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第六章 化学反应与能量
专题08 化学反应与能量（实验14~实验16）
实验14
化学能与热能
实验15
原电池的工作原理与应用
实验16
化学反应速率的影响因素
实验14 化学能与热能
化学能与热能的实验探究
实验
操作
试管中加入2 mL 2 mol·L－1盐酸，并用
温度计测量其温度，再向试管中放入打
磨过的镁条
将20 g Ba(OH)2·8H2O 晶体研细后与10 g NH4Cl 晶
体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木
片上。用玻璃棒快速搅拌，玻璃片盖上烧杯
实验
现象
镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计的
示数升高
有刺激性气味气体产生，用手触摸杯壁下部，烧杯
壁__变凉__，试着用手拿起烧杯，__木片黏在烧杯
上__
实验
结论
该反应放出热量
该反应吸收热量
4
化学反应发生时伴有__热量的释放和吸收__
一．放热反应与吸热反应的理解
【问题探究】
1．做实验时，吸热反应和放热反应都用到酒精灯，怎样判断该反应是吸热反应还是放热反应？放热反应
加热的目的是什么？
持续用酒精灯加热，撤掉酒精灯反应就停止的反应是吸热反应；开始用酒精灯加热，反应开始后，撤去酒
精灯仍能继续反应的是放热反应。放热反应加热的目的一般是引发反应或加快反应速率。
2．放热反应一定容易发生，吸热反应一定难发生吗？
不一定。反应放热和吸热与反应的条件无关，有些放热反应必须加热才能发生，如木炭的燃烧；而有些吸
热反应常温下就能发生，如Ba(OH)2·8H2O 与NH4Cl 的反应。
【典例1】下列实验现象或图像信息不能说明相应的化学反应是放热反应的是
1
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A．反应物总能量大于生成物总能量
B．反应开始后，甲处液面低于乙处液面
C．反应开始后，针筒活塞向右移动
D．反应开始后，饱和石灰水变浑浊
【典例2】某实验小组同学进行如图1 实验，以检验化学反应中的能量变化。
请回答下列问题：
(1)实验中发现，反应后①中的温度升高；②中的温度降低。由此判断铝条与盐酸的反应是__热反应，
Ba(OH)2·8H2O 与NH4Cl 的反应是_热反应。反应过程_(填“①”或“②”)的能量变化可用图2 表示。
(2)一定量的氢气在氧气中充分燃烧并放出热量。若生成气态水放出的热量为Q1；生成液态水放出的热量为
Q2，那么Q1_______Q2(填“大于”“小于”或“等于”)。
1．某化学兴趣小组选用如图所示装置进行实验(实验前U 形管里液面左右相平)，U 形管中液面发生如图所
示变化，试管里加入的物质可能是
A．生石灰和水
B．硫酸和氢氧化钠
C．镁条和盐酸
D．盐酸和碳酸氢钠
2．为了研究化学反应A＋B＝C＋D
能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。当向盛有A 的试管中
滴加试剂B 时，看到U 形管中甲处液面下降乙处液面上升。试回答下列问题：
2
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（1）该反应为_______(填“放热”或“吸热”)反应。
（2）A 和B 的总能量比C 和D 的总能量_______(填“高”或“低”)。
（3）物质中的__________能通过化学反应转化成_______能释放出来。
（4）反应物化学键断裂吸收的能量_______(填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。
3．小茗同学所在的化学兴趣小组为了探究化学反应的热效应，进行了如下实验：
（1）将纯固体物质X 分别装入有水的锥形瓶里(发生化学反应)，立即塞紧带U 形管的塞子，发现U 形管
内红墨水的液面高度如图所示。
①若如图1 所示，发生的反应(假设没有气体生成)是_______(填“放热”或“吸热”)反应，X 可以是
_______(填化学式，只填一种即可)。
②若如图2 所示，发生的反应(假设没有气体生成)是_______(填“放热”或“吸热”)反应，以下选项中与
其能量变化相同的是_______(填字母)。
A．CO 还原CuO 的反应
B．CaCO3的分解反应
C．Al 和Fe2O3的反应
（2）如图3 所示，把试管放入盛有25℃饱和澄清石灰水的烧杯中，试管中开始放几小块铝片，再滴入5
mL NaOH 溶液。试回答下列问题：
图3
实验中观察到的现象是：大试管中铝片逐渐溶解、有大量气泡产生、烧杯中澄清的石灰水变浑浊，其中
“石灰水变浑浊”的主要原因是_________________________________________。
实验15 原电池的工作原理与应用
3
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一、原电池的工作原理
实验装置
实验现象
实验结论
__锌片上有气泡，铜片上无气泡__
锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反
应
__锌片上无气泡，铜片上有气泡__
产生H2(还原反应)的位置发生了改变
锌片上无气泡，铜片上有气泡，电
流表指针偏转
该装置将__化学能__转化为__电能
__
(1)原电池的电极
负极： 发生氧化反应，电子流出（流向正极）的一极
正极： 发生还原反应，电子流入（来自负极）的一极
(2)原电池的原理：
原电池中电子的流动方向是从 负 极到 正 极；电流方向是从 正 极到 负 极。
根据铜锌原电池，填写下表：
电极
电极材料
电极反应
反应类型
得失电子的粒子
电子流动方向
负极
Zn
Zn-2e-=Zn2+
氧化反应
