通用版版高中化学 第二章 化学反应与能量微型专题重点突破三学案 新人教版必修2.docx

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通用版版高中化学第二章化学反应与能量微型专题重点突破三学案新人教版必修2

第二章化学反应与能量

微型专题重点突破（三）

一、吸热反应与放热反应的判断

例1

　下列反应属于吸热反应的是（　　）

①二氧化碳与灼热的炭反应生成一氧化碳

②葡萄糖在人体内被氧化分解

③锌粒与稀H2SO4反应制取H2

④Ba（OH）2·8H2O固体与NH4Cl固体反应

⑤植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖

A．②④B．①⑤C．①③④⑤D．①④⑤

考点　化学反应中能量变化

题点　吸热反应与放热反应的判断

答案　D

解析　①二氧化碳与灼热的炭反应生成一氧化碳是吸热反应；②葡萄糖在人体内被氧化分解是放热反应；③锌粒与稀H2SO4反应制取H2是放热反应；④Ba（OH）2·8H2O固体与NH4Cl固体的反应是吸热反应；⑤植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是吸热反应。

放热反应和吸热反应的判断

（1）根据反应物和生成物的总能量大小判断

反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应。

（2）根据化学键断裂和形成时能量变化大小的关系推断

破坏反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应，反之为放热反应。

（3）根据经验规律判断

用常见吸热和放热的反应类型来判断。

（4）根据生成物和反应物的相对稳定性判断

由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应。

（5）根据反应条件判断

需要持续加热才能进行的反应是吸热反应。

反之，一般为放热反应。

变式1

　下列图示变化为吸热反应的是（　　）

答案　A

解析　A项中生成物的总能量高于反应物的总能量，只能通过吸收能量才能实现；B项则恰好相反；C项中浓硫酸溶于水放出热量，但此过程是物理变化，没有发生化学反应；D项是放热反应。

二、原电池正负极的判断

例2

　（2017·唐山期中）下列叙述中正确的是（　　）

A．原电池的负极得到电子，发生还原反应

B．原电池中较活泼的金属作正极

C．原电池中的电极一定是两种不同的金属

D．原电池中发生氧化反应的电极是负极

考点　原电池的基础知识与应用

题点　原电池正负极的判断及工作原理

答案　D

解析　原电池的负极失去电子，发生氧化反应，故A错误，D正确；在原电池中，一般是较活泼的金属作负极，故B错误；原电池的两个电极可以是两种不同的金属，也可以是金属和导电的非金属，故C错误。

原电池正、负极的判断

易错警示

原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。

变式2

　将用导线连接的电极X、Y插入装有硫酸铜溶液的烧杯中（外电路中电子流向如图所示）。

据此判断下列说法正确的是（　　）

A．外电路中电流方向为X→Y

B．若电极材料分别为锌片和铜片，则Y为锌片

C．X极上发生还原反应

D．若电极材料都是金属，则金属活动性：

X＞Y

答案　D

解析　A项，原电池中电子由负极经外电路流向正极，外电路中电流方向与电子流向相反，故电流方向为Y→外电路→X，错误；B项，若电极材料分别为锌片和铜片，则锌为负极，即X为锌片，错误；C项，X极是负极，发生氧化反应，错误；D项，若电极材料都是金属，则负极金属活动性大于正极，金属活动性：

X＞Y，正确。

三、原电池电极反应式的书写

例3

　高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。

高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。

请回答下列问题：

（1）放电时，正极发生________（填“氧化”或“还原”）反应，则正极反应式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）放电时，________（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。

考点　原电池的基础知识及应用

题点　电极反应式的书写

答案　

（1）还原　FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－　

（2）正

解析　根据高铁电池放电时总反应方程式可知，Zn为负极，负极电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，由电池的总反应方程式－负极反应式＝正极反应式可知，正极反应式为FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－，正极区生成OH－且消耗水，OH－浓度增大，故正极附近溶液的碱性增强。

