第15讲 化学反应与能量变化（讲义江苏专用）（原卷版）

/第15讲化学反应与能量变化内容概览学考要求速览明确考试范围与核心要求必备知识梳理系统整理学科框架与知识高频考点精讲破译重点内容及解题思路考点一化学反应与热能考点二化学反应与电能实战能力训练模拟实战，提升解题技能一、化学反应与热能（一）热能产生的原因1．宏观解释——反应物与生成物的总能量不同宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图2．微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同微观解释反应物、生成物中化学键的变化关系能量变化断裂旧化学键吸收的总能量形成新化学键释放的总能量能量断裂旧化学键吸收的总能量形成新化学键释放的总能量能量（二）吸热反应与放热反应1.概念：①放热反应：热量的化学反应。②吸热反应：热量的化学反应。注：有热量放出未必是，吸收能量也未必是，因为放热反应和吸热反应必须是化学变化。放热过程发生反应多数化合反应中和反应置换反应铝热反应Na2O2＋H2O未发生反应成键NaOH溶于水浓硫酸溶于水吸热过程发生反应多数分解反应Ba(OH)2＋NH4ClC＋H2O(g)C＋CO2未发生反应断键NH4NO3溶于水2.吸热反应、放热反应的判定①如图，E1E2，新化学键的形成所释放的能量破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是吸热反应；

E1E2，新化学键的形成所释放的能量破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是放热反应。3.理解反应历程与反应热的关系图示意义a表示正反应的能；b表示逆反应的能。c表示该反应的热。ΔH图1：ΔH＝kJ·mol－1＝－ckJ·mol－1，表示反应图2：ΔH＝kJ·mol－1＝+ckJ·mol－1，表示反应【温馨提示】解答能量变化图像题的“4关键”（1）从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即E1；（2）从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即E2；（3）ΔH＝E1－E2；（4）催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不能影响反应的ΔH。二、化学反应与电能（一）原电池的工作原理1.原电池的概念与构成能量转化将转化为反应本质反应反应要求自发的放热氧化还原反应构成条件两个电极(导体，也可参加反应)电解质(水溶液、熔融液、固体)闭合回路(外电路：电子，内电路：离子)粒子迁移方向电子：由极流向极离子：阴离子流向极，阳离子流向极2.原电池的工作原理（1）反应原理（以锌铜原电池为例）①电子移动方向：锌逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液，电子从极经流入极，即不下水。②离子移动方向：阴离子向极移动(如SOeq\o\al(2－,4))，阳离子向极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在上冒出)，即不上岸。③电流方向：正极→导线→极→溶液→极。④两极电极反应式负极(锌极)：(反应)。正极(铜极)：(反应)。总反应：。（2）原电池的正、负极的判断方法

①根据电极材料：较活泼的金属为极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为极。②根据电流方向或电子流动方向：电流是由极流向极的，电子是由极流向极的。

