考点17化学反应与能量原电池

考点17化学反应与能量原电池【学业要求】1.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。2.知道吸热反应和放热反应的含义。3.通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。4.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。5.通过简易原电池的实验，了解原电池的概念和原理，认识其能量转化形式。6.认识研制新型电池的重要性。【考点梳理】一、放热反应与吸热反应1．放热反应与吸热反应(1)放热反应：放出热量的化学反应，如燃烧反应、中和反应、活泼金属与水或酸、铝热反应、氧化钙与水反应等。(2)吸热反应：吸收热量的化学反应，如高温下煅烧石灰石、碳与二氧化碳、水蒸气等反应、氢氧化钡与氯化铵等。(1)镁与盐酸反应实验操作实验现象实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，该反应放出热量(2)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应实验操作实验现象实验结论刺激性气味气体产生b．用手摸烧杯底部有冰凉感觉c．用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部d．烧杯内反应物成糊状化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量(1)需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应(如炭的燃烧)，不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应（如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应）。(2)化学反应都伴随着物质与能量变化，有的放出能量，有的吸收能量。(3)化学反应中能量变化的原因宏观解释——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放出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吸收能量二、能源1.能源的分类形成条件利用历史性质一次能源常规能源可再生资源水能、风能、生物质能不可再生资源煤、石油、天然气等化石能源新能源可再生资源太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能、沼气不可再生资源核能二次能源（一次能源经过加工、转化得到的能源称为二次能源）电能（水电、火电、核电）、蒸汽、工业余热、酒精、汽油、焦炭等2.能源的利用(1)当前我国使用最多的能源：化石燃料，即煤、石油、天然气。(2)化石燃料需亟待解决的问题：(3)解决燃料燃烧存在问题的研究方向①研究化石燃料完全燃烧的条件和减少燃料燃烧产生的热量损耗的技术，研究提高燃料利用率的措施；②防止燃料燃烧造成的环境污染；③通过化学方法把石油、煤等化石燃料转化为清洁燃料；④开发太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、核能、等清洁、高效的新能源。三、原电池1．(1)概念：是将化学能直接转变为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。(2)原电池的工作原理原电池总反应式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。(3)能量转化过程：原电池在工作时，负极失电子，电子通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中形成电流，化学能转变为电能。2．原电池的构成条件(1)原电池反应必须是自发的氧化还原反应。(2)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。(3)两电极均插入电解质溶液中。(4)电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。【真题演练】例1．