高中化学人教版 (2019)必修 第二册实验活动6 化学能转化成电能精品导学案
展开1.理解氧化还原反应在化学能转化成电能过程中的作用,体会化学的价值。
2.认识原电池的构成要素及其作用。
实验用品
烧杯、导线、电流表。
锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸。
实验步骤
1.电极材料的实验
(1)用导线将电流表分别与锌片、铜片相连接,使锌片与铜片接触,观察电流表指针是否发生偏转;用石墨棒代替铜片进行上述实验。解释所观察到的现象。
(2)按如图所示的装置实验,记录实验现象并解释原因。
2.原电池实验
按如图所示的装置实验,记录实验现象并解释原因。
问题讨论
1.根据以上实验,说明原电池的工作原理和构成要素。
提示 (1)工作原理:负极失去电子发生氧化反应,电子通过导线流入正极,溶液中的离子在正极上得到电子发生还原反应。
(2)构成要素:①化学反应:自发进行的氧化还原反应。②装置条件:a.活泼性不同的电极,b.电解质溶液,c.形成闭合回路。
2.指出原电池实验中铜锌原电池的电极名称,并写出电极反应和电池总反应。
提示 Zn:负极,Zn-2e-===Zn2+;
Cu:正极,2H++2e-===H2↑;
电池总反应:Zn+2H+===Zn2++H2↑。
3.在原电池实验中,若锌片、铜片接触,插入硫酸溶液,能否观察到电流?
提示 不能。
4.将原电池实验中锌-石墨原电池中的锌片换成铁片,能否形成电流?若能产生电流,写出电极反应和电池总反应。
提示 能产生电流。
负极:Fe-2e-===Fe2+;
正极:2H++2e-===H2↑;
电池总反应:Fe+2H+===Fe2++H2↑。
1.(2023·徐州高一期中)某锌-空气电池反应为2Zn+O2===2ZnO,电解质溶液为NaOH溶液。下列说法错误的是( )
A.锌片作电池的负极
B.电池工作时,电解质溶液中OH-向正极移动
C.氧气在正极发生还原反应
D.理论上每转移1 ml电子消耗标准状况下氧气的体积为5.6 L
答案 B
解析 锌失去电子,被氧化,锌片作电池的负极,A正确;原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,所以电池工作时,电解质溶液中OH-向负极移动,B错误;氧气在正极发生得到电子的还原反应,C正确;1 ml氧气在反应中得到4 ml电子,理论上每转移1 ml电子消耗0.25 ml氧气,标准状况下的体积为5.6 L,D正确。
2.Ⅰ.将反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+设计成原电池,写出正、负极材料,电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”),电解质溶液名称。
负极:________,________________,________。
正极:________,________________,________。
电解质溶液:________________________。
Ⅱ.常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。
O~t1时,原电池的负极是Al片,此时,正极的电极反应式是__________________________,溶液中的H+向________移动;t1时,原电池中电子流动方向发生改变,其原因是_____________________________________________________________________________。
答案 Ⅰ.Cu Cu-2e-===Cu2+ 氧化反应 石墨棒(或Ag、铂、金等,任选一种) Ag++
e-===Ag 还原反应 硝酸银溶液
Ⅱ.2H++NOeq \\al(-,3)+e-===NO2↑+H2O 正极 Al在浓硝酸中发生钝化,形成的氧化膜阻止了Al进一步反应
解析 Ⅰ.根据Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+可知,Cu应为负极,失电子被氧化,正极可为石墨棒、Ag等,正极上Ag+得电子生成Ag,电解质溶液为AgNO3溶液。
Ⅱ.正极上NOeq \\al(-,3)得电子发生还原反应,故电极反应式为2H++NOeq \\al(-,3)+e-===NO2↑+H2O;由图2可知t1时刻电流方向改变,说明原电池的正、负极发生变化,Al因为在浓硝酸中发生钝化不能进一步发生反应,则t1时刻后Cu片与浓HNO3反应,Cu片作负极,Al片作正极。电极材料
电流表指针是否发生偏转
解释
锌片、铜片
否
没有电解质溶液,不能发生原电池反应
锌片、石墨棒
否
实验装置
实验现象
解释
锌片溶解,表面产生无色气泡
锌的还原性比H2强,溶液中的H+直接得到Zn失去的电子生成H2
①锌片溶解,表面产生无色气泡;
②铜片表面无明显现象
铜的还原性比H2弱,不能置换出H2,H+在锌片表面被还原成H2
①锌片溶解,表面产生无色气泡;
②石墨棒表面无明显现象
石墨为惰性材料,不能置换出H2,H+在锌片表面被还原成H2
实验材料
实验现象
解释
Zn、Cu、H2SO4
①锌片溶解;
②铜片不溶解,表面产生无色气泡;
③电流表指针偏转
锌失去的电子通过导线转移至铜片表面产生电流,溶液中的H+在铜片表面获得电子生成H2
Zn、石墨、H2SO4
①锌片溶解;
②石墨棒表面产生无色气泡;
③电流表指针偏转
锌失去的电子通过导线转移至石墨棒表面产生电流,溶液中的H+在石墨棒表面获得电子生成H2
Cu、石墨、H2SO4
铜片不溶解,电流表指针不偏转
铜的还原性比H2弱,不能发生氧化还原反应,没有电子转移,因而不能产生电流
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