Zn
电子流出
正极
Cu
2H++2e-=H2↑
还原反应
H+
电子流入
总反应：________Zn+2H
+ =Zn
2+ +H
2↑___________
(3)组成原电池的条件：
① 自发进行的氧化还原反应
② 活泼性不同的两个电极
③ 闭合回路
④ 电解质溶液（熔融电解质）
4
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原电池原理的应用
【问题探究】
1．在原电池中，负极材料的金属性一定大于正极材料吗？
一般原电池中负极材料的金属性大于正极材料，在特殊情况下也有特例，如Al－Mg－NaOH 原电池中，Al
在强碱性溶液中比Mg 更易失电子，Al 作负极，Mg 作正极。
2．如何利用Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag 设计原电池？
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)：2Ag＋＋2e－===2Ag。故Cu 作负极，活泼性比Cu 差的材料作正极，如Ag、C 等，AgNO3溶液作电解
质溶液。如图。
【知识归纳总结】
1．加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。
—
|
—
2．比较金属活泼性强弱：
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
—
|
—
3．用于金属保护
将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
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。
步骤
实例
将反应拆分
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
5
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为电极反应
正极反应
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
【典例1】（2022·浙江嘉兴·高一期末）某化学兴趣小组为了探索电极在原电池中的作用，设计并进行了以
下一系列实验，实验结果记录如下：
实验编
号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
指向铝
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向铜
3
A1、石墨
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
NaOH 溶液
偏向镁
根据上表中记录的实验现象，下列说法不正确的是A．实验1 中铝电极上发生还原反应
B．实验2 中电子从铝片经导线流向铜片
C．实验2 和3 都是A1 做负极，实验1 和4 都是Al 做正极
D．实验3 正极的电极反应为2H＋＋
=H2↑
【典例2】有A、B、C、D 四种金属。将A 与B 用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B 为正极。将A、
D 分别投入等浓度盐酸中，D 比A 反应剧烈。将铜浸入B 的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入C 的盐
溶液里，有金属C 析出。据此判断它们的活泼性由强到弱的顺序是
A．D＞A＞B＞C
B．B＞A＞D＞C
C．D＞B＞A＞C
D．D＞A＞C＞B
【典例3】有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，
但甲同学将电极放入
的
溶液中，乙同学将电极放入
的
溶液中，如图所示：
6
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(1)甲中
移向_______极(填“
”或“
”，下同)。
(2)乙中负极为_______________，写出总反应的离子方程式_______________________________________。
(3)若甲、乙两池中负极质量的减少量相等，则两池产生氢气的物质的量之比为_______________。
(4)通过该实验得出的下列结论正确的有_______(填字母)。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了
D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此具体问题应具体分析
(5)若将甲中镁片换成碳棒，电解质溶液换为
溶液，则负极反应式为_______________________，正
极的现象为_______________________________________。
1．某同学设计了下图所示两个实验装置(图I､图II 中除连接的铜棒不同外，其他均相同)，有关说法正确的
是
A．图I 中温度计的示数高于图II 的示数
B．图I 和图II 中温度计的示数相等，且均高于室温
C．图I 中锌棒溶解的速率比图II 的快
D．图I 和图II 的气泡均产生于锌棒表面
2．某化学兴趣小组为了探索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
下：
实验编
号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
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1
Mg、Al
稀盐酸
指向铝
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向铜
