主题二　化学反应与能量变化 [探究 1]　随着人们生活节奏的加快，市场上出现了多种类型的“即食饭 盒”等快速给食物加热的产品。 下面让我们探究它们的工作原理。 (1)有一“自热米饭”的广告播得很火，它介绍在食用时，将一无色液体加 入一白色固体中，放上装米饭的盒子，过几分钟米饭马上就热气腾腾，可以 食用了，非常方便。请你推测其白色固体和无色液体可能是如下哪个组合？ (　　) A．硝酸铵和水 B．浓硫酸和水 C．氧化钙和水 D．固体酒精和水 (2)目前市面上有一种新型饭盒“即热饭盒”，其原理是在饭盒底部有两层 ， 一层存放水，另一层存放镁和铁的混合物。使用时打开隔离层，即发生反应 ： Mg＋2H2O===X＋H2↑。请根据以上信息回答下列各题： ① 已知 X 是一种碱，则 X 的化学式是什么？你推断 X 的化学式的依据是 什么？ ② 上述化学反应属于哪种基本反应类型？由该反应可知化学反应发生时 都伴随什么变化？ 提示：(1)C (2)① ： Mg(OH)2 。 根 据 质 量 守 恒 ( 原 子 守 恒 ) 定 律 可 知 X 的 化 学 式 为 Mg(OH)2。 ②：置换反应。化学反应发生时都伴随着物质的变化和能量的变化。 [探究 2]　自 2018 年开始，采用东方电气国产自主 CDK6900 型号氢燃料 电池系统的 10 部蜀都氢燃料电池公交车陆续驶上成都街头。截至 2019 年 6 月，10 台车累计安全运营里程已超过 40 万公里，单台车最高里程达 5.25 万 公里，累计载客超过 120 万人。除此之外，最关键的是这辆巴士仅排放水， 完全是零排放；续航里程长，可持续运行 500 多公里。 (1)燃料电池的工作原理是否与原电池相同？ (2)燃料电池有哪些优点？ 提示：(1)燃料电池是在原电池的工作原理上研发的新型电池 ，正、负极 发生反应的都是从外部通入的气体。 (2)燃料电池具有能量转化率高、环保、 使用寿命长等优点。 [探究 3]　7 月 1 日是中国共产党的生日，从 2019 年起，每年的 7 月 1 日 还多了一重含义：国际航标协会第 13 届全会确定，自 2019 年起将每年的 7 月 1 日设立为“世界航标日”，让更多人了解航标在保障船舶安全航行中起到 的重要作用。 2019 年世界航标日的主题是海上航标——成功的航行，可持续发展的地 球。青岛庆祝首个“世界航标日”，首次面向全国启动灯塔开放季。我国首创 的海洋电池以铝板、铂网作电极，海水为电解质溶液，电池总反应为 4Al＋ 3O2＋6H2O===4Al(OH)3。可用作灯塔所需的电池。 (1)铝板在该电池中作什么极？发生什么变化？写出电极反应式。 提示：(1)负极。铝被氧化，发生氧化反应，电池工作时铝板逐渐被消耗， 转化成氢氧化铝。4Al－12e－＋12OH－===4Al(OH)3。 (2)铂电极作什么极？在该电极上发生反应的物质是什么？ 提示：根据电池反应可知，正极发生还原反应的物质是氧气，铂电极作 正极，本身不参与反应。 (3)在灯塔的使用过程中存在什么能量的转化？ 提示：化学能转化为电能，电能转化为光能。 [探究 4]　TiO2 在光照射下可使水分解：2H2O2H2↑＋O2↑，该过程类似 植物的光合作用。如图是光照射下 TiO2 分解水的装置示意图。该装置有哪些 形式的能量转化？铂电极上发生的是氧化反应还是还原反应？ 提示：该装置光分解水是将光能转化为化学能，发生氧化还原反应，生 成氢气和氧气，电子的转移经过 R，又将化学能转化为电能；铂电极上生成 氢气的反应为 2H＋＋2e－===H2↑，是还原反应。 [探究 5]　如图为甲烷的燃料电池，将铂电极放置在 KOH 溶液中，然后 向两极分别通入 CH4 和 O2 ，即可产生电流，称为燃料电池。通入 CH4 的电 极为正极还是负极？写出反应的化学方程式和正、负极电极反应式。 提示：CH4 燃料电池中发生的反应为 CH4＋2O2＋2OH－ ===CO＋3H2O， 碳元素的化合价升高，通入 CH4 的电极为负极，通入 O2 的电极为正极；正、 负 极 电 极 反 应 式 分 别 为 2O2 ＋ 4H2O＋ 8e － ===8OH － ， CH4 ＋ 10OH － － 8e － ===CO＋7H2O。