(2023·江苏合格考)下列属于可再生能源的是A.煤 B.石油 C.天然气 D.太阳能【答案】D【解析】【详解】A．煤是不可再生能源，A错误；B．石油是不可再生能源，B错误；C．天然气是不可再生能源，C错误；D．太阳能是可再生能源，D正确；故选D。例2．(2023·江苏合格考)氢是燃料电池的理想燃料。氢燃料电池的使用推动了氢气制取、储存和利用技术的不断创新。氨在燃料电池中与O2反应生成N2和H2O，氨易于储存，且泄漏时易被察觉，也是燃料电池的理想燃料。乙醇–水催化重整制氢的反应有CH3CH2OH(g)+3H2O(g)2CO2(g)+6H2(g)，正反应是吸热反应。下列有关该反应的说法正确的是A.反应物的总能量高于生成物的总能量B.反应的能量变化与化学键的断裂和形成有关C.断开H–O键放出能量D.达到化学平衡时，CH3CH2OH能完全转化为生成物【答案】B【解析】【详解】A．正反应是吸热反应，说明反应物的总能量低于生成物的总能量，A错误；B．化学键断裂需要吸收能量，化学键形成时放出能量，化学反应中吸收和放出的不相等，所以化学反应有能量的变化，因此反应的能量变化与化学键的断裂和形成有关，B正确；C．化学键断裂需要吸收能量，因此断开H–O键需要吸收能量，C错误；D．可逆反应不能进行完全，达到化学平衡时CH3CH2OH转化率达到最大限度，不能完全转化为生成物，D错误；故选B。例3．(2023·江苏合格考)氢是燃料电池的理想燃料。氢燃料电池的使用推动了氢气制取、储存和利用技术的不断创新。氨在燃料电池中与O2反应生成N2和H2O，氨易于储存，且泄漏时易被察觉，也是燃料电池的理想燃料。一种氢氧燃料电池的反应装置如图所示。下列说法正确的是A.电极a是正极B.电子经导线由电极b流入电极aC.该电池的总反应为2H2+O2=2H2OD.该装置可将电能转化为化学能【答案】C【解析】【详解】A．氢氧燃料电池中，H2在负极a上被氧化，O2在正极b上被还原，A错误；B．原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，即由a通过负载流向b，B错误；C．该电池总反应是2H2+O2=2H2O，C正确；D．该装置为原电池，该装置可将化学能转化为电能，D错误；故选C。例4．(2022·江苏合格考)某同学利用如图所示装置探究原电池原理。下列说法正确的是A.Zn电极是该电池的正极B.Cu电极表面产生的气体是H2C.电子经导线由Cu电极流入Zn电极D.该装置可将电能转化为化学能【答案】B【解析】【分析】，锌与硫酸自发发生氧化还原反应，故Zn为负极，Cu为正极，硫酸为电解质溶液；

【详解】A．根据分析，锌失电子为负极，A错误；B．电解质溶液中的氢离子移动到铜电极表面，生成氢气，B正确；C．负极失去电子，正极得电子，则Zn失电子，Cu得电子，C错误；D．该装置为原电池，由化学能转化为电能，D错误；故答案为：B。例5．(2021·江苏合格考)分解水获得H2的能量变化如图所示，下列说法正确的是A.分解水属于吸热反应 B.断开H—O键放出能量C.形成H—H键吸收能量 D.反应物的总能量大于生成物的总能量【答案】A【解析】A．从分解的能量变化图可知：反应物的总能量小于生成物的总能量，故分解水属于吸热反应，A正确；D错误；B．断开H—O键需要吸收能量，B错误；C．形成H—H键将释放能量，C错误；故答案为：A。例6．(2020·江苏合格考)下列过程需要吸收热量的是（）A.甲烷在空气中燃烧 B.稀释浓硫酸C.镁条与盐酸反应 D.冰融化成水【答案】D【解析】【详解】A、甲烷燃烧，属于物质的燃烧的类型，属于放热反应，故A错误；B、浓硫酸溶于水要放出大量的热量，故B错误；C、镁与稀盐酸反应，属于于放热的置换反应，故C错误；D、冰融化成水需要吸收热量，故D正确；故选：D。例7．(2021·江苏合格考)某兴趣小组模拟纸电池进行实验(如图)，有关说法正确的是

