2020-2021化学人教版必修第二册教案：第6章 第2节 实验活动6 化学能转化成电能
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晨鸟教育
Earlybird 实验活动6 化学能转化成电能
[实验目的]
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。
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，无法形成原电池
锌片、石墨棒 否
(2)将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察现象；再插入铜片，观察现象；取出铜片，插入石墨棒，观察现象。
电极材料 实验现象 解释
锌片 锌片逐渐溶解，表面有气泡产生 锌与稀硫酸反应生成氢气
锌片、铜片 锌片逐渐溶解，表面有气泡产生，铜片表面无明显现象 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应
锌片、石墨棒 锌片逐渐溶解，表面有气泡产生，石墨棒表面无明显现象 锌与稀硫酸反应生成氢气，石墨与稀硫酸不反应
2.原电池实验
如下表所示，选择不同的电极材料，以及稀硫酸、导线和电流表，组装原电池，试验其能否产生电流，并作出解释。
电极材料 实验现象 解释
锌片、铜片 锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生，电流表指针发生锌、铜、稀硫酸构成原电池，锌作负极，铜作正极，锌失去电子转化为Zn2＋，H晨鸟教育
Earlybird 偏转 ＋得到电子在铜片表面产生H2
锌片、石墨棒 锌片逐渐溶解，石墨棒表面有气泡产生，电流表指针发生偏转 锌、石墨、稀硫酸构成原电池，锌作负极，石墨棒作正极，锌失去电子转化为Zn2＋，H＋得到电子在石墨棒表面产生H2
铜片、石墨棒 铜片、石墨棒表面均无明显现象，电流表指针不偏转 铜、石墨与稀硫酸不反应，无法构成原电池
[问题和讨论]
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。
提示：原电池的工作原理：原电池在工作时，负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，电解质溶液中具有氧化性的物质得到电子发生还原反应，氧化反应和还原反应不断发生，负极失去的电子通过导线不断地流向正极，电解质溶液中的阳离子不断地从负极移向正极，这样就形成了闭合回路，实现化学能向电能的转化。
原电池的构成要素：①电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)组成；②电解质溶液：作反应介质，参与氧化还原反应，在溶液中构成闭合回路，起导电的作用；③两电极之间有导线连接或直接接触，形成闭合回路；④发生的反应是自发的氧化还原反应。
组装原电池的操作注意事项：①选择合适的电极材料；②能发生自发的氧化还原反应；③整个装置能形成闭合回路。
2．能否用铁片作为电极代替铜锌原电池中的锌片？为什么？
提示：可以用铁片代替锌片，因为铁比铜活泼，且能够与稀硫酸发生自发的氧化还原反应。
[巩固练习]
某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下表。
编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向
1 Al、Mg 稀盐酸 偏向Al 晨鸟教育
Earlybird 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、C(石墨) 稀盐酸 偏向石墨
4 Al、Mg 氢氧化钠溶液 偏向Mg
5 Al、Zn 浓硝酸 偏向Al
试根据表中的实验现象回答下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同？________(填“是”或“否”)。
(2)由实验3完成下列填空：
①铝作________极，电极反应式：__________________________________
________________________________________________________________；
②石墨作________极，电极反应式：________________________________
________________________________________________________________；
③电池总反应式：______________________________________。
(3)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：_________________________________________
________________________________________________________________。
(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：__________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(5)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：
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析] (1)在稀盐酸中，活动性：Mg＞Al＞Cu。由实验1和2可知，原电池中电流表指针是偏向正极，故Al所作的电极不相同。
(2)实验3中电流表指针偏向石墨，故Al作负极，负极上Al失去电子被氧化为Al3＋，石墨作正极，正极上盐酸中的H＋得到电子被还原为H2。
(3)在NaOH溶液中，Al与NaOH反应，Mg与NaOH不反应，则Al作负极，Mg作正极。
(4)Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中，Zn作负晨鸟教育
Earlybird 极，Al作正极，所以在实验5中电流表指针偏向铝。
[答案] (1)否
(2)①负 2Al－6e－===2Al3＋ ②正 6H＋＋6e－===3H2↑ ③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)负极 Al与NaOH反应，而Mg不与NaOH反应 Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O
(4)Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中Zn作原电池的负极，Al作原电池的正极
(5)另一个电极材料的活动性；电解质溶液
