資源簡介

(共45張PPT)
第六章
化學(xué)反應(yīng)與能量
實驗活動6
化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能
我們知道在化學(xué)反應(yīng)中，化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，下面我們自己親自動手，來制作原電池。
~~~~~~~~~~~~~~~ 實驗活動 6 ~~~~~~~~~~~~~~~
化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能
[ 實驗?zāi)康?]
1. 理解氧化還原反應(yīng)在化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能過程中的作用，體會化學(xué)的價值。
2. 認識原電池的構(gòu)成要素及其作用。
[ 實驗用品 ]
燒杯、導(dǎo)線、電流表。
鋅片、銅片、石墨棒、稀硫酸
[ 實驗步驟 ]
1. 電極材料的實驗
(1) 用導(dǎo)線將電流表分別與鋅片、銅片相連接，使鋅片與銅片接觸，觀察電流表指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)：用石墨棒代替銅片進行上述實驗。解釋所觀察到的現(xiàn)象。
實驗現(xiàn)象：電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明鋅和銅接觸不能發(fā)生反應(yīng)，沒有電流產(chǎn)生。
A
Zn
Cu
A
Zn
石墨
實驗現(xiàn)象：電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明沒有電流，說明鋅和石墨棒接觸不能發(fā)生反應(yīng)。
電極材料 電流表指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn) 解釋
鋅片、銅片 不偏轉(zhuǎn) 兩個相互連接的電極材料相互接觸，并不能產(chǎn)生電流。
鋅片、石墨棒 不偏轉(zhuǎn)
實驗結(jié)論：說明只有電極材料相互接觸并不能產(chǎn)生電流。
(2) 將鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯里，觀察現(xiàn)象；再插入銅片，觀察現(xiàn)象；取出銅片，插入石墨棒，觀察現(xiàn)象。
① 將鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯里，觀察現(xiàn)象。
實驗現(xiàn)象：鋅片逐漸溶解，鋅片周圍有氣泡產(chǎn)生，鋅和稀硫酸發(fā)生了反應(yīng)。
Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
e-
e-
實驗現(xiàn)象：鋅片逐漸溶解，鋅片周圍有氣泡產(chǎn)生，鋅和稀硫酸發(fā)生了反應(yīng)。Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
把銅片插入稀硫酸，沒有現(xiàn)象產(chǎn)生，銅和稀硫酸不反應(yīng)。
稀硫酸
Cu
Zn
Zn2+
e-
e-
②將鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯里，再插入銅片，觀察現(xiàn)象。
實驗現(xiàn)象：鋅片逐漸溶解，鋅片周圍有氣泡產(chǎn)生，鋅和稀硫酸發(fā)生了反應(yīng)。Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
把石墨棒插入稀硫酸，沒有現(xiàn)象產(chǎn)生，石墨棒和稀硫酸不反應(yīng)。
稀硫酸
石墨
Zn
Zn2+
e-
e-
③將鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯里，再插入石墨棒，觀察現(xiàn)象。
電極材料 實驗現(xiàn)象 解釋
鋅片 鋅片逐漸溶解，有氣泡產(chǎn)生 Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
鋅片、銅片 鋅片逐漸溶解，有氣泡產(chǎn)生、銅片無現(xiàn)象 Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
鋅片、石墨棒 鋅片逐漸溶解，有氣泡產(chǎn)生，石墨棒無現(xiàn)象 Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
實驗結(jié)論：說明有電極材料和電解質(zhì)溶液，但是不用導(dǎo)線連接，也不能產(chǎn)生電流。
2. 原電池實驗
如下表所示，選擇不同的電極材料，以及稀硫酸、導(dǎo)線和電流表，組裝原電池，試驗其能否產(chǎn)生電流，并作出解釋。
正極
負極
Zn2+
H+
H+
H2
H2
Zn
稀硫酸
Cu
實驗現(xiàn)象：鋅片不斷溶解，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),銅四周不斷產(chǎn)生氣泡，說明產(chǎn)生了電流，形成了原電池。
1. 以 Zn-Cu (稀硫酸)設(shè)計如圖原電池，觀察現(xiàn)象
e-
e-
e-
e-
e-
e-
鋅片(負極)：氧化反應(yīng)
Zn－2e－＝Zn2＋
銅片(正極)：還原反應(yīng)
2H＋＋2e－＝H2↑
Zn2+
H+
H+
H2
H2
Zn
稀硫酸
Cu
e-
e-
e-
e-
e-
e-
實驗現(xiàn)象：鋅片不斷溶解，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨棒四周不斷產(chǎn)生氣泡，說明產(chǎn)生了電流，形成了原電池。