3
A1、石墨
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
NaOH 溶液
偏向镁
根据上表中记录的实验现象，下列说法不正确的是
A．实验1 中铝电极上发生还原反应
B．实验2 中电子从铝片经导线流向铜片
C．实验2 和3 都是A1 做负极，实验1 和4 都是Al 做正极
D．实验3 正极的电极反应为2H＋＋2e－＝H2↑
3．如图，在烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，下列说法正确的是
A．若X、Y 分别为铁棒、石墨棒，烧杯中为FeCl3溶液，则Y 电极质量增加
B．若X、Y 分别为铁棒、碳棒，烧杯中为稀硫酸，则铁棒上的电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑
C．若以铝棒、铜棒为电极材料，烧杯中为浓硝酸，则铜棒逐渐溶解
D．若两电极都是金属，烧杯中为稀盐酸，则金属活动性顺序：Y＞X
4．现有a、b、c、d 四个金属电极，用导线两两相连组成原电池。①a、b 相连插入硫酸铜溶液中后，b 极
变粗；②a、d 相连插入稀硫酸中后，外电路电流从a 流向d；③b、c 相连插入稀硫酸中后，c 极上有气泡
产生；④c、d 相连插入稀硫酸中后，d 极溶解。则下列说法正确的是
A．由①和④可推出金属活动性：Cu＞c
B．由②和③可推出金属活动性：d＞c
C．由①②③可推出金属活动性：d＞a＞b＞c
D．由①②④可推出金属活动性：a＞b＞d＞c
5．现用如图所示装置来测定某原电池工作时在一段时间内通过导线的电子的物质的量。量筒的规格为1
000 mL，电极材料是镁片和铝片。下列有关说法正确的是
8
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A．b 电极材料是镁片
B．电流经a 流向b
C．若用NaOH 溶液代替稀硫酸，溶液中的OH－移向铝片一极
D．当量筒中收集到672 mL 气体时，通过导线的电子的物质的量为0.06 mol
6．总电能在生产、生活中起着十分重要的作用。某学习小组的同学利用已经学习的氧化还原反应知识与
电流的产生进行探究。
（1）（发思考）氧化还原反应的发生的本质是___。
（2）（提出问题）可否让氧化还原反应中某些带电粒子的移动产生电流？
（查阅资料）
①导线中的电流足由于电子的定向移动产生的。
2019
②
版人教版化学教材必修二P36 有下描述：
利用反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑(用单线桥分析此反应并标出电子转移方向和数目__)。通过如图1 特定装置
使氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，可以使电子通过导体发生定向移动，形成电流。
（3）如图1 所示，插入稀硫酸的锌片和铜片用导线连接时，由于锌比锅活泼，与稀硫酸作用容易失去电
子，被氧化成锌离子而进入溶液；锌片区域：(氧化反应)Zn-2e-=Zn2+；电子由锌片通过导线流向铜片，溶
液中的氢离子从铜片获得电子，被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出：铜片区域；(还原反
应)__。
（4）（实验探究）利用铁和硫酸铜溶液的反应(Fe+CuSO4=FeSO4+Cu)产生电流。
第一步：按图2 装置组成实验装置，用导线将铜片与电流表红色接线柱相连接，用导线将___片与电流表黑
色接线柱相连接；
第二步：向烧杯中加入硫酸铜溶液；
第三步：观察到电流表指针偏转，___片逐渐溶解，溶液由蓝色逐渐变为___色。
（5）（交流反思）两个金属片区域发生的反应式分别为：(氧化反应)：___，(还原反应)：___。
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实验16 化学反应速率的影响因素
影响化学反应速率的因素
1.内因（主要因素）
化学反应速率的大小主要是由 物质本身的性质 决定的，即反应物的分子结构或原子结构决定的。
2.外界条件的影响（次要因素）
①催化剂的影响：
实验操作
实验现象
加入
FeCl
3 溶液产生气泡的速率明显加快
实验结论
催化剂可以加快反应速率
②温度的影响：
实验操作
实验现象
浸在热水里的试管中产生气泡的速率明显快于浸在冷水中的试管
实验结论
温度越高速率越快
③浓度的影响：
10
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实验操作
实验现象
不加水的试管中产生气泡的速率更快
实验结论
浓度越大反应速率越快
压强：对于有 气体 参加的反应，当其他条件不变时，增大气体的压强（ 缩小容器体积 ），可以 加
快 化学反应速率；减小气体压强（ 增大容器体积 ），可以 减慢 化学反应速率 。
化学反应速率的影响因素
【问题探究】
1．实验室常用30%左右的硫酸与足量的锌粒反应制取H2，当反应一段时间后，气泡变得稀少了，如果添
加一些适当浓度的硫酸溶液到反应容器中，气泡又会重新增多起来，原因是什么？
反应的离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。c(H＋)的大小影响着该反应的反应速率。气泡变稀少了，是
因为c(H＋)减小了，反应速率减慢。添加一些适当浓度的硫酸溶液，由于溶液中c(H＋)又迅速增大，因而反
应速率加快，产生气泡的速率又加快了。
2．在恒压条件下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，向容器中通入氦气，化学反应速率如何变化？
减小。总压强不变，通入氦气体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减小。
