第8讲5.3化学变化中的能量变化-2023-2024学年寒假班高一化学教材知识点精讲练（沪科版2020）

第八讲化学变化中的能量变化知识梳理考点一、吸热反应和放热反应1．基本概念与分类化学反应过程中发生物质变化的同时，常常伴有能量的变化。这种能量的变化常以热能的形式表现出来，叫做反应热。类型比较放热反应吸热反应定义有热量放出的化学反应吸收热量的化学反应形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键强弱关系生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂旧键时吸收的总能量生成物分子成键时释放出的总能量小于反应物分子断裂旧键时吸收的总能量表示方法Q>0Q<0图示2.常见的放热反应和吸热反应（1）常见的放热反应：能自发进行的氧化还原反应（较活泼的金属与酸反应、燃烧反应、中和反应、金属的氧化反应）、铝热反应、由不稳定物质变为稳定物质的反应、多数化合反应、氯酸钾的分解、高压下石墨转化为金刚石。（2）常见的吸热反应：多数的分解反应，氯化铵和氢氧化钡晶体的反应，碳、一氧化碳和氢气作还原剂的反应，电离和水解，常压下石墨转化为金刚石。（3）Q=∑生成的键能－∑反应物的键能化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1mol化学键时释放(或吸收)的能量。1．工业上利用铝热反应：焊接铁轨，下列说法正确的是A．是氧化剂 B．该反应转移3C．Al发生还原反应 D．铝热反应可用于制备金属钠【答案】A【解析】A．中Fe化合价降低，为氧化剂，A正确；B．该反应中Al化合价升高3价，故反应中该反应转移6，B错误；C．Al化合价升高，发生氧化反应，C错误；D．铝热反应可用于冶炼金属性比铝弱但熔点较高的金属单质，不能制备金属钠，D错误；故选A。2．下列反应能量的变化与如图所示相符的是A．碳酸氢钠固体溶于水 B．大理石的分解反应C．金属镁与稀硫酸的反应 D．稀盐酸与碳酸氢钠溶液的反应【答案】C【分析】由图知，反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应。【解析】A．碳酸氢钠固体溶于水为吸热过程，是物理变化，不符合题意，A错误；

B．大理石的分解反应是吸热反应，不符合题意，B错误；C．金属镁与稀硫酸的反应置换出氢气，为放热反应，符合题意，C正确；

D．稀盐酸与碳酸氢钠溶液的反应是吸热反应，不符合题意，D错误；选C。3．下列变化过程属于放热反应的是A．苛性钠溶于水 B．Fe2O3与Al在高温条件下的反应C．灼热的炭与CO2反应 D．NaHCO3固体与盐酸反应【答案】B【解析】A．苛性钠溶于水时没有新物质生成，属于物理变化，是吸热过程，故A错误；B．氧化铁与铝在高温条件下发生的铝热反应为放热反应，故B正确；C．灼热的炭与碳的归中反应是吸热反应，故C错误；D．碳酸氢钠固体与盐酸的反应是吸热反应，故D错误；故选B。4．铝热反应的实验装置如图所示，下列有关说法错误的是A．X物质为KClO3B．镁条燃烧提供引发反应所需的热量C．若转移0.3mol电子，被还原的Fe2O3为16gD．可利用铝热反应冶炼铁【答案】C【解析】A．KClO3受热分解产生氧气，助燃，图示装置中X物质为助燃剂KClO3，A正确；B．镁条燃烧放出大量热，可为铝热反应提供引发反应所需的热量，B正确；C．反应2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe中，Fe元素化合价从+3变为0价，还原1molFe2O3转移6mol电子，则转移0.3mol电子还原Fe2O3的物质的量为：=0.05mol，其质量为：160g·mol－1×0.05mol=8g，C错误；D．Fe的活泼性小于Al，可利用铝热反应冶炼铁，D正确；故选：C。5．如图为1mol和1mol反应生成2molHCl的能量变化图(已知：物质具有的键能越大越稳定)。下列说法正确的是A．该反应每生成1molHCl，放出183kJ的热量B．该反应既是氧化还原反应又是放热反应C．氯气分子中的化学键比氢气分子中的化学键更稳定D．由图知H原子和Cl原子形成1molHCl分子会吸收431kJ的能量【答案】B【解析】A．