原电池电极反应式的书写

变式3

（1）铝—空气燃料电池是一种新型的燃料电池，其工作原理如图所示，其中电解质溶液是KOH溶液，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

试完成下列问题：

①通入空气的电极是________（填“正”或“负”）极。

②Al电极是________（填“X”或“Y”）电极。

③电池总反应式为______________________________________________（写离子方程式）。

（2）航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和无污染等优点。

氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应式都为2H2＋O2===2H2O。

①酸式氢氧燃料电池的电解质溶液是稀硫酸，其负极反应式为2H2－4e－===4H＋，则其正极反应式为________________________________________________________________________

______________________。

②碱式氢氧燃料电池的电解质溶液是KOH溶液，则其负极反应式为_________________

_______________________________________________________。

答案　

（1）①正　②X　③4Al＋4OH－＋3O2===4AlO

＋2H2O

（2）①O2＋4H＋＋4e－===2H2O　②2H2＋4OH－－4e－===4H2O

解析　

（1）该燃料电池中Al失电子作负极，O2得电子，则通入空气的电极作正极；电子由X电极流向Y电极，所以X电极为Al，作负极，Y电极为通入空气的电极，作正极，电池总反应式为4Al＋4OH－＋3O2===4AlO

＋2H2O。

（2）①两电极的反应式相加即得电池总反应式，因此，用电池总反应式减去某一电池的反应式，即得另一电极的反应式，故酸式氢氧燃料电池的正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

②碱式氢氧燃料电池的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。

四、原电池的设计

例4

　铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：

________________________________________________________________________。

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式：

负极反应：

_________________________________________________________

________________________________________________________________________；

正极反应：

________________________________________________________。

考点　原电池的基础知识及应用

题点　原电池的设计

答案　

（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（2）装置如图所示：

Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

解析　该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：

氧化反应（负极反应）：

Cu－2e－===Cu2＋。

还原反应（正极反应）：

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。

故Cu作负极，活动性比Cu差的材料作正极，如Ag、C等，FeCl3溶液作电解质溶液。

原电池的设计方法

（1）定：

确定一个能够自发进行的氧化还原反应。

（2）拆：

将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应，还原剂－ne－===氧化产物（负极电极反应）；氧化剂＋ne－===还原产物（正极电极反应）。

（3）找：

根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。

（4）画：

连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。

变式4

　依据氧化还原反应2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．电极X的材料是Cu

B．电解质溶液Y是CuSO4溶液

C．电子从X电极经导线流向Ag电极

D．Ag电极为电池的正极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag

答案　B

解析　根据总反应式可知铜失去电子，溶液中的银离子得到电子，铜是负极，银是正极，则电极X的材料是Cu，A项正确；溶液中的银离子得到电子，电解质溶液Y是硝酸银溶液，B项错误；负极失去电子，则电子从X电极经导线流向Ag电极，C项正确；根据以上分析可知Ag电极为电池的正极，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，D项正确。

五、新情境下原电池原理的多角度考查

例5

　（2017·北京朝阳区高一月考）Mg—H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。

该电池以海水为电解质溶液，示意图如图所示。

该电池工作时，下列说法正确的是（　　）

A．Mg电极是该电池的正极

B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应

C．石墨电极附近溶液的pH增大

D．溶液中Cl－向正极移动

考点　原电池的基础知识与应用

题点　新情境下原电池原理的多角度考查

答案　C

解析　Mg—H2O2电池，活泼金属（Mg）作负极，发生氧化反应：

Mg－2e－===Mg2＋，H2O2在正极（石墨电极）发生还原反应：

H2O2＋2e－===2OH－（由于电解质为中性溶液，则生成OH－），A项、B项错误，C项正确。

由于负极阳离子（Mg2＋）增多，则Cl－向负极移动平衡电荷，D错误。

（1）根据原电池原理判断电池的正、负极及电子（或电流）流动方向。

（2）分别书写正、负极电极反应式并分析两极可能产生的现象。

（3）根据电极反应式判断电解质溶液的pH变化和离子迁移方向。

变式5

　一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。

下列说法错误的是（　　）

A．电池的正极反应为H2O2＋2e－===2OH－

B．电池放电时Na＋从a极区移向b极区

C．电子从电极b经外电路流向电极a

D．b极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用

答案　C

解析　A项，正极发生反应：

H2O2＋2e－===2OH－，正确；B项，放电时为原电池，阳离子移向正极，电极b为正极，正确；C项，电子由负极经外电路流向正极，应该由电极a流向电极b，错误；D项，产生的氢氧化钠溶液可以循环使用，正确。