A.Zn为正极B.工作时Cu电极发生氧化反应C.工作时电子经外电路由Cu流向ZnD.工作一段时间后Cu电极质量增加【答案】D【解析】【分析】本题以课本中铜锌原电池的变式，由于Zn比Cu活泼，故Zn作负极，电极反应为：Zn2e=Zn2+，Cu作正极，CuSO4溶液作电解质溶液，故正极反应为：Cu2++2e=Cu，原电池中的电子是由负极经外电路导线流向正极，据此分析解题。A．由于Zn比Cu更或活泼，故Zn为负极，A错误；B．工作时Cu电极作正极，发生还原反应，电极反应为：Cu2++2e=Cu，B错误；C．工作时电子经外电路由负极Zn流向正极Cu，C错误；D．浸有硫酸铜溶液的滤纸，说明电解质溶液为硫酸铜溶液，工作时Cu2+在铜电极得电子生成Cu，电极反应为：Cu2++2e=Cu，工作一段时间后Cu电极质量增加，D正确；故答案为：D。例8．(2020·江苏合格考)某同学用如图所示装置探究原电池工作原理，并推出下列结论，其中不正确的是（）A.锌片不断溶解，说明Zn失去电子B.铜片上产生气泡，说明溶液中H＋在其表面得到电子C.电流计指针发生偏转，说明该装置将电能转换为化学能D.该装置中发生的总反应为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑【答案】C【解析】A.锌比铜活泼，锌做负极，锌片不断溶解，说明Zn失去电子，故A正确；B.氢离子是阳离子，向正极移动，铜片是正极，铜片上产生气泡，说明溶液中H＋在其表面得到电子，故B正确；C.电流计指针发生偏转，说明该装置将化学能转换为电能，故C错误；D.因为有锌，有硫酸，该装置中发生的总反应为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，故D正确；故选：C。【核心归纳】1．氢能的优点2．原电池正负极的判断方法【过关检测】1．（2023秋·江苏盐城·高二统考学业考试）先进的甲醇蒸气重整—变压吸附技术可得到高浓度CO2混合气、H2，化学反应原理是CH3OH+H2O→CO2+3H2，其能量变化如图所示。下列说法正确的是A．CH3OH转变成H2的过程是一个吸收能量的过程B．反应物的总能量小于生成物的总能量C．形成H—H键放出能量D．断开H—C键放出能量【答案】C【解析】A．图示能量变化趋势可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以CH3OH转变成H2的过程是一个放出热量的过程，A错误；B．反应物的总能量大于生成物的总能量，，B错误；C．化学键的形成需要释放能量，所以形成H—H键放出能量，C正确；D．化学键的断裂需要吸收能量，D错误；故选C。2．（2023·江苏连云港·高二统考学业考试）下列反应属于吸热反应的是A．甲烷在空气中燃烧 B．生石灰和水反应C．锌粒与稀硫酸反应 D．石灰石在高温下分解反应【答案】D【解析】A．甲烷燃烧是放热反应，故A错误；B．生石灰与水反应是放热反应，故B错误；C．锌粒与稀硫酸反应是放热反应，故C错误；D．石灰石高温分解是吸热反应，故D正确；故选：D。3．（2023·江苏南通·高二统考学业考试）用锌片、铜片、西红柿等材料可以制作如下图所示的西红柿电池。电池工作时，下列有关说法正确的是A．Zn片作正极 B．Cu片质量减少C．电子由Zn片经导线流向Cu片 D．实现了电能向化学能的转化【答案】C【分析】西红柿电池为原电池，活泼电极做负极，Zn比Cu活泼，Zn片作负极，Cu作正极，负极上Zn失去电子变为锌离子，Zn片质量减小。【解析】A．西红柿电池为原电池，活泼电极做负极，Zn比Cu活泼，Zn片作负极，故A错误；B．Cu片作正极，H+得到电子变为氢气，Cu片质量不变，故B错误；C．电子由负极经导线流向正极，则电子由Zn片经导线流向Cu片，故C正确；D．原电池是将化学能转化为电能的装置，故D错误；答案选C。4．（2023秋·江苏·高二校联考学业考试）下列装置可以构成原电池的是A． B． C． D．【答案】B【分析】原电池的构成条件是：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。【解析】A．蔗糖溶液不导电，无法形成闭合回路，故A错误；B．该装置有活泼性不同的两个电极，能形成闭合回路，且有自发的氧化还原反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，故B正确；C．该装置两个电极相同，不能形成原电池，故C错误；D．该装置没有形成闭合回路，故D错误；故选B。5．（2023秋·江苏南京·高二校联考学业考试）空间站是一种可以提供多名航天员巡防、长期工作和生活的载人航天器。空间站补充的一种方式是通过化学反应来生成。电解水可以生成和，其中可以直接供人类呼吸使用。在一定条件下与人类呼出的反应生成和，然后又可以电解产生。这样就可以形成一个循环的反应链。在人体内，与葡萄糖反应生成和的能量变化如图所示，下列说法正确的是A．该反应属于吸热反应 B．