根据产生的热量=反应物键能总和生成物键能总和，所以该反应每生成2molHCl，放出183kJ的热量，A错误；B．该反应是有单质参加的化合反应，既是氧化还原反应又是放热反应，B正确；C．物质具有的键能越大，越稳定，因此氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更稳定，C错误；D．由图可知H原子和Cl原子形成1molHCl分子会放出431kJ的能量，D错误；选B。考点二、化学能与电能的转化1.原电池原电池的定义：把化学能转化为电能的装置叫原电池。形成原电池的条件：电极：有两种活性不同的金属（或一种是非金属导体）做电极，较活泼的金属为负极，较不活泼的金属（或非金属）为正极。电解质溶液：电极材料均插入电解质溶液中。整个装置必须形成闭合电路。自发进行的氧化还原反应原电池的化学原理：（1）自发进行的氧化还原反应在两极进行（2）电子从负极（较活泼的金属）流向正极（较不活泼的金属或非金属），负极发生氧化反应，正极发生还原反应。电子只在导线上定向流动，电解质溶液中有离子的定向移动，从而形成闭合回路如：Cu─H2SO4─Zn原电池：正极：2H++2e→H2↑正极得电子，发生还原反应负极：Zn2e→Zn2+负极失电子，发生氧化反应总反应式：Zn+2H+==Zn2++H2↑（1）．钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀：正极：O2+2H2O+4e→4OH负极：2Fe4e→2Fe2+总反应式：2Fe+O2+2H2O==2Fe（OH)2（2）．氢氧燃料电池（中性介质）：正极：O2+2H2O+4e→4OH负极：2H24e→4H+总反应式：2H2+O2→2H2O（3）．氢氧燃料电池（酸性介质）：正极：O2+4H++4e→2H2O负极：2H24e→4H+总反应式：2H2+O2→2H2O（4）．氢氧燃料电池（碱性介质）：正极：O2+2H2O+4e→4OH负极：2H24e+4OH→4H2O总反应式：2H2+O2→2H2O（5）．铅蓄电池（放电）：正极(PbO2)：PbO2+2e+SO42+4H+→PbSO4+2H2O负极(Pb)：Pb2e+(SO4)2→PbSO4总反应式：Pb+PbO2+4H++2(SO4)2→2PbSO4+2H2O（6）．Al─NaOH─Mg原电池：正极：6H2O+6e→3H2↑+6OH负极：2Al6e+8OH→2AlO2+4H2O总反应式：2Al+2OH+2H2O→2AlO2+3H2↑原电池原理的应用：（1）根据原电池中金属的活泼性：负极大于正极，用于比较金属的活泼性。（Al─NaOH─Mg原电池特例除外）（2）一个自发进行的氧化还原反应设计为原电池反应可加快反应速率。（如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌反应快）2.电解池电解池：一种将电能转化为化学能的装置。电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原反应过程。电解池反应原理：阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中阳离子得电子发生还原反应。阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中阴离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子电子的流向：负极—阴极—阳极—正极电流的流向：正极—阳极—阴极—负极电解反应中反应物的判断——放电顺序⑴阴极A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。B.阳离子得电子顺序—金属活动顺序表的反表：K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Zn2+<Fe2+<Sn2+<Pb2+<(H+)<Cu2+<Hg2+<Ag+（阳离子放电顺序与浓度有关，并不绝对）⑵阳极A.阳极材料是惰性电极(C、Pt、Au、Ti等)时：阴离子失电子：S2＞I＞Br＞Cl＞OH＞NO3等含氧酸根离子＞FB.阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。原电池和电解池的比较：装置原电池电解池实例原理原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行使电流通过电解质溶液而在阴,阳两极上引起氧化还原反应的过程.形成条件①电极：两种不同的导体相连；②电解质溶液：能与电极反应。①电源；②电极（惰性或非惰性）；③电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn2e=Zn2+（氧化反应）正极：2H++2e=H2↑（还原反应）阴极：Cu2++2e=Cu（还原反应）阳极：2Cl2e=Cl2↑（氧化反应）电子流向负极(外电路)→正极阳极→电源正极阴极←电源负极电流方向正极(外电路)→负极阳极←电源正极阴极→电源负极能量转化化学能→电能电能→化学能应用①抗金属的电化腐蚀；②实用电池。①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）；③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。3.金属的腐蚀金属腐蚀的本质：是金属或合金被氧化而损耗的过程。(1)化学腐蚀：金属或合金直接与周围介质发生反应而产生的腐蚀，直接被氧化剂氧化，无电流产生；。(2)电化学腐蚀：不纯的金属或合金与周围电解质溶液接触而发生原电池反应产生的腐蚀，相对活泼的金属被氧化，有电流产生．钢铁的电化腐蚀又分为析氢腐蚀（酸性条件下）和吸氧腐蚀（中性或碱性条件下）．钢铁腐蚀的电极反应方程式吸氧腐蚀：负极：2Fe一4e→2Fe2+，正极：O2+2H2O+4e→4OH析氢腐蚀：负极：2Fe一4e→2Fe2+，正极：2H++2e→H2↑)金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，例如，钢铁生锈的主要过程为：析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（pH＜4.3水膜酸性很弱或中性电极反应负极Fe2e—=Fe2+正极2H++2e—=H2↑O2+2H2O+4e—=4OH—总反应式Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24.金属的防护一般有三条途径：其一是改变金属内部结构，如制成合金；其二是涂保护层，保持干燥；其三是电化学保护法[牺牲阳极的阴极保护法(被保护金属作负极)；外加电源的阴极保护法(被保护金属接电源的负极)]。强调：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀；同一种金属腐蚀：强电解质>弱电解质>非电解质溶液6．某原电池装置如图所示，下列说法正确的是A．Fe作负极 B．碳棒上有O2生成C．可将电能转化为化学能 D．电子从碳棒经导线流向Fe【答案】A【分析】由题干原电池装置图可知，Fe是活泼电极，能与稀硫酸发生氧化还原反应，该电极反应为：Fe2e=Fe2+，发生氧化反应，则Fe为负极，碳棒为正极，电极反应为：2H++2e=H2↑，据此分析解题。【解析】A．由分析可知，Fe作负极，碳棒为正极，A正确；

B．由分析可知，碳棒上有H2生成，电极反应为：2H++2e=H2↑，B错误；C．该装置为原电池装置，故可将化学能转化为电能，C错误；D．由分析可知，Fe作负极，碳棒为正极，则电子从Fe经导线流向碳棒，D错误；故答案为：A。7．下列装置中能构成原电池产生电流的是A． B． C． D．【答案】B【分析】形成原电池的条件有，1.有两个活泼性不同的电极；2、将电极插入电解质溶液中；3.两电极间构成闭合回路；4、能自发的进行氧化还原反应，满足这些条件可以产生电流，以此解题。【解析】A．电极相同不能构成原电池，A错误；B．满足铜锌原电池的条件，可以构成原电池，B正确；C．酒精不是电解质溶液，不能构成原电池，C错误；D．锌与电解质溶液不反应，无电流产生，不能构成原电池，D错误；故选B。8．镍镉电池是一种新型的封闭式体积小的可充电电池。其工作原理如图所示，下列说法正确的是A．放电时，向b极移动B．放电时，a极发生还原反应C．充电时电流的方向：外电源正极→b极→电解质溶液→a极→外电源负极D．