1．（2018·济南一中期中）化学能可与热能、电能等相互转化。

下列表述不正确的是（　　）

A．有能量变化是化学反应的基本特征之一

B．图Ⅰ所示的装置能将化学能转变为电能

C．图Ⅱ所示的反应为放热反应

D．化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成

答案　B

解析　化学反应过程中，除了有新物质生成，一定伴随能量的变化，所以有能量变化是化学反应的基本特征之一，A项正确；图Ⅰ所示的装置不能形成闭合回路，不能构成原电池，化学能不能转变为电能，B项错误；根据图像知，反应物总能量大于生成物总能量，则该反应是放热反应，C项正确；化学反应总是伴随着能量变化，断键需要吸收能量，成键放出能量，所以化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成，D项正确。

2．（2018·天一大联考三）已知反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）中，每生成2molHI时会有akJ的能量放出，又知有关化学键键能如下：

下列说法正确的是（　　）

A．1molH2的能量比2molH的能量高

B．将0.5molH2与1molI2（g）混合充分反应后放出的热量为0.5akJ

C．H—I键的键能为0.5（a＋b＋c）kJ·mol－1

D．H＋I―→HI是吸热变化

答案　C

解析　断开化学键需要吸热，即H2―→H＋H为吸热过程，则1molH2的能量比2molH的能量低，故A项错误；根据题意，生成2molHI时会有akJ的能量放出，将0.5molH2与1molI2（g）混合充分反应后生成的HI少于0.5mol，放出的热量少于0.5akJ，故B项错误；反应放出的热量＝放出的热量－吸收的热量＝H—I键的键能×2－bkJ·mol－1－ckJ·mol－1＝akJ·mol－1，则H—I键的键能为0.5（a＋b＋c）kJ·mol－1，故C项正确；H＋I―→HI形成化学键是放热过程，故D项错误。

3．（2018·阜阳期中）已知H＋＋OH－===H2O生成1molH2O放出热量57.3kJ，下列反应中符合该特点的是（　　）

A．1mol稀硫酸与足量稀NaOH溶液反应

B．稀盐酸与氨水反应生成1molH2O

C．稀盐酸与稀Ba（OH）2溶液反应生成1mol水

D．稀NaOH与95%浓硫酸反应生成1mol水

答案　C

解析　本题要明确中和热的概念，中和热是指在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1mol水所放出的热量。

强酸与强碱在稀溶液中反应生成1mol水均放出57.3kJ的热量。

A中放出热量应为2×57.3kJ；B中放出热量（即中和热）应略小于57.3kJ，因弱酸、弱碱在水中电离要吸收一部分热量，故多数强酸与弱碱，弱酸与强碱的中和反应热值小于57.3kJ·mol－1；D中浓硫酸稀释要放热。

