人教版 (2019)必修 第二册实验活动6 化学能转化成电能当堂检测题

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 我们知道在化学反应中，化学能可以转化为电能，下面我们自己亲自动手，来制作原电池。

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实验活动6---化学能转化为电能

一、对比实验

   1.①用导线将电流表分别与芯片、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？

实验现象：电流表指针不发生偏转，说明锌和铜接触不能发生反应，没有电流产生。

②.用导线将电流表分别与芯片、石墨棒相连接，使锌片与铜片接触，观察电流表指针是否发生偏转？

实验现象：电流表指针不发生偏转，说明没有电流，说明锌和石墨棒接触不能发生反应。

③实验结论：

实验结论：说明只有电极材料相互接触并不能产生电流。

   2.①将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察现象。

   实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应。Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

   ②将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，再插入铜片，观察现象。

   实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。把铜片插入稀硫酸，没有现象产生，铜和稀硫酸不反应。

   ③将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，再插入石墨棒，观察现象。

   实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。把石墨棒插入稀硫酸，没有现象产生，石墨棒和稀硫酸不反应。

   实验结论

   实验结论：说明有电极材料和电解质溶液，但是不用导线连接，也不能产生电流。

    二、原电池实验

   1.以Zn-Cu(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象

   实验现象：锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,铜四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。

   锌片（负极）：氧化反应 Zn-2e-=Zn2+

   铜片（正极）：还原反应 2H++2e-=H2↑

   2.以Zn-石墨棒(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象

   实验现象：锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,石墨棒四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。

   锌片（负极）：氧化反应 Zn-2e-=Zn2+

   石墨棒（正极）：还原反应  2H++2e-=H2↑

   3.以Zn-石墨棒(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象

   实验现象：铜片无现象，电流表指针不发生偏转,石墨棒四周无现象，说明没有产生电流，不能形成原电池。

   实验结论：

原电池形成的必须条件：

上面的三个实验表明，要构成原电池，需要满足以下条件：

①两种活泼性不同电极.

 （活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）

②电极必须插入电解质溶液 。

③能自发的发生氧化还原反应。

④电极用导线相连构成闭合回路。

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，以及组装原电池的操作注意事项。

⑴原电池的工作原理:外电路中：较活泼金属材料作负极，失去电子，发生氧化反应； 较不活泼金属材料作正极，得到电子，发生还原反应；电子从负极流向正极。

内电路中：电解质溶液内，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，使电流通过电解质溶液。电流从正极流向负极。

⑵原电池的构成要素

①两种活泼性不同电极.（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）

②电极必须插入电解质溶液 。

③能自发的发生氧化还原反应。

④电极用导线相连构成闭合回路。

⑶原电池注意事项：①两电极活泼型必须不同；②其中一个电极必须和电解质溶液可以发生氧化还原反应； ③电极用导线相连构成闭合回路；④注意电流表不能接反。

2.能否用铁片作为电极代替铜锌原电池中的锌片？为什么？

    可以，因为铁片也可以和稀硫酸发生自发的氧化还原反应，并且铁片活泼性大于铜。负极反应：Fe－2e-＝ Fe2+；

                         正极反应：2H++ 2e-＝ H2↑

                         总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑

  例题.下列装置哪些可以形成原电池(      )答案：ABC

   三、原电池原理的应用

    1.设计原电池

     例1、利用 Cu+2FeCl3= CuCl2+2FeCl2 的氧化还原反应设计原电池。

    【解析】

负极：Cu—2e - = Cu2+氧化反应

正极：2Fe3+ +2e- =2Fe2+还原反应

变式训练1　利用反应Zn＋ CuSO4 ===ZnSO4＋Cu设计一个原电池。在图中方格内画出实验装置图，并指出正极为_________________，

电极反应式为________________；

负极为________，电极反应式为_________________。

   答案：碳棒、Cu、铂；Cu2+ + 2e - =Cu；Zn；Zn－2e-＝ Zn2+。

   2.用于金属的防护

使被保护的金属处于正极，发生还原反应的一极得以保护。

3.比较金属活泼性

   例2. 把A、B、C、D4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。

若A、B相连时，A为负极；

C、D相连时，D上产生大量气泡；

A、C相连时，电流由C经导线流向A；

B、D相连时，电子由D经导线流向B，

则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为（   ）

① A＞B＞C＞D         ② A＞C＞D＞B

 ③ C＞A＞B＞D         ④ B＞A＞C＞D

    答案为：②

   变式训练2.下列事实不能说明Al的金属活泼性比Cu强的是(　　)

A．常温下将铝投入CuSO4溶液中

B．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到稀盐酸溶液中

C．常温下将铝和铜不用导线连接一起放入到稀盐酸溶液中

D．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到氢氧化钠溶液中

解析：选D。在氢氧化钠溶液中能反应生成气体的金属，其活泼性不一定强，如Mg和Al。

探究铝电极在原电池中的作用

(1) 对实验3完成下列填空：

① 铝为________极，电极反应式： _____________ 。

② 石墨为________极，电极反应式： ___________ 。

(2) 实验4中铝作负极还是正极________，理由是______________________。写出铝电极的电极反应式：_____________。

(3)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：________________________________________ 。

(4)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：________________________________________。

答案：（1）负；2Al－6e－==2Al3+；正；6H＋＋6e-=3H2↑

（2）负极；在NaOH溶液中，活泼性Al>Mg；

Al－3e－＋4OH－==AlO2- ＋2H2O。

（3）在浓硝酸中，Al发生钝化，活泼性Zn>Al，Zn是原电池的负极。

（4）①电极材料的活泼性②电解质溶液的不同。

   4.金属腐蚀

   化学腐蚀（次要）：金属跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。这类反应比较简单，仅仅是金属跟氧化剂之间的氧化还原反应。

   电化学腐蚀（主要）：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀，分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀

   钢铁的吸氧腐蚀：在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量H+和OH－，还溶解了氧气，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化

   钢铁的两种电化学腐蚀：

   正极：C       负极：Fe     电解质溶液：不纯的水

1.在中性或很弱的酸性溶液中（占主要），主要反应如下：

负极：Fe – 2e- == Fe2+  正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-

 总反应：2Fe +2H2O+O2=Fe（OH）2    Fe（OH）2 在空气中最后转化为Fe2O3

在中性或很弱的酸性溶液中，钢铁的腐蚀叫吸氧腐蚀。

2、在酸性溶液中，主要反应。

负极：Fe – 2e- == Fe2+                            

正极：2H+ + 2e- == H2↑

总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑

在酸性溶液中，钢铁的腐蚀叫析氢腐蚀。

  5.加快氧化还原反应的速率

   一个金属参加的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率大大加快。

例题：将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是(　　)

【解析】答案为：A；a中少量锌和硫酸铜反应，形成原电池，反应速率快，产生H2量少。

课堂小结

一、构成原电池，需要满足以下条件：

①两种活泼性不同电极.

（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）

②电极必须插入电解质溶液 。

③能自发的发生氧化还原反应。

④电极用导线相连构成闭合回路。

二、原电池的应用

a.设计原电池；b、比较金属的活泼性；c、金属腐蚀

板书

一、对比实验

二、原电池实验

三、原电池原理应用