ．四氯化碳属于非电解质，不能形成原电池，故C不符；
Ｄ．Zn、Cu用导线连接，稀硫酸分装在两个容器中，不能形成闭合电路，不能构成原电池，故D不符；
故选B。
6．下列组合中，不能使装置中的电流表指针发生偏转的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】B
【分析】电流表指针不能发生偏转，说明不能构成原电池；
【详解】A．Fe、C是不同的电极，Fe和溶液反应生成硫酸亚铁和铜，是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，故A不符合题意；
B．蔗糖是非电解质，蔗糖溶液不导电，不能形成闭合回路，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，故B符合题意；
C．Zn的金属活泼性比Fe强，Zn和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，故C不符合题意；
D．铜、锌是不同的电极，盐酸溶液与锌的反应是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，故D不符合题意；
故选B。
7．研究化学反应中的能量转化，可以帮助我们更深刻地认识化学反应，更好地为生产和生活服务。下列化学反应中反应物的总键能大于生成物的总键能的是
A．天然气燃烧B．石灰石分解
C．生石灰溶于水D．葡萄糖被氧化为和
【答案】B
【分析】反应物的总键能大于生成物的总键能的反应是吸热反应；
【详解】A．燃烧放热，A不符合题意；
B．石灰石分解是吸热反应，B符合题意；
C．生石灰溶于水生成氢氧化钙，大量放热，C不符合题意；
D．葡萄糖氧化是放热反应，D不符合题意；
故本题选B。
8．组装成的电池如下图所示，为了向其他同学介绍这款电池，需要对这款电池的原理做一个分析，下列说法正确的是
A．铁环作负极，发生还原反应
B．电池工作时，电子从铁环经LED灯流向铜线
C．电池工作时，铁环变细铜线变粗
D．电池工作结束后柠檬的酸性变强
【答案】B
【分析】铁环、铜线和柠檬构成的原电池工作时，铁环发生失电子的氧化反应、作负极，铜线作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电子由负极经过导线流向正极，溶液的酸性减弱；
【详解】A．铁环、铜线和柠檬构成的原电池工作时，铁环作负极，铜线作正极，铁环发生氧化反应，故A错误；
B．电池工作时，铁环作负极，铜线作正极，电子会从铁环经LED灯流向最右侧铜线，故B正确；
C．电池工作时，铁环失电子生成亚铁离子而变细，铜线上氢离子得电子生成氢气，铜线粗细不变，故C错误；
D．电池工作时柠檬酸中氢离子参与反应，溶液的酸性变弱，故D错误；
答案选B。
9．已知反应的反应体系能量变化如图所示，下列说法正确的是
A．该反应涉及极性键和非极性键的断裂和形成
B．若反应生成的为液态，则放出的能量小于
C．和的总键能低于的总键能
D．和在容器中充分反应，放出的能量为
【答案】C
【详解】A．该反应断裂H-H、，形成C-H、C-O、O-H键，故没有非极性键的形成，A错误；
B．液态甲醇能量小于气态甲醇，故放出的能量大于，B错误；
C．由图可知，该反应为放热反应，反应物总键能小于生成物总键能，C正确；
D．该反应为可逆反应，和在容器中充分反应，放出的能量小于，D错误；
答案选C。
10．根据原电池原理，下列有关如图装置的说法正确的是
A．若a为Ag，b为Cu，c为硫酸铜溶液，则a电极有红色固体析出
B．若a为Zn，b为Cu，c为稀硫酸，则b电极发生氧化反应
C．若a为Zn，b为Ag，c为硫酸铜溶液，每转移0.2ml电子，b电极质量增加6.4g
D．若a为Fe，b为Cu，c为浓硝酸，则负极发生的电极反应式为
【答案】C
【详解】A．Ag无法置换硫酸铜中的铜，不存在自发的氧化还原反应，不能实现化学能转化为电能，故A错误；
B．Zn比Cu活泼，故Zn做负极，Cu做正极，正极发生还原反应，故B错误；
C．锌比银活泼，锌为负极，银为正极，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为Cu2++2e-=Cu，转移0.2ml电子，生成0.1mlCu，即正极质量增加0.1ml×64g/ml=6.4g，故C正确；
