人教版高中化学必修第二册第六章化学反应与能量课时学案

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实验活动6　化学能转化成电能 [实验探究]一、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。二、实验用品1.试剂:锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸。2.仪器:导线、烧杯、电流表。三、实验方案设计1.将电极材料用导线直接与电流表连接观察是否有电流产生。2.将电极材料插入电解质溶液中,观察实验现象。3.将不同电极材料制成不同的原电池装置,根据实验现象确定正、负极。四、实验方案实施1.电极材料实验(1)按图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。观察并记录实验现象。电极材料电流表指针是否发生偏转实验结论锌片、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(2)按如图所示的装置做实验,记录实验现象并解释原因。实验装置实验现象实验结论锌片溶解,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H2①锌片溶解,表面产生无色气泡②铜片表面无明显变化铜的还原性比H2弱,不能置换出H2,电子不能在溶液中移动,锌的电子不能转移到铜片,H+只能在锌片表面被还原成H2①锌片溶解,表面产生无色气泡②石墨棒表面无明显变化石墨为惰性材料,不能置换出H2,电子不能通过溶液转移到石墨棒,H+只能在锌片表面被还原成H22.原电池实验按如图所示的装置实验,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,记录实验现象并解释原因。实验材料实验现象实验结论Zn、Cu、稀硫酸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Zn失去的电子生成H2Zn、石墨、稀硫酸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Zn失去的电子生成H2Cu、石墨、稀硫酸铜片不溶解,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,因而不能产生电流五、问题和讨论1.结合实验分析,组装原电池的操作注意事项有哪些?提示:电极材料活动性不同,且能与电解质溶液发生氧化还原反应;电极可用导线连接或直接接触。2.根据以上实验,说明原电池的工作原理。提示:原电池工作时在负极和正极上分别发生氧化反应和还原反应,电子从负极通过导线流向正极,溶液中的阳离子(H+)从负极移向正极,阴离子从正极移向负极,构成闭合回路产生电流,使化学能转化为电能。3.结合实验分析,原电池的构成条件或要素。提示:①原电池反应是自发的氧化还原反应;②有两个活动性不同的电极;③将两个电极插入电解质溶液(或熔融电解质)中;④形成闭合回路。[实验专练]1.在如图所示的8个装置中,属于原电池的是(　A　)A.④⑦ B.③④⑤ C.②④⑧ D.①④⑥解析:①中只有一个电极,不能形成原电池;②、⑥中两电极未相连,没有形成闭合回路,不能形成原电池;③、⑧中电极相同,而且没有形成闭合回路,不能形成原电池;⑤中酒精不是电解质溶液,没有形成闭合回路,不能形成原电池。2.下列叙述中正确的是(　D　)A.原电池的负极得到电子,发生还原反应B.原电池中较活泼的金属作正极C.原电池中的电极一定是两种不同的金属D.原电池中发生氧化反应的电极是负极解析:原电池的负极失去电子,发生氧化反应,故A错误,D正确;在原电池中,一般是较活泼的金属作负极,故B错误;原电池的两个电极可以是两种不同的金属,也可以是金属和导电的非金属,故C错误。3.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu,利用该反应设计成的原电池的正确组成是(　C　)选项正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2溶液BZnCuZnCl2溶液CCuZnCuSO4溶液DCuZnZnSO4溶液解析:根据反应Zn+Cu2+Zn2++Cu知,锌失电子,发生氧化反应,作原电池的负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,铜离子得电子发生还原反应,在原电池的正极发生反应,电极反应式为Cu2++2e-Cu,电解质溶液中含有铜离子,故选C。4.某反应的反应物和生成物有FeCl3、FeCl2、Cu、CuCl2,小林将上述反应设计成原电池。(1)该电池的负极材料为　　　　,负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。 (2)正极材料为　　　　,该电池总的化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 (3)一段时间后负极质量减轻m g,下列说法正确的是　　　　(填字母)。 A.电路中通过的电子为 molB.正极质量增加 gC.原电池工作过程中将电能转化为化学能D.原电池工作过程中Cl-向负极移动解析:根据氧化还原反应的原理和规律,FeCl3、FeCl2、Cu、CuCl2发生的反应为2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2。(1)反应中铜失电子而被氧化,应为原电池负极,负极反应式为Cu-2e-Cu2+。(2)正极材料为Pt(或活泼性比铜弱的金属或导电的非金属材料),该电池总的化学反应式为2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2。(3)一段时间后负极质量减轻m g,反应的Cu的物质的量为 mol。1 mol Cu失去2 mol电子,所以m g铜反应,电路中通过的电子为×2 mol= mol,A正确;Fe3+在正极得到电子而被还原生成Fe2+,Fe3++e-Fe2+,所以正极质量不变,B错误;原电池是将化学能转化为电能的装置,C错误;原电池工作过程中阴离子向负极移动,则Cl-向负极移动,D正确。答案:(1)Cu　Cu-2e-Cu2+(2)Pt(或活泼性比铜弱的金属或石墨等导电的非金属材料)　2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2(3)AD5.航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源,燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置,它可直接将化学能转化为电能。甲烷燃料电池以KOH溶液为电解质溶液,其总反应的离子方程式为CH4+2O2+2OH-C+3H2O。(1)负极上的电极反应为　。 (2)正极上的电极反应为　。 (3)消耗标准状况下的5.6 L O2时,有　　　　 mol电子发生转移。 (4)开始放电时,正极附近溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 解析:甲烷燃料电池中,甲烷在负极失电子,氧气在正极得电子,结合电解质溶液为KOH溶液分析解题。(1) 甲烷在负极失电子,则负极上的电极反应为CH4+10OH--8e-C+7H2O。(2)氧气在正极得电子,正极上的电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。(3)消耗标准状况下的5.6 L O2时,转移电子的物质的量为×4=1 mol。(4)开始放电时,正极上的电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-,则正极附近溶液的pH增大。答案:(1)CH4+10OH--8e-C+7H2O(2)2H2O+O2+4e-4OH-(3)1　(4)增大