3．在恒容条件下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，向容器中通入氦气，化学反应速率如何变化？
不变。容器体积不变，通入氦气，反应物的浓度不变，反应速率不变。
【典例1】为了探究影响锌与盐酸反剧烈程度的因素，某学习小组设计了下列实验：
实验①(常温下)
实验②(常温下)
实验③
11
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下列说法正确的是
A．对比实验①和②，可研究盐酸的浓度对反应剧列程度的影响
B．对比实验②和③，可研究盐酸的浓度对反应剧烈程度的影响
C．对比实验②和③，可研究温度对反应剧烈程度的影响
D．对比实验①和②，可研究温度对反应剧烈程度的影响
【典例2】（2023·日照一模）下列实验能达到相应实验目的的是
A．在铁制品上镀致
密铜镀层
B．探究浓度对反应速
率的影响
C．验证乙烯具有还原性
D．制备FeSO4固体
1．某小组设计如图所示实验探究影响H2O2分解速率的因素。下列分析错误的是
A．该实验探究的是温度对反应速率的影响
B．该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同
C．实验中，H2O2的浓度越大越好
D．温度相同时，若用FeCl3代替MnO2，反应速率不相同
2．某研究性学习小组利用
溶液和酸性
，溶液反应来探究“外界条件改变对化学反应速率
的影响”，实验内容与结果如下表所示：
12
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实验序
号
实验温
度/K
参加反应的物质
溶液颜色褪至无色所需时
间/s
酸性
溶液
溶液
V/mL
V/mL
V/mL
1
293
1
0.02
3
0.1
0
2
1
0.02
2
0.1
8
3
313
1
0.02
0.1
1
下列说法错误的是A．
、
、
B．若
，说明增加反应物浓度可提高反应速率
C．实验2、3 的目的是探究温度对反应速率的影响
D．实验2 中反应开始至结束时间段内
3．（2023·山东潍坊·统考一模）下列实验方法或操作，可以达到实验目的的是
标号
实验目的
实验方法或操作
A
测定中和反应的反应热
酸碱中和滴定的同时，用温度传感器采集锥形瓶内溶液的温度
B
探究浓度对化学反应速率的
影响
量取相同体积、不同浓度的HCl 溶液，分别与等质量的大理石发生
反应，对比现象
C
探究室温下
的电离
程度
用pH 计测量室温下0.1 mol·L⁻¹ 氨水的pH
D
通过官能团的检验，鉴别乙
醇和乙醛
取两种待测液体于两支洁净的试管中，加入新制氢氧化铜悬浊液，
加热至沸腾，观察现象
4．（2023·湖南长沙·高三湖南师大附中校考阶段练习）某小组探究
和
竞色反应。
【查阅资料】①硫单质微溶于乙醇，难溶于水；
FeS
②
、
均为黑色固体，难溶于水；
③
，
为无色离子。
【设计实验】
序号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
操作
在1 mL 0.1
在1.5 mL 0.1
在2 mL 1
NaF 溶液中加入0.5
13
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溶液中加入1 mL 0.1
溶液
溶液中加入0.5 mL
0.1
溶液
mL 0.1
溶液，得无色溶
液，再加入1.5 mL 0.1
溶液
现象
迅速产生黑色沉淀X，振
荡，黑色沉淀溶解，放出臭
鸡蛋气味气体，最终得到棕
黄色浊液Y
产生棕黑色沉淀Z
产生黑色沉淀W
结论
分离Y 得到
和S
经检验，Z 的主要成分是
，含少量
经检验，W 为
下列推断正确的是
A．黑色沉淀X 溶解只发生复分解反应
B．实验Ⅱ不生成S 可能是氧化还原速率较大
C．生成黑色沉淀W 的反应为
D．实验Ⅲ得到
的原因是NaF 降低了
的浓度，使氧化还原反应的趋势减小
5．某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速
率的影响”，实验如下：(不考虑溶液混合引起的体积变化)
实
验
序
号
实验温
度/K
参加反应的物质
溶液颜色
褪至无色
时所需时
间/s
KMnO4溶液(含硫酸)
H2C2O4溶液
H2O
V/mL
c/mol·L－1
V/mL
c/mol·L－1
V/mL
A
293
2.0
0.02
4.0
0.1
0
6
B
T1
2.0
0.02
3.0
0.1
V1
8
C
313
2.0
0.02
V2
0.1
1.0
t1
（1）通过实验A、B，可探究出浓度的改变对反应速率的影响，其中V1=___________，
T1=___________，通过实验___________可探究出温度变化对化学反应速率的影响。
（2）C 组实验中溶液褪色时间t1___________(填“＞”或“＜”或“=”)8s，C 组实验的反应速率
v(KMnO4)=___________。(用含有t1的式子表示)
（3）该小组的一位同学通过查阅资料发现，上述实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势如图所示，并以此
分析造成n(Mn2+)突变的可能的原因是___________。
14
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（4）通过测定收集一定体积氢气所用的时间可以用于测定锌粒和稀硫酸反应的速率，于是某同学设计了
如图所示的实验装置：
①装置中仪器A 的名称为___________。
②定量分析：装置组装完成后需要先检查该装置的气密性。简述检查该装置气密性的方法___________；
实验时以收集到40mL 气体为准，忽略其他可能影响实验的因素，实验中需要测量的数据是___________。
15