断开氧气中的化学键会放出能量C．形成键吸收能量 D．反应物的总能量大于生成物的总能量【答案】D【解析】A．从图中看出：反应物的能量高于生成物的能量，所以该反应是放热反应，故A错误；B．化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂和形成，断开氧气中的化学键会吸收能量，故B错误；C．化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂和形成，形成HO键放出能量，故C错误；D．该反应是一个放热反应，反应中反应物总能量大于生成物总能量，故D正确；故选D。6．（2023秋·江苏·高二学业考试）现代社会中人类的一切活动(从衣食住行到文化娱乐等)都离不开能量。下列反应属于吸热反应的是A．铝条与盐酸反应 B．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应C．乙醇在氧气中燃烧 D．氢氧化钠溶液与硫酸溶液反应【答案】B【解析】A．金属与酸或水的反应是放热反应，因此铝条与盐酸反应是放热反应，故A不符合题意；B．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应是吸热反应，故B符合题意；C．燃烧反应是放热反应，因此乙醇在氧气中燃烧是放热反应，故C不符合题意；D．酸碱中和反应是放热反应，氢氧化钠溶液与硫酸溶液反应是放热反应，故D不符合题意。综上所述，答案为B。7．（2023秋·江苏常州·高二江苏省前黄高级中学校考学业考试）关于如图所示的装置，下列说法正确的是A．锌片为正极 B．铜片质量逐渐减小C．电子由锌片通过导线流向铜片 D．H+在锌片表面被还原【答案】C【解析】根据图象可知，锌能与硫酸反应，锌失电子，化合价升高，作负极；铜极氢离子得电子，生成氢气，作正极。【解析】A．分析可知，锌片为负极，A说法错误；B．铜极，氢离子得电子，生成氢气，则铜片的质量不变，B说法错误；C．电子由负极经过导线流向正极，即由锌片通过导线流向铜片，C说法正确；D．分析可知，H+在铜片表面得电子，被还原，D说法错误；答案为C。8．（2023秋·江苏·高二校联考学业考试）已知反应：为放热反应。下列关于该反应的说法正确的是A．M的能量一定低于XB．Y的能量一定高于NC．该反应为放热反应，故常温下反应一定可以发生D．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量【答案】D【分析】X+Y=M+N为放热反应，说明反应物的能量高于生成物的总能量，即X和Y的总能量一定高于M和N的总能量。【解析】A．该反应为放热反应，说明反应物的能量高于生成物的总能量，不能说明M的能量一定低于X，故A错误；B．该反应为放热反应，说明反应物的能量高于生成物的总能量，不能说明Y的能量一定高于N，故B错误；C．放热反应常温下不一定发生，比如C的燃烧属于放热反应，通常下不反应，需加热或点燃后才反应，故C错误；D．根据分析，X和Y的总能量一定高于M和N的总能量，故D正确；故选D。9．（2023秋·江苏徐州·高二校联考学业考试）如图为番茄电池，下列说法正确的是A．铜电极是该电池的正极 B．一段时间后，锌片质量增大C．一段时间后，铜片质量增大 D．电子由铜通过导线流向锌【答案】A【分析】根据金属的活泼性知，锌作负极，铜作正极，负极上锌失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极，电流从正极沿导线流向负极。【解析】A．活泼金属锌作负极，则铜作正极，故A正确；B．锌作负极，锌失去电子，导致锌片质量会变小，故B错误；C．铜作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，所以铜片质量不变，故C错误；D．锌作负极，铜作正极，电流从铜沿导线流向锌，电子流向与电流相反，由锌通过导线流向铜，故D错误；故选A。10．（2023秋·江苏·高二统考学业考试）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．石墨为负极C．电子经外电路由Zn流向石墨D．氧气在石墨电极上发生氧化反应【答案】C【分析】该电池中Zn电极失电子做负极，空气中氧气得电子，石墨做正极。【解析】A．原电池是化学能转化为电能的装置，故A错误；B．