4．（2018·宿迁期中）原电池装置中X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是（　　）

A．外电路的电流方向：

X→外电路→Y

B．若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为Zn

C．若两电极都是金属，则它们的活泼性为X＞Y

D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

答案　C

解析　电流的方向是正电荷的移动方向，所以外电路的电流方向：

Y→外电路→X，A项错误；若两电极分别为Zn和碳棒，由于活动性：

Zn＞C，则X为Zn，Y是碳棒，B项错误；若两电极都是金属，根据原电池的构成条件，活动性强的失去电子，作负极，则它们的活动性：

X＞Y，C项正确；X极失去电子，发生氧化反应，Y极上获得电子，发生的是还原反应，D项错误。

5．（2018·新疆建设兵团二中期中）电动自行车由于灵活、快捷、方便，已成为上班族的主要代步工具，其电源常采用铅蓄电池。

反应原理：

Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）

2PbSO4（s）＋2H2O（l）。

根据此反应判断下列叙述错误的是（　　）

A．放电时负极反应：

Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s）

B．充电时电能转化为化学能

C．放电时，电解液的密度增大

D．充电时，电解液的pH减小

答案　C

解析　根据总反应式可知放电时负极铅发生失去电子的氧化反应，反应为Pb（s）＋SO

（aq）－2e－===PbSO4（s），A项正确；充电时电能转化为化学能，B项正确；放电时消耗硫酸，生成难溶性硫酸铅和水，电解液的密度减小，C项错误；充电时生成硫酸，氢离子浓度增大，电解液的pH减小，D项正确。

6．（2018·哈六中期中）有关电化学知识的描述正确的是（　　）

A．CaO＋H2O===Ca（OH）2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能

B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中一定是银作正极

C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁作负极、铜作正极

D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

答案　D

解析　所给反应不是氧化还原反应，没有电子转移，虽然为放热反应，但不能将该反应设计成原电池，A项错误；根据所给反应，负极材料应该是Cu，但正极材料可以用Ag，也可以用碳棒等惰性电极，B项错误；当铁和铜作为电极放入浓硝酸中时，铁因钝化瞬间停止反应，而铜可持续被浓硝酸溶解，所以铜是负极，C项错误。

7．（2017·江苏启东中学高一月考）下列四组原电池，其中放电后电解质溶液质量增加，且在正极有单质生成的是（　　）

A．Cu、Ag、AgNO3溶液B．Zn、Cu、浓H2SO4

C．Fe、Zn、CuSO4溶液D．Fe、C、Fe2（SO4）3溶液

答案　C

解析　电池反应式为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，溶液质量减少，正极有单质Ag生成，A不符合题意；Zn与浓硫酸反应没有单质生成，B不符合题意；电池反应式为Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，溶液质量增加，正极有单质铜生成，C符合题意；电池反应式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，溶液质量增加，但正极没有单质生成，D不符合题意。

8．某种燃料电池的工作原理示意图如图所示，a、b均为惰性电极。

（1）使用时，空气从________（填“A”或“B”）口通入。

（2）假设使用的“燃料”是甲醇（CH3OH），总反应式为2CH3OH＋4OH－＋3O2===2CO

＋6H2O，则A口通入的气体为______________（填名称）。

（3）b极反应式为___________________________________________________。

（4）当电路中通过0.3mol电子时，消耗甲醇的质量为______g。

答案　

（1）B　

（2）甲醇　（3）O2＋4e－＋2H2O===4OH－　（4）1.6

解析　由电子流动方向可知a为负极，b为正极，空气应从B口通入，甲醇从A口通入。

[对点训练]

题组一　化学反应中的能量变化

1．（2017·连云港高一检测）下列反应或过程中能量的变化符合图像的是（　　）

A．H＋H―→H—H

B．2NH4Cl＋Ba（OH）2·8H2O===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O

C．Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑

D．H2SO4＋2KOH===K2SO4＋2H2O

考点　化学反应中的能量变化

题点　化学反应中能量变化的图像分析

答案　B

解析　根据图像，生成物的总能量大于反应物的总能量，说明反应是吸热反应或过程。

A项，形成化学键的过程中会放出能量，错误；B项，属于铵盐和碱的反应，是吸热反应，正确；C项，属于金属与酸的反应，是放热反应，错误；D项，属于酸碱中和反应，是放热反应，错误。

2．（2017·桂林中学高一下期中）下列变化过程，能放出热量的过程有（　　）

①液态水变成水蒸气　②酸碱中和反应　③浓硫酸稀释　④固体氢氧化钠溶于水　⑤H2在Cl2中燃烧　⑥灼热的炭与CO2的反应　⑦NH4Cl晶体与Ba（OH）2·8H2O混合搅拌