充电时，a极的电极反应式为【答案】C【分析】由题中电子移动方向可知Cd为负极，NiO(OH)为正极。【解析】A．放电时，向负极a移动，故A错误；B．放电时，负极a极失电子，发生氧化反应，故B错误；C．根据图示，放电时a极为负极、b极为正极，则充电时a与电源负极相连、b与电源正极相连，电流的方向：正极→b极→电解质溶液→a极→负极，故C正确；D．充电时，a极的电极反应式为，故D错误。故答案选C。9．利用微生物燃料电池(MFC)可以将废水中的降解为N2.某课题组设计出如图所示的微生物燃料电池进行同步硝化和反硝化脱氮研究，下列说法不正确的是A．好氧电极b上发生的反硝化反应为2+10e+12H+=N2↑+6H2OB．好氧电极b上的副反应为O2+4e+4H+=2H2OC．鼓入空气越多，越能促进反硝化反应的进行D．理论上(不考虑副反应)每消耗1molC6H12O6，可以处理的物质的量为4.8mol【答案】C【解析】A．根据图示可知，好氧电极b上发生反硝化反应为硝酸根离子得电子生成氮气，故电极反应式为2+10e+12H+=N2↑+6H2O，A正确；B．电极上除发生反硝化反应外，还有氧气得电子的副反应：O2+4e+4H+=2H2O，B正确；C．根据B选项可知，故鼓入的空气过多，会降低的转化率，C错误；D．不考虑副反应，每消耗1molC6H12O6，转移的电子数24mol，根据电极反应2+10e+12H+=N2↑+6H2O和元素守恒规律，则理论上可以处理的物质的量应4.8mol，D正确；答案选C。10．在如图所示的8个装置中，能实现化学能转化为电能的是A．②④⑥⑦ B．③⑤ C．④⑧ D．②③⑥【答案】A【分析】原电池可以把化学能转化为电能，构成原电池的条件：自发的氧化还原反应，形成闭合回路，活泼性不同的电极，存在电解质溶液。【解析】①不存在活泼性不同的电极，不能把化学能转化为电能；②满足构成原电池的条件，该装置可以构成ZnC稀硫酸原电池，可把化学能转化为电能；③不存在活泼性不同的电极，不能把化学能转化为电能；④满足构成原电池的条件，该装置可以构成FeC稀硫酸原电池，可把化学能转化为电能；⑤该装置酒精为非电解质，化学能不能转化为电能；⑥满足构成原电池的条件，该装置可以构成ZnPb稀硫酸原电池，化学能可以转化为电能；⑦满足构成原电池的条件，该装置可以构成FeCu稀硫酸原电池，化学能可以转化为电能；⑧该装置不能形成闭合回路，化学能不能转化为电能；故选A。11．一般情况下，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是A．KOH+HCl=KCl+H2O B．Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+C．Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑ D．Na2O+H2O=2NaOH【答案】B【解析】自发的氧化还原反应能设计成原电池，A、D不是氧化还原反应，C是非自发的氧化还原反应，B是自发的氧化还原反应，故答案为B。二、填空题12．2020年第七十五届联合国大会上，中国向世界郑重承诺在2030年前实现碳达峰，在2060年前实现碳中和。大力发展绿色能源、清洁能源是实现碳中和的最有效方法。(1)原电池反应能够提供电能而不产生CO2气体，下图是某原电池装置图。①Zn棒是原电池的极，发生(填“氧化”或“还原”)反应。②Cu棒，上发生的电极反应是。③溶液中H+向(填“Zn”或“Cu”)电极定向移动。(2)将上述装置中电解质稀H2SO4换为足量AgNO3溶液，灯泡也变亮，电流表指针偏转，无色溶液颜色没有变化。①原电池的负极是(填“Zn”或“Cu”)，正极的电极反应是。②若更换电解质时称量两个电极，质量恰好相等，放电一段时间后再称量两个电极，发现质量相差2.81g，则导线上通过的n(e)=mol。(3)碱性锌锰电池是日常生活中常用电池，原电池反应是：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH。该原电池电解质是KOH溶液，写出正极的电极反应。【答案】(1)负氧化Cu(2)Zn0.02(3)MnO2+H2O+e=MnOOH+OH【解析】（1）①锌比铜活泼，铜为原电池的正极、Zn棒是原电池的负极，锌失去电子发生氧化反应。