6.3 实验活动6 化学能转化成电能 课件 (共45张PPT) 人教版（2019） 必修 第二册

(共45张PPT)
第六章
化学反应与能量
实验活动6
化学能转化成电能
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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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。
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。
A
Zn
Cu
A
Zn
石墨
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。
电极材料 电流表指针是否发生偏转 解释
锌片、铜片 不偏转 两个相互连接的电极材料相互接触，并不能产生电流。
锌片、石墨棒 不偏转
实验结论：说明只有电极材料相互接触并不能产生电流。
(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。
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↑
e-
e-
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。
稀硫酸
Cu
Zn
Zn2+
e-
e-
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↑
把石墨棒插入稀硫酸，没有现象产生，石墨棒和稀硫酸不反应。
稀硫酸
石墨
Zn
Zn2+
e-
e-
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。
电极材料 实验现象 解释
锌片 锌片逐渐溶解，有气泡产生 Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
锌片、铜片 锌片逐渐溶解，有气泡产生、铜片无现象 Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
锌片、石墨棒 锌片逐渐溶解，有气泡产生，石墨棒无现象 Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
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。
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。
正极
负极
Zn2+
H+
H+
H2
H2
Zn
稀硫酸
Cu
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。
1. 以 Zn-Cu (稀硫酸)设计如图原电池，观察现象
e-
e-
e-
e-
e-
e-
锌片(负极)：氧化反应
Zn－2e－＝Zn2＋
铜片(正极)：还原反应
2H＋＋2e－＝H2↑
Zn2+
H+
H+
H2
H2
Zn
稀硫酸
Cu
e-
e-
e-
e-
e-
e-
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。
2. 以Zn-石墨棒(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象
Zn2+
H+
H+
H2
H2
Zn
稀硫酸
石墨
e-
e-
e-
e-
e-
e-
Zn2+
H+
H+
H2
H2
Zn
稀硫酸
石墨
石墨棒(正极)：还原反应
2H＋＋2e－＝H2↑
锌片(负极)：氧化反应
Zn－2e－＝Zn2＋
e-
e-
e-
e-
e-
e-
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。
Cu
稀硫酸
石墨棒
3. 以Zn-石墨棒(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象
电极材料 实验现象 解释
锌片、铜片 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：氧化反应
Zn－2e－＝Zn2＋
铜片：还原反应 2H＋＋2e－＝H2↑
锌片、石墨棒 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：氧化反应
Zn－2e－＝Zn2＋
石墨棒：还原反应
2H＋＋2e－＝H2↑
电极材料 实验现象 解释
铜片、石墨棒 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。 不能发生反应
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。
原电池形成的必须条件：
[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。
(1) 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。
(2) 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。
(3) 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。
Zn-2e-=Zn2+
2H+ +2e-=H2
还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应
氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应
还原剂失去的电子从锌极流出
流入铜极.
经外电路
Zn2+
H+
SO42-
电流方向
原电池工作原理
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＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑
例题.下列装置哪些可以形成原电池 ( )
A B C
原电池原理的应用
1. 设计原电池
例题1、利用 Cu+2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2 的氧化还原反应设计原电池 。
负极：Cu－2e－＝ Cu2＋ 氧化反应
正极：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋ 还原反应
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。
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______________________。
碳棒、Cu、铂
Cu2＋＋2e－ ═ Cu
Zn
Zn－2e－＝ Zn2＋
3. 比较金属的活泼性
例题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
A＞B
C＞D
A＞C
D＞B
②
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
D
【解析】铝在氢氧化钠溶液中能反应生成氢气气体的金属，其他金属不反应，其活泼性不一定强，如Mg和Al。
解 析
编号 电极材料 电解质溶液 电子方向(外电路)
1 Mg、Al 稀盐酸 Mg→Al
2 Al、Cu 稀盐酸 Al→Cu
3 Al、C (石墨) 稀盐酸 Al→C(石墨)
4 Mg、Al 氢氧化钠溶液 Al→Mg
5 Al、Zn 浓硝酸 Al→Zn
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： _______________ 。
负
正
2Al－6e－ ══ 2Al3＋
6H＋＋6e－ ══ 3H2↑
编号 电极材料 电解质溶液 电子方向(外电路)
1 Mg、Al 稀盐酸 Mg→Al
2 Al、Cu 稀盐酸 Al→Cu
3 Al、C (石墨) 稀盐酸 Al→C(石墨)
4 Mg、Al 氢氧化钠溶液 Al→Mg
5 Al、Zn 浓硝酸 Al→Zn
(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：
________________________________________________
负极
在NaOH溶液中，活泼性Al＞Mg
Al－3e－＋4OH－═ AlO2－＋2H2O
(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：___________________________________。
编号 电极材料 电解质溶液 电子方向(外电路)
1 Mg、Al 稀盐酸 Mg→Al
2 Al、Cu 稀盐酸 Al→Cu
3 Al、C (石墨) 稀盐酸 Al→C(石墨)
4 Mg、Al 氢氧化钠溶液 Al→Mg
5 Al、Zn 浓硝酸 Al→Zn
①电极材料的活泼性②电解质溶液的不同
在浓硝酸中，Al发生钝化，活泼性Zn>Al，Zn是原电池的负极
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
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.
钢铁的吸氧腐蚀
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 (　　)
A
【分析】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。
解 析
本课结束
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