化學必修 第二冊實驗活動6 化學能轉化成電能學案設計

這是一份化學必修 第二冊實驗活動6 化學能轉化成電能學案設計，共4頁。
1．理解氧化還原反應在化學能轉化成電能過程中的作用，體會化學的價值。
2．認識原電池的構成要素及其作用。
[實驗用品]
燒杯、導線、電流表。
鋅片、銅片、石墨棒、稀硫酸。
[實驗步驟]
1．電極材料的實驗
(1)用導線將電流表分別與鋅片、銅片相連接，使鋅片與銅片接觸，觀察電流表指針是否發(fā)生偏轉；用石墨棒代替銅片進行上述實驗。解釋所觀察到的現(xiàn)象。
(2)將鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯里，觀察現(xiàn)象；再插入銅片，觀察現(xiàn)象；取出銅片，插入石墨棒，觀察現(xiàn)象。
2.原電池實驗
如下表所示，選擇不同的電極材料，以及稀硫酸、導線和電流表，組裝原電池，試驗其能否產(chǎn)生電流，并作出解釋。
[問題和討論]
1．根據(jù)以上實驗，說明原電池的工作原理和構成要素，以及組裝原電池的操作注意事項。
提示：原電池的工作原理：原電池在工作時，負極上失電子發(fā)生氧化反應，電子通過外電路輸送到正極上，電解質溶液中具有氧化性的物質得到電子發(fā)生還原反應，氧化反應和還原反應不斷發(fā)生，負極失去的電子通過導線不斷地流向正極，電解質溶液中的陽離子不斷地從負極移向正極，這樣就形成了閉合回路，實現(xiàn)化學能向電能的轉化。
原電池的構成要素：①電極材料由兩種金屬活動性不同的金屬或由金屬與其他導電的材料(非金屬或某些氧化物等)組成；②電解質溶液：作反應介質，參與氧化還原反應，在溶液中構成閉合回路，起導電的作用；③兩電極之間有導線連接或直接接觸，形成閉合回路；④發(fā)生的反應是自發(fā)的氧化還原反應。
組裝原電池的操作注意事項：①選擇合適的電極材料；②能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應；③整個裝置能形成閉合回路。
2．能否用鐵片作為電極代替銅鋅原電池中的鋅片？為什么？
提示：可以用鐵片代替鋅片，因為鐵比銅活潑，且能夠與稀硫酸發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應。
[鞏固練習]
某化學興趣小組為了探究鋁電極在原電池中的作用，在常溫下，設計并進行了以下一系列實驗，實驗結果記錄如下表。
試根據(jù)表中的實驗現(xiàn)象回答下列問題：
(1)實驗1、2中Al所作的電極(正極或負極)是否相同？________(填“是”或“否”)。
(2)由實驗3完成下列填空：
①鋁作________極，電極反應式：__________________________________
________________________________________________________________；
②石墨作________極，電極反應式：________________________________
________________________________________________________________；
③電池總反應式：______________________________________。
(3)實驗4中鋁作負極還是正極？________。理由是____________________
________________________________________________________________。
寫出鋁電極的電極反應式：_________________________________________
________________________________________________________________。
(4)解釋實驗5中電流表指針偏向鋁的原因：__________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(5)根據(jù)實驗結果總結出影響鋁在原電池中作正極或負極的因素：
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析] (1)在稀鹽酸中，活動性：Mg＞Al＞Cu。由實驗1和2可知，原電池中電流表指針是偏向正極，故Al所作的電極不相同。
(2)實驗3中電流表指針偏向石墨，故Al作負極，負極上Al失去電子被氧化為Al3＋，石墨作正極，正極上鹽酸中的H＋得到電子被還原為H2。
(3)在NaOH溶液中，Al與NaOH反應，Mg與NaOH不反應，則Al作負極，Mg作正極。
(4)Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化，Zn在濃硝酸中被氧化，即在濃硝酸中，Zn作負極，Al作正極，所以在實驗5中電流表指針偏向鋁。
[答案] (1)否
(2)①負 2Al－6e－===2Al3＋ ②正 6H＋＋6e－===3H2↑ ③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)負極 Al與NaOH反應，而Mg不與NaOH反應 Al－3e－＋4OH－===AlOeq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2))＋2H2O
(4)Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化，Zn在濃硝酸中發(fā)生反應，被氧化，即在濃硝酸中Zn作原電池的負極，Al作原電池的正極
(5)另一個電極材料的活動性；電解質溶液
電極材料
電流表指針是否發(fā)生偏轉
解釋
鋅片、銅片
否
沒有電解質溶液，無法形成原電池
鋅片、石墨棒
否
電極材料
實驗現(xiàn)象
解釋
鋅片
鋅片逐漸溶解，表面有氣泡產(chǎn)生
鋅與稀硫酸反應生成氫氣
鋅片、銅片
鋅片逐漸溶解，表面有氣泡產(chǎn)生，銅片表面無明顯現(xiàn)象
鋅與稀硫酸反應生成氫氣，銅與稀硫酸不反應
鋅片、石墨棒
鋅片逐漸溶解，表面有氣泡產(chǎn)生，石墨棒表面無明顯現(xiàn)象
鋅與稀硫酸反應生成氫氣，石墨與稀硫酸不反應
電極材料
實驗現(xiàn)象
解釋
鋅片、銅片
鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣泡產(chǎn)生，電流表指針發(fā)生偏轉
鋅、銅、稀硫酸構成原電池，鋅作負極，銅作正極，鋅失去電子轉化為Zn2＋，H＋得到電子在銅片表面產(chǎn)生H2
鋅片、石墨棒
鋅片逐漸溶解，石墨棒表面有氣泡產(chǎn)生，電流表指針發(fā)生偏轉
鋅、石墨、稀硫酸構成原電池，鋅作負極，石墨棒作正極，鋅失去電子轉化為Zn2＋，H＋得到電子在石墨棒表面產(chǎn)生H2
銅片、石墨棒
銅片、石墨棒表面均無明顯現(xiàn)象，電流表指針不偏轉
銅、石墨與稀硫酸不反應，無法構成原電池
編號
電極材料
電解質溶液
電流表指針偏轉方向
1
Al、Mg
稀鹽酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀鹽酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀鹽酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氫氧化鈉溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
濃硝酸
偏向Al