第六章　化学反应与能量 实验活动 6　化学能转化成电能学案（含答案） 2024-2025学年高一化学人教版（2019）必修2

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 ________ 没有________溶液，不能发生原电池反应
锌片、石墨棒 ________
(2)按如图所示的装置实验，记录实验现象并解释原因。
实验装置 实验现象 解释
锌片________，表面产生________ 锌的还原性比H2______，溶液中的________直接得到Zn失去的电子生成________
①锌片________，表面产生______； ②铜片________________ 铜的还原性比H2______，________置换出H2，H＋在锌片表面被________成________
①锌片________，表面产生______； ②石墨棒________ 石墨为惰性材料，不能置换出H2，H＋在锌片表面被________成________
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。
实验材料 实验现象 解释
Zn、Cu、H2SO4 ①锌片________； ②铜片________溶解，表面产生______； ③电流表指针______ 锌________的电子通过导线转移至________产生电流，溶液中的____在铜片表面获得______生成________
Zn、石墨、H2SO4 ①锌片________； ②石墨棒表面产生________； ③电流表指针______ 锌________的电子通过导线转移至__________产生电流，溶液中的________在石墨棒表面获得______生成______
Cu、石墨、H2SO4 铜片________，电流表指针________ 铜的还原性比________弱，________发生氧化还原反应，________电子转移，因而不能产生电流
【问题探究】
1．根据以上实验，说明原电池的工作原理和构成要素。
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。
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？
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。
即学即练
1．理论上任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。下列能设计成原电池且b极质量增加的是(　　)
　
选项 a极 b极 X溶液
A C Fe 稀硫酸
B Cu Ag 酒精
C Zn Cu FeCl3溶液
D Fe Ag CuSO4溶液
2．某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是(　　)
A.a和b不连接时，铁片上有红色的铜析出
B.a和b用导线连接时，铜片为负极
C.无论a和b是否连接，反应的本质相同，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2+生成
D.a和b用导线连接时，溶液中的Cu2+应向铜电极移动且能更快地在铜电极上析出铜
3．(1)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：________________。
(2)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(图甲)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图乙所示。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________________________________________________________________。
实验活动6　化学能转化成电能
[实验步骤]
1．(1)否　否　电解质　(2)溶解　无色气泡　强　H＋　H2　溶解　无色气泡　表面无明显现象　弱　不能　还原　H2　溶解　无色气泡　表面无明显现象　还原　H2
2．溶解　不　无色气泡　偏转　失去　铜片表面　H＋　电子　H2　溶解　无色气泡　偏转　失去　石墨棒表面　H＋　电子　H2　不溶解　不偏转　H2　不能　没有
[问题探究]　
1．提示：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。
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．提示：Zn：负极，Zn－2e－===Zn2+；
Cu：正极，2H＋＋2e－===H2↑；
电池总反应：Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑。
3．提示：不能。
4．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↑。
即学即练
1．解析：铁与稀硫酸反应是氧化还原反应，但表现为b极的溶解，A错误；铜和银插在酒精溶液中，酒精属于非电解质，不能构成原电池，不发生反应且未形成闭合回路，B错误；锌与氯化铁发生氧化还原反应生成氯化锌和氯化亚铁，b极质量不会增加，C错误；铁与硫酸铜发生置换反应，是氧化还原反应，且b极上铜离子得电子生成铜单质吸附从而质量增加，D正确。
答案：D
2．解析：a和b不连接时，没有形成闭合回路，没有构成原电池，铁直接把铜置换出来，A正确；导线连接后，构成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，发生的反应为Fe－2e－===Fe2+，B错误；无论a和b是否连接，反应的本质相同，均为Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2+生成，C正确；a和b用导线连接时，构成原电池，铜电极为正极，阳离子流向正极，且原电池可以加快反应速率，D正确。
答案：B
3．解析：(1)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。(2)正极上得电子发生还原反应，故电极反应式为===NO2↑＋H2O；由图乙可知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。
答案：(1)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
(2)2H＋＋＋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