D．铁比铜活泼，但铁遇浓硝酸会钝化，故铜做负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，故D错误；
故答案为C。
11．将转化为人类使用的能源有利于实现“碳达峰”，某电池利用和获取工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．该电池中电极b作负极
B．工作时，电极a产生的电极反应式为
C．工作时质子向电极a迁移
D．当消耗时，理论上电极b消耗
【答案】D
【分析】由图可知，二氧化碳发生还原反应、氢气发生氧化反应生成甲烷和CO混合气，则a为正极、b为负极；
【详解】A．由分析可知，该电池中电极b作负极，A正确；
B．工作时，电极a上二氧化碳得到电子发生还原反应产生，电极反应式为，B正确；
C．原电池工作时，阳离子质子向正极电极a迁移，C正确；
D．部分二氧化碳转化为CO，生成CO和CH4的各自物质的量是多少不知道，故不能判断消耗时，理论上电极b消耗氢气的物质的量，D错误；
故选D。
12．利用铜片、铁片、锌片、石墨棒、导线、烧杯和稀硫酸组装成以下装置。下列说法正确的是
A．装置甲和装置乙中铁片上均无气泡产生
B．装置丙中，电子从铁片经导线流向石墨棒
C．三个装置中铁片质量减小的速率从大到小的顺序为乙>甲>丙
D．装置乙中铁片为正极，电极反应式为
【答案】D
【详解】A．装置乙中Zn的活泼性比Fe强，Zn做负极，Fe做正极，正极上氢离子得电子生成氢气，装置乙中铁片上有气泡产生，A错误；
B．装置丙中，未形成闭合回路，不能构成原电池，B错误；
C．装置甲中Fe做负极，是电子生成Fe2+，质量减小，装置乙中Fe做正极被保护，铁片质量不变，装置丙中发生普通化学反应，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，形成原电池能加快反应速率，则铁片质量减小的速率：甲>丙>乙，C错误；
D．装置乙中铁片为正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为，D正确；
故选D。
13．利用反应2Fe3++Fe=3Fe2+设计一个原电池，下列装置示意图正确的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【详解】根据反应2Fe3++Fe═3Fe2+知，Fe元素化合价由+3价变为+2价、Fe元素化合价由0价变为+2价，所以Fe作负极，选择活泼性比金属铁差的如石墨做正极材料即可，正极上是铁离子得电子的还原反应，所以电解质中必须含有铁离子，可以选择氯化铁溶液，C符合；
故选：C。
14．某种纸电池的结构如图所示，隔离膜中的电解液为NaCl溶液，反应原理为：。下列说法不正确的是
A．电极材料不一定都使用金属材料
B．纸电池具有轻薄柔软、可折叠等优点
C．移向负极
D．在正极反应
【答案】C
【分析】原电池电解液为氯化钠溶液，总反应为：，Mg失去电子作负极，发生氧化反应，另一个电极为正极，以此解题。
【详解】A．根据总反应可知，负极为镁为金属材料，但是正极可以是能导电的电极材料不一定是金属材料， A正确；
B．纸电池像纸一样轻薄柔软、可折叠， B正确；
C．移向正极，C不正确；
D．得电子在正极反应，D正确；
故选C。
15．下列装置的有关说法正确的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】B
【详解】A．该装置没有形成闭合回路，不能形成原电池，即不能将化学能转化为电能，故A错误；
B．锌锰干电池属于一次电池，电池工作时，锌筒作负极，不断被消耗：Zn-2e-=Zn2+，故B正确；
C．“纸电池”，当电解质溶液为氯化钠溶液时，锌为负极、铜为正极，锌片失去电子发生氧化反应，故C错误；
D．该装置中铝为负极、镁为正极，电子从铝电极流向镁电极，电极反应式为：，故D错误；
故答案为：B。
16．科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，实现的再利用。电池的总反应为：（已知：质子交换膜仅允许通过），下列说法正确的是
A．该装置的电解质溶液可能为
B．电子从GaN电极流出经过电解质溶液到Cu电极
C．理论上生成11.2L质子交换膜通过
D．Cu电极上发生的电极反应是：
【答案】D
