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(共24张PPT)
化学能转化成电能
实验活动6　
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.电极材料的实验
(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的强,溶液中的H+直接得到Zn失去的电子生成H2
①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的弱,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H2
①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H2
2.原电池实验
按如图所示的装置进行实验,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H2
Zn、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H2
Cu、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的弱,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。
提示:电极材料活动性不同,且能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应;电极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。
4.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:能。铁的金属性强于铜的,作原电池的负极,溶液中存在自发的氧化还原反应,能构成原电池。
『链接高考』
(2023·浙江1月选考)关于反应2NH2OH+4Fe3+ N2O↑+4Fe2++
4H++H2O,下列说法正确的是(　 　)
A.生成1 mol N2O,转移4 mol电子
B.H2O是还原产物
C.NH2OH既是氧化剂又是还原剂
D.若设计成原电池,Fe2+为负极产物
A
解析:
由上述分析可知,生成1 mol N2O,转移4 mol电子,A正确;反应中H2O既不是氧化产物也不是还原产物,B错误;NH2OH中N元素的价态升高,H、O元素的价态不变,故NH2OH只作还原剂,C错误;Fe3+→Fe2+得到电子,在原电池中Fe2+为正极产物,D错误。
『实验专练』
1.在如图所示的8个装置中,属于原电池的是(　 　)
A.④⑦ B.③④⑤
C.②④⑧ D.①⑤⑥
A
解析:①中只有一个电极,不能形成原电池;②⑥中两电极未相连,没有形成闭合回路,不能形成原电池;③⑧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.下列说法正确的是(　 　)
A.构成原电池正极和负极的材料必须是金属
B.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原
C.原电池的正极一定是化学性质较不活泼的金属
D.原电池可以把物质内部的能量部分转化为电能
D
解析:原电池的正极和负极材料可以是两种活泼性不同的金属,也可以是能导电的非金属和金属,A错误;原电池中电子从负极流出,该电极失去电子发生氧化反应,B错误;原电池中一般相对活泼的金属作负极,相对不活泼的金属或能导电的非金属等作正极,C错误;原电池中化学能除转化为电能外,还有部分能量转化为热能或光能等,原电池的能量转化率小于100%,D正确。
3.下列各组材料组成如图装置,能形成原电池且M作正极的是
(　 　)
C
选项 M N P
A Zn Cu 稀硫酸
B Ag Zn 蔗糖溶液
C Ag Fe FeCl3溶液
D Al Mg NaOH溶液
解析:Zn、Cu和稀硫酸构成的原电池中Zn是负极,Cu是正极,即M作负极,A错误;蔗糖不是电解质,不能形成原电池,B错误;Ag、Fe和FeCl3溶液形成的原电池中Fe是负极,Ag是正极,即M作正极,C正确;
Al和NaOH溶液反应,Mg、Al和NaOH溶液构成的原电池中Mg是正极,
Al是负极,即M作负极,D错误。
4.一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
A Zn Cu CuCl2溶液
B Zn Cu ZnCl2溶液
C Cu Zn CuSO4溶液
D Cu Zn ZnSO4溶液
5.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　 。
Cu
(2)正极材料为　　
　 ,该电池总反应的化学方程式为　 。
Pt(或活泼性比铜弱的金属或石墨等导电的非金属
材料)
(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)。
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