③根据离子移动方向：阳离子移向极，阴离子移向极。

④根据电极反应类型：发生氧化反应的为极，发生还原反应的为极。

⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。【温馨提示】原电池电极反应式的书写方法1.遵循三个守恒（1）得失电子守恒：元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子，元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子。（2）电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等。（3）原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等。2.电极反应式的书写方法（1）负极反应式的书写①若负极材料本身被氧化，要考虑金属失去电子生成的阳离子是否与电解质溶液反应。a.金属电极失去电子生成的金属阳离子不与电解质溶液反应，负极反应式：M-ne-=Mn+。如锌、铜、稀硫酸构成的原电池，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+。b.金属电极失去电子生成的金属阳离子与电解质溶液反应，书写负极反应式时需将金属失电子的反应和金属阳离子与电解质溶液的反应叠加。如铅蓄电池的负极反应式为Pb-2e-+SO42-=PbSO4。②负极材料本身不参与反应，如燃料电池，在书写电极反应式时，要将燃料失电子的反应及其产物与电解质溶液的反应叠加。如以NaOH溶液为电解质溶液的氢燃料电池，负极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O。（2）正极反应式的书写首先要判断在正极发生还原反应的物质，然后再根据具体情况写出正极反应式。①若负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时，在正极上发生还原反应的物质是电解质溶液中的某种微粒。如锌、铜、稀硫酸构成的原电池，锌能与稀硫酸反应正极反应为2H++2e-=H2↑；若电解质溶液换为CuSO4溶液，则正极反应为Cu2++2e-=Cu。②若负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时,在正极上发生还原反应的物质一般是溶解在电解质溶液中的O2。如铁、铜、氢氧化钠构成的原电池，Fe与NaOH溶液不反应，正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。③若反应产物与电解质溶液反应，要写相应的叠加式。如铅蓄电池的正极反应为PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O。（3）电极总反应式的书写①直接根据原电池反应原理书写，如氢氧燃料电池，无论电解质溶液是酸性、碱性或中性，总反应方程式均为2H2+O2=2H2O。②“加和法”：总反应方程式=负极反应式+正极反应式。注意，只有电子转移数目相等时方可直接加和。3.书写电极反应的基本规则（1）两极得失电子数目相等。（2）电极反应式常用“=”表示，不用“→”表示。（3）电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；而有固体生成时，由于固体附着在电极上，不必加“↓”。（4）书写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H+、OH-或H2O。4.书写电极反应式的基本类型（1）题目给定原电池的装置图，未给总反应式。①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合电解质判断出还原产物和氧化产物③写出电极反应式，将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得总反应式。（2）题目中给出原电池的总反应式①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。（二）原电池原理的应用加快化学反应速率实验室用锌和稀硫酸反应制备氢气时，常用粗锌，产生氢气的速率更快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸构成，加快了锌与硫酸反应的速率比较金属的活泼性一般情况下，在原电池中，金属的活泼性比正极金属的活泼性强设计原电池首先将氧化还原反应分成两个半反应——氧化反应式、还原反应式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用于金属的防护将需要保护的金属连接另一的金属，要保护的金属作原电池的受到保护（三）化学电源名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用(放电之后不能充电)②电解质溶液为胶状，不流动①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复使用①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给(反应物不是储存在电池内部)，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等考点一放热反应与吸热反应【典型例题】【例1】下列反应属于放热反应的是A．C＋CO2eq\o(,\s\up7(高温))2CO B．2Al＋Fe2O3eq\o(,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3C．C＋H2Oeq\o(,\s\up7(高温))CO＋H2 D．CaCO3eq\o(,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑【即时演练】1．下列反应属于吸热反应的是A．氢气在空气中燃烧 B．盐酸与氢氧化钠溶液反应C．金属Zn与盐酸反应 D．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl固体混合反应2．下列变化中生成物的总能量大于反应物的总能量的是A．H＋HH—H B．H—ClH＋ClC．Mg＋2HClMgCl2＋H2↑ D．H2SO4＋2NaOHNa2SO4＋2H2O考点二有关反应热的图像【典型例题】【例2】（江苏省淮安市2024-2025学年普通高中学考模拟）下列过程中能量变化与如图一致的是A．干冰升华 B．工业合成氨 C．H+Cl→H-Cl D．浓硫酸稀释【即时演练】1．下列反应能量变化与右图一致的是A．金属钠与水的反应 B．盐酸与氢氧化钠的反应C．铝与氧化铁的铝热反应 D．碳酸钙分解2．（江苏省2025年普通高中学业水平合格性考试）制备CH3OH的反应为CO2+3H2CH3OH+H2O，正反应放出热量。下列说法正确的是A．使用催化剂能加快反应速率B．减小压强能加快反应速率C．题图表示正反应的能量变化D．一定条件下反应达平衡时，CO2能100%转化3．已知石墨和金刚石与氧气反应生成二氧化碳的能量变化图如下。下列说法正确的是