【分析】由图可知，氮化镓电极为原电池的负极，太阳光作用下水在正极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，铜电极为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲烷和水，电极反应式为。
【详解】A．铜能与硝酸反应，所以原电池中的电解质不能选择硝酸，故A错误；
B．电解质溶液不能传递电子，故B错误；
C．缺标准状况下，无法计算11.2L氧气的体积和通过质子交换膜的氢离子数目，故C错误；
D．由分析可知，铜电极为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲烷和水，电极反应式为，故D正确；
故选D。
17．按要求完成下列填空。
(1)下列变化过程，属于化学反应且放热的是 。
①浓稀释 ②酸碱中和反应 ③条与盐酸反应 ④与
⑤铝热反应 ⑥碳高温条件下还原生成
(2)以为催化剂的光、热化学循环分解反应，为吸收“碳排放”提供了一个新途径，该反应的机理及各分子化学键完全断裂时的能量变化如图所示：
①上述过程①中，能量的变化形式是由 转化为 。
②写出分解生成和的热化学方程式 。
③CO和作反应物的一种燃料电池，其构造如下图所示，为电池的 (填“正”或“负”)极，向 极移动(填“X”或“Y”)，负极电极反应式为 。
【答案】(1)②③⑤
(2) 光能 化学能 正极 Y
【详解】（1）①浓稀释为放热的物理过程，不符合题意；②酸碱中和反应为放热的化学反应，符合题意；③Mg条与盐酸反应为放热的化学反应，符合题意；④与为吸热的化学反应，不符合题意；⑤铝热反应为放热的化学反应，符合题意；⑥碳高温条件下还原生成CO为吸热的化学反应，不符合题意；故选②③⑤。
（2）①由图可知，过程①中能量的变化形式是由光能转化为化学能，故答案为：光能；化学能；
②由图可知，二氧化碳分解生成一氧化碳和氧气的反应为，反应的焓变△H=1598kJ/ml×2-(1072kJ/ml×2+496kJ/ml)=+556kJ/ml，则反应的热化学方程式为△H=+556kJ/ml；
③由电子的移动方向可知，通入氧气的Y电极为正极，溶液中的阳离子钾离子向正极Y电极移动，通入一氧化碳的X电极为燃料电池的负极，碱性条件下，一氧化碳在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为 。
18．电能是现代社会应用最广泛的能源之一。
(1)关于下图所示装置的说法中，正确的是 。
a．正极发生氧化反应，负极发生还原反应
b．电流由铜片通过导线流向锌片
c．铜片上发生的反应是
d．溶液中的向Cu片移动
(2)下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是 (填序号)。
①
②
③
(3)某种燃料电池的工作原理示意如图所示，X、Y均为惰性电极，假设使用的“燃料”是氢气()，则通入的电极是 (填“a”或“b”)电极。
(4)有人以化学反应：为基础设计一种原电池，移入人体内作为心脏起搏器的能源，它们靠人体内血液中溶有一定浓度的、、进行工作，则原电池的负极发生的电极反应式为 。
【答案】(1)bd
(2)①②
(3)a
(4)
【详解】（1）a．原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故a错误；
b．根据锌铜原电池分析可知，锌为负极，铜为正极，因此电流由铜片(正极)通过导线流向锌片，故b正确；
c．铜为正极，铜片上氢离子得到电子变为氢气，因此发生的反应是，故c错误；
d．原电池中阳离子向正极移动，则溶液中的向Cu片移动，故d正确；
答案选bd。
（2）能实现化学能直接转化为电能是自发进行的氧化还原反应，①②是自发进行的氧化还原反应，③是非氧化还原反应，答案选①②。
（3）根据电子转移方向可知，X为负极，Y为正极，燃料电池中燃料氢气为负极反应物，则通入的电极是a电极。
（4）根据总反应可知，锌化合价升高，失去电子发生氧化反应，作原电池的负极，电极反应式为。
19．某实验小组设计了下图所示的5组实验，探究化学能与热能的转化。
(1)实验①在实验前U型管中页面左右相平，在甲试管中加入适量氧化钙和水后，可观察到U型管中的现象是 ，反应的化学方程式是 。
(2)实验②中反应的能量变化可用下图中的 (填序号A或B)表示
(3)实验③④⑤中属于吸热反应的是 (填序号)
(4)从微观角度分析实验⑤化学反应中能量变化的原因：
