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

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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