②Cu棒上氢离子得到电子被还原，发生的电极反应是。③阳离子向正极移动，则溶液中H+向Cu电极定向移动。（2）①锌比铜活泼，铜为原电池的正极、原电池的负极是Zn，正极上银离子得到电子被还原，电极反应是。②反应时负极，正极，若转移电子xmol，负极溶解锌g，正极析出银108xg，若更换电解质时称量两个电极，质量恰好相等，放电一段时间后再称量两个电极，发现质量相差2.81g，则g+108xg=2.81g，得x=0.02mol，则导线上通过的n(e)=0.02mol。（3）碱性锌锰电池总反应是：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH，则正极MnO2得电子转变为MnOOH，电极反应：MnO2+H2O+e=MnOOH+OH。13．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：编号电极材料电解质溶液电流表指针偏转方向1Mg、Al稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、石墨稀硝酸偏向石墨4Mg、AlNaOH溶液偏向Mg根据表中记录的实验现象，回答下列问题。(1)实验1、2中Al电极的作用是否相同？。(2)实验3中铝为极，石墨电极反应式为。(3)实验4中铝为负极，写出铝电极的电极反应式：。II.某种燃料电池的工作原理示意如图所示(a、b均为石墨电极)。(4)假设使用的“燃料”是氢气(H2)，则b极的电极反应式为。(5)假设使用的“燃料”是甲烷(CH4)，则通入甲烷气体电池工作一段时间后，电解液的碱性将(填“增强”、“减弱”或“不变”)。(6)若消耗标准状况下的甲烷4.48L，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为(用NA表示)。【答案】(1)不相同(2)负(3)Al−3e−+4OH−=+2H2O(4)O2+2H2O+4e−=4OH−(5)减弱(6)1.6NA【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；（2）实验3中电流表偏向石墨，说明石墨为正极，Al为负极，石墨电极反应式为；（3）实验4中铝为负极，Mg为正极，由于采用氢氧化钠溶液作电解质溶液，铝失去电子和氢氧根结合生成偏铝酸根，铝电极的电极反应式：Al−3e−+4OH−=+2H2O；（4）由图知，采用氢氧化钾溶液作电解质溶液，b极为正极，则氧气在此得到电子变为氢氧根，对应的电极反应式为O2+2H2O+4e−=4OH−；（5）甲烷燃料电池的总式为：CH4+2O2+2OH−=+3H2O，则反应过程中消耗OH−的同时生成了水，电解液的碱性将减弱；（6）标准状况下，4.48L甲烷的物质的量为，假设化学能完全转化为电能，根据负极的电极方程式CH4−8e−+10OH−=+7H2O知，转移电子的数目为1.6NA。14．现代社会的一切活动都离不开能量，化学反应在发生物质变化的同时伴随有能量变化，在化学研究和工业生产中还需要关注化学反应的快慢和程度。请回答下列问题：(1)氢气和氯气生成氯化氢的反应中，已知则该反应生成2molHCl所释放的能量为kJ。(2)根据构成原电池的本质判断，下列反应可以设计成原电池的是(填标号)。A．2Fe3＋(aq)＋Cu(s)=2Fe2＋(aq)＋Cu2＋(aq)B．Ba(OH)2(aq)＋2HCl(aq)=BaCl2(aq)＋2H2O(l)C．2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)(3)为了探究化学反应中的能量变化，某同学设计了如图所示两个实验。有关实验现象，下列说法正确的是_______(填标号)。A．图I和图II的气泡均产生于锌棒表面B．图I和图II中产生气体的速率一样快C．图I和图II中温度计的示数相等，且均高于室温D．图I中温度计的示数高于图II的示数(4)图II中外电路中的电流是从(填“Zn”或“Cu”，下同)电极经导线流向电极。H+的移动方向(填“Zn→Cu”或“Cu→Zn”)。若反应过程中有0.4mol电子发生转移，则生成的氢气的质量为g。(5)若将Al和