①和②分别为 、 (填“吸收”或“释放”)。氢气与氧气反应生成1ml水蒸气时，释放 kJ能量。
【答案】(1) 液面左低右高 CaO+H2O=Ca(OH)2
(2)B
(3)④
(4) 吸收 释放 245
【详解】（1）在甲试管中加入适量氧化钙和水后，试管里发生的是放热反应，锥形瓶内空气压强增大，可观察到U型管中的现象是液面左低右高；CaO固体与水反应的方程式为CaO+H2O=Ca(OH)2；
（2）Ba(OH)2•8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应属于吸热反应，即反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量，其能量变化可用如图中的B表示，故答案为B；
（3）③为Zn和稀硫酸反应，为放热反应，④为柠檬酸和碳酸氢钠反应，为吸热反应，⑤为氢气燃烧，为放热反应，故答案为④；
（4）①共价键为断裂，断键吸收能量，②为共价键形成，成键释放能量；断裂1mlH2和mlO2中的化学键吸收的总能量为(436＋249)kJ=685kJ，形成1mlH2O中的化学键释放的能量为930kJ，因此生成1mlH2O时放出热量为930kJ−685kJ=245kJ，故答案为：吸收；释放；245。
20．原电池是直接把化学能转化为电能的装置，按要求完成各问题。
(1)写出溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式： 。若将此反应设计成原电池，该电池的负极材料是 ，电解质溶液是 。
(2)高铁电池是一种新型可充电电池，如图甲所示是高铁电池的模拟实验装置。高铁电池的总反应为。
①该盐桥中的阴离子向 (填“左”或“右”)侧烧杯移动。
②电池放电时，正极的电极反应为 。
③图乙为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有 。
(3)一氧化氮-空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图丙所示，写出放电过程中负极的电极反应： ，若过程中产生，则消耗标准状况下的体积为 L。
【答案】(1) 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ Cu FeCl3
(2) 右 长时间保持稳定的放电电压
(3) NO-3e-+2H2O=HNO3+3H+ 67.2
【详解】（1）Fe3+具有氧化性，可以将铜单质氧化为Cu2+，自身还原为Fe2+离子，溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；将此反应设计成原电池，负极上发生失电子的氧化反应，负极材料是Cu，电解质溶液为FeCl3溶液；
（2）①高铁电池的总反应为，Zn是负极失去电子发生氧化反应，正极是高铁酸根离子得电子被还原为氢氧化铁，盐桥中的阴离子向负极Zn移动，即向右移动；
②正极是高铁酸根离子得电子被还原为氢氧化铁，反应式为：；
③由图乙可知，与高能碱性电池对比，高铁电池具有长时间保持稳定的放电电压的优点；
（3）放电过程中，NO在负极失电子生成硝酸，负极的电极反应式NO-3e-+2H2O=HNO3+3H+
；若过程中产生4mlHNO3，电路中转移12ml电子，根据电子守恒，正极消耗3mlO2，则消耗标准状况下的体积为3ml×22.4L/ml=67.2L。
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
放热反应
吸热反应
步骤
实例
将反应拆分
为电极反应
负极反应
负极：Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
正极：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
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
A．锂离子电池
B．风力发电机
C．燃气灶
D．太阳能集热器
选项
a
b
试剂X
A
C
溶液
B
蔗糖溶液
C
稀硫酸
D
稀盐酸
A
B
C
D
A．装置能将化学能转化为电能
B．锌锰干电池属于一次电池，电池工作时，锌筒做负极并不断被消耗
C．“纸电池”，当电解质溶液为氯化钠溶液时，锌片失去电子发生还原反应
D．电池电子从铝电极流向镁电极，电极反应式为：