空气中氧气得电子，石墨做正极，故B错误；C．电子经过导线由负极流向正极，故由Zn流向石墨，故C正确；D．空气中氧气得电子，发生还原反应，故D错误；故选C。11．（2023秋·江苏南京·高二校联考学业考试）火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极。放电时，下列说法正确的是A．负极上发生还原反应B．在正极上得电子C．工作时电子由碳纳米管经外电路流向金属钠D．将电能转化为化学能【答案】B【解析】A．原电池负极上发生氧化反应，A说法错误；B．由图可知，Na在负极失电子发生氧化反应，CO2在正极得电子被还原，B说法正确；C．电池工作时，电子从负极经外电路流向正极，因此工作时电子由金属钠经外电路流向碳纳米管，C说法错误；D．该装置是原电池，可将化学能转化为电能供火星探测器使用，D说法错误｡因此，本题正确选项为B｡12．（2023秋·江苏·高二学业考试）我国成功研制出新型“海水电池”。电池反应为。下列关于该电池的说法正确的是A．铝片作正极 B．海水作为电解质溶液C．电池工作时失去电子 D．电池工作时实现了电能向化学能的转化【答案】B【解析】A．由电池反应知铝元素化合价升高，发生氧化反应，故作电池负极，A错误；B．由题意信息知海水为该电池电解液，B正确；C．由电池反应知氧元素化合价降低，发生还原反应，故氧气得电子，C错误；D．原电池工作原理是将化学能转化为电能，D错误；故选B。13．（2023秋·江苏扬州·高二统考学业考试）锌铜原电池装置如图所示，下列说法正确的是A．是负极B．反应一段时间后，溶液颜色加深C．棒发生反应：D．该装置能实现电能向化学能的转化【答案】C【分析】锌铜原电池反应，Zn为负极，发生反应：Zn2e=Zn2+，铜为正极，发生反应Cu2++2e=Cu，原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，电流从正极流向负极。【解析】A．锌铜原电池反应，Zn为负极，发生氧化反应，故A错误；B．随着反应的进行，铜离子的浓度减小，溶液颜色变浅，故B错误；C．Zn为负极，发生反应：Zn2e=Zn2+，故C正确；D．该装置为原电池装置，能实现化学能向电能的转化，故D错误；故选：C。14．（2023秋·江苏扬州·高二统考学业考试）某反应的能量变化如图所示，下列说法正确的是A．反应物的总能量大于生成物总能量B．反应的C．该反应需加热才能发生D．该反应伴随着能量的吸收【答案】D【解析】由图可知，该反应是反应物的总能量小于生成物总能量的吸热反应，反应中伴随着能量的吸收，反应的焓变ΔH大于0，吸热反应不一定需要加热才能发生，故选D。15．（2023·江苏南京·高二南京师范大学附属扬子中学校考学业考试）某同学利用如图所示装置探究原电池原理。下列说法正确的是A．Zn电极是该电池的正极B．Cu电极表面产生的气体是H2C．电子经导线由Cu电极流入Zn电极D．该装置可将电能转化为化学能【答案】B【分析】，锌与硫酸自发发生氧化还原反应，故Zn为负极，Cu为正极，硫酸为电解质溶液；【解析】A．根据分析，锌失电子为负极，A错误；B．电解质溶液中的氢离子移动到铜电极表面，生成氢气，B正确；C．负极失去电子，正极得电子，则Zn失电子，Cu得电子，C错误；D．该装置为原电池，由化学能转化为电能，D错误；故答案为：B。16．（2023秋·江苏徐州·高二校联考学业考试）反应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2【答案】C【解析】A．根据图示，过程1断键，吸收能量，故A错误；

B．根据图示，过程2成键，释放能量，故B错误；C．根据图示，反应物总能量大于生成物总能量，该反应是放热反应，故C正确；D．根据图示，过程1吸收的能量小于过程2释放的能量，过程1的能量变化小于过程2，故D错误；选C。17．（2023秋·江苏镇江·高二校考学业考试）下列图示变化为吸热反应的是A． B．C． D．【答案】A【解析】A．反应物的总能量小于生成物的总能量，为吸热反应，A项符合题意；B．反应物N2+3H2的总能量大于生成物2NH3的总能量，为放热反应，B项不符合题意；C．浓硫酸溶于水放热，不是放热反应，C项不符合题意；D．锌粉与稀盐酸发生的置换反应属于放热反应，D项不符合题意；答案选A。18．（2023秋·江苏盐城·高二统考学业考试）某原电池的工作原理如图所示，总反应为Zn+2N=Zn2++2NH3