A．2个B．3个C．4个D．5个

考点　化学反应中的能量变化

题点　吸热反应和放热反应的判断

答案　C

解析　①液态水变成水蒸气需要吸热；②酸碱中和反应放热；③浓硫酸稀释过程放热；④固体氢氧化钠溶于水放热；⑤H2在Cl2中燃烧放热；⑥灼热的炭与CO2的反应吸热；⑦NH4Cl晶体与Ba（OH）2·8H2O混合搅拌吸热。

C项正确。

3．生产液晶显示器的过程中使用的化学清洗剂NF3是一种温室气体，其储存能量的能力是CO2的12000～20000倍，在大气中的寿命可长达740年之久，已知键能是指断开1mol化学键变为气态原子时所放出的能量，以下是几种化学键的键能：

化学键

N≡N

F—F

N—F

键能/kJ·mol－1

941.7

154.8

283.0

下列说法中正确的是（　　）

A．过程N2（g）―→2N（g）放出能量

B．过程N（g）＋3F（g）―→NF3（g）放出能量

C．反应N2（g）＋3F2（g）===2NF3（g）是吸热反应

D．NF3吸收能量后如果没有化学键的断裂与形成，仍可能发生化学反应

考点　化学反应中的能量变化

题点　化学反应中能量变化的简单计算

答案　B

解析　A项，由N2（g）―→2N（g）破坏化学键需吸收能量；B项，N（g）＋3F（g）―→NF3（g）是形成化学键，放出能量；C项，ΔH＝（941.7＋154.8×3－283.0×6）kJ·mol－1＝－291.9kJ·mol－1；D项，化学反应的实质是化学键的断裂和形成。

4．（2018·银川一中期中）下列说法正确的是（　　）

A．凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应

B．C（石墨，s）===C（金刚石，s），反应中既没有电子的得失也没有能量的变化

C．干冰升华时，二氧化碳分子中的共价键不发生断裂

D．伴有能量变化的物质变化，都是化学变化

考点　化学反应中的能量变化

题点　化学反应中能量变化的相关综合

答案　C

解析　经加热而发生的化学反应不一定是吸热反应，反应是否吸热与反应条件无关，A项不正确；C（石墨，s）===C（金刚石，s），反应中没有电子的得失，但是有能量的变化，既不放热也不吸热的化学反应是不存在的，B项不正确；干冰升华时，只发生了物理变化，改变的是分子间的距离，二氧化碳分子中的共价键不发生断裂，C项正确；伴有能量变化的物质变化，不一定都是化学变化，如水蒸气变为液态水要放出热量，D项不正确。

题组二　原电池的基础知识及应用

5．（2018·枣庄市下学期期中）如图是以稀硫酸为电解质溶液的原电池装置，下列叙述正确的是（　　）

A．锌片上有气泡产生

B．锌片为负极，铜片发生氧化反应

C．电解质溶液中的H＋向铜极移动

D．电子流动方向：

锌极→导线→铜极→电解质溶液→锌极

考点　原电池的基础知识与应用

题点　原电池的判断与工作原理

答案　C

解析　锌比铜活泼、形成原电池反应时，锌为负极，发生氧化反应，电极方程式为Zn－2e－===Zn2＋，铜为正极，发生还原反应，电极方程式为2H＋＋2e－===H2↑，由此可以知道，电子由负极经外电路流向正极，电子不能进入电解质溶液中；原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；综上所述，只有C项正确。

6．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（　　）

A．两个装置都构成了原电池

B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池

C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生

D．产生气泡的速率甲比乙慢

考点　原电池的基础知识与应用

题点　原电池的判断与工作原理

答案　B

解析　甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。

乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合电路。

构成原电池后生成氢气的速率加快。

7．把金属A放入盐B（NO3）2的溶液中，发生反应A＋B2＋===A2＋＋B，以下叙述正确的是（　　）

A．常温下金属A一定能与水反应，B一定不能与水