A．1mol石墨(s)比1mol金刚石(s)的能量高B．断开1mol石墨中的共价键吸收的能量小于断开1mol金刚石中的共价键吸收的能量C．由石墨制备金刚石的过程是物理变化D．这两个反应均为放热反应考点三原电池的工作原理【典型例题】【例3】（江苏省连云港市2024-2025学年普通高中学考模拟）某兴趣小组设计的水果电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的A．该装置能将电能转化为化学能 B．铜片作水果电池的负极C．锌片发生还原反应，有气泡冒出 D．电子由锌片经导线流向铜片【即时演练】1．下列装置中，能将化学能转化为电能的是ABCD2．某原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是A．石墨棒为正极 B．铁皮的质量反应前后不变C．硫酸反应前后不变 D．电子从石墨棒经导线流向铁片3．某学生用锌片、铜片、发光二极管、滤纸、导线等在玻璃片上制成如下图所示的原电池，当滤纸用醋酸溶液润湿时，二极管发光。下列有关该电池的说法正确的是A．电池工作时将电能转化成化学能 B．锌片为电池的正极C．外电路中电子由锌片经导线流向铜片 D．铜板上的电极反应：Cu2＋＋2e－Cu考点四化学电源【典型例题】【例4】（江苏省淮安市2024-2025学年普通高中学考模拟）锌——空气电池可用作电动车的动力电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是A．该装置将电能转变为化学能 B．石墨为正极，发生还原反应C．电流经外电路由Zn流向石墨 D．氧气在石墨电极上发生氧化反应【即时演练】1．采用铝—空气电池的新能源汽车一次性加注铝电极可行驶1600km，铝空气电池是由铝合金电极、空气电极、中性或碱性水溶液构成的。下列有关说法正确的是A．空气电极是负极B．电子由铝合金电极经电解质溶液流向空气电极C．负极的反应式：O2＋2H2O＋4e－4OH－D．电池工作时铝合金电极不断被消耗2．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是图Ⅰ水果电池图Ⅱ干电池图Ⅲ铅蓄电池图Ⅳ氢氧燃料电池A．图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出B．图Ⅱ所示干电池中锌作负极C．图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb-2e-＋=PbSO4D．图Ⅳ所示电池中正极反应为：3．（江苏省2024年普通高中学业水平合格性考试）某柔性电池的结构如图所示，其中作电池的负极，作正极。下列关于该电池工作时的说法不正确的是A．逐渐被消耗 B．失去电子C．离子通过电解质膜进行迁移 D．化学能转化为电能1．下列过程有热量放出的是A．断开氢气中的H—H键B．C与H2O(g)反应C．Ba(OH)2·8H2晶体与NH4Cl晶体反应D．Na与H2O反应2．已知：Mg＋2HClMgCl2＋H2↑，测得反应过程中溶液温度升高。下列说法中，不正确的是A．属于吸热反应B．属于氧化还原反应C．反应物的总能量高于生成物的总能量D．化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因3．下列化学反应过程中的能量变化符合如图的是A．CaO＋H2OCa(OH)2 B．Fe＋2HClFeCl2＋H2↑C．CaCO3eq\o(,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑ D．C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃),\s\do5())CO24．下列过程中能量变化与下图一致的是A．干冰升华 B．工业合成氨C．H＋Cl→H—Cl D．浓硫酸稀释5．下列图示变化为吸热反应的是A． B．C． D．6．汽车发动机工作会引发的反应，其能量变化如图所示。已知：断开中化学键需吸收能量，断开中化学键需吸收能量。下列说法错误的是A．该反应为吸热反应B．比更稳定C．形成中化学键需要放出能量D．具有的能量一定高于所具有的能量7．氢气在氯气中燃烧时发生反应：H2+Cl22HCl。下列关于该反应的说法中，正确的是A．属于吸热反应B．不属于氧化还原反应C．燃烧生成的HCl气体与空气中的水蒸气结合呈雾状D．燃烧时火焰为淡蓝色8．（江苏省连云港市2024-2025学年普通高中学考模拟）对于反应，下列说法正确的是A．维持反应进行需要提供能量B．上图可表示该反应的能量变化C．断开中的化学键需要吸收能量D．用甲醇作燃料能缓解温室效应9．反应H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃),\s\do5())2HCl的总能量变化如图所示。下列说法正确的是A．过程1释放能量 B．过程2吸收能量C．该反应是放热反应 D．过程1的能量变化大于过程210．仅用下列提供的各组物质不能组成原电池的是选项ABCD电极材料Cu、Cu锌片、石墨棒Al、AgCu、Fe电解质溶液稀稀硫酸溶液溶液11．某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系，下列说法正确的是A．只有装置Ⅰ中电流表指针偏转B．只有装置Ⅱ中电流表指针偏转C．两个装置中电流表指针都发生偏转D．两个装置中电流表指针都不发生偏转12．某原电池结构如下图所示，下列有关该原电池的说法正确的是A．电池总反应为Mg＋2H＋Mg2＋＋H2↑ B．镁棒发生还原反应C．电子从铜棒经外电路流向镁棒 D．铜棒为负极13．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。下列关于原电池和干电池的说法不正确的是A.两者正极材料不同

B.MnO2的放电产物可能是KMnO4

C.