2. 以Zn-石墨棒(稀硫酸)設(shè)計如圖原電池，觀察現(xiàn)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(正極)：還原反應(yīng)
2H＋＋2e－＝H2↑
鋅片(負極)：氧化反應(yīng)
Zn－2e－＝Zn2＋
e-
e-
e-
e-
e-
e-
實驗現(xiàn)象：銅片無現(xiàn)象，電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨棒四周無現(xiàn)象，說明沒有產(chǎn)生電流，不能形成原電池。
Cu
稀硫酸
石墨棒
3. 以Zn-石墨棒(稀硫酸)設(shè)計如圖原電池，觀察現(xiàn)象
電極材料 實驗現(xiàn)象 解釋
鋅片、銅片 鋅片不斷溶解，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),銅四周不斷產(chǎn)生氣泡，說明產(chǎn)生了電流，形成了原電池。 鋅片：氧化反應(yīng)
Zn－2e－＝Zn2＋
銅片：還原反應(yīng) 2H＋＋2e－＝H2↑
鋅片、石墨棒 鋅片不斷溶解，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨棒四周不斷產(chǎn)生氣泡，說明產(chǎn)生了電流，形成了原電池。 鋅片：氧化反應(yīng)
Zn－2e－＝Zn2＋
石墨棒：還原反應(yīng)
2H＋＋2e－＝H2↑
電極材料 實驗現(xiàn)象 解釋
銅片、石墨棒 銅片無現(xiàn)象，電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨棒四周無現(xiàn)象，說明沒有產(chǎn)生電流，不能形成原電池。 不能發(fā)生反應(yīng)
上面的三個實驗表明，要構(gòu)成原電池，需要滿足以下條件：
①兩種活潑性不同電極.
(活潑性不同的金屬或一種金屬和另一種非金屬導(dǎo)體)
②電極必須插入電解質(zhì)溶液 。
③能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
④電極用導(dǎo)線相連構(gòu)成閉合回路。
原電池形成的必須條件：
[問題討論]
1. 根據(jù)以上實驗，說明原電池的工作原理和構(gòu)成要素，以及組裝原電池的操作注意事項。
(1) 原電池的工作原理：外電路中：較活潑金屬材料作負極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)； 較不活潑金屬材料作正極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)；電子從負極流向正極。
內(nèi)電路中：電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，使電流通過電解質(zhì)溶液。電流從正極流向負極。
(2) 原電池的構(gòu)成要素
① 兩種活潑性不同電極.(活潑性不同的金屬或一種金屬和另一種非金屬導(dǎo)體)
② 電極必須插入電解質(zhì)溶液 。
③ 能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
④ 電極用導(dǎo)線相連構(gòu)成閉合回路。
(3) 原電池注意事項：
①兩電極活潑型必須不同；
②其中一個電極必須和電解質(zhì)溶液可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
③電極用導(dǎo)線相連構(gòu)成閉合回路；
④注意電流表不能接反。
Zn-2e-=Zn2+
2H+ +2e-=H2
還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)
氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)
還原劑失去的電子從鋅極流出
流入銅極.
經(jīng)外電路
Zn2+
H+
SO42-
電流方向
原電池工作原理
2. 能否用鐵片作為電極代替銅鋅原電池中的鋅片？
為什么？
可以，因為鐵片也可以和稀硫酸發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，并且鐵片活潑性大于銅。
負極反應(yīng)：Fe－2e－＝ Fe2＋；
正極反應(yīng)：2H＋＋2e－＝ H2↑
總反應(yīng)：Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑
例題.下列裝置哪些可以形成原電池 ( )
A B C
原電池原理的應(yīng)用
1. 設(shè)計原電池
例題1、利用 Cu+2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2 的氧化還原反應(yīng)設(shè)計原電池 。
負極：Cu－2e－＝ Cu2＋ 氧化反應(yīng)
正極：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋ 還原反應(yīng)
2. 用于金屬的防護
使被保護的金屬處于正極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極得以保護。
訓(xùn)練1　利用反應(yīng) Zn＋CuSO4 ═══ ZnSO4＋Cu 設(shè)計一個原電池。在圖中方格內(nèi)畫出實驗裝置圖，并指出正極為_________________________，
電極反應(yīng)式為______________________；
負極為___________，
電極反應(yīng)式為______________________。
碳棒、Cu、鉑
Cu2＋＋2e－ ═ Cu
Zn
Zn－2e－＝ Zn2＋
3. 比較金屬的活潑性
例題2. 把A、B、C、D4塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。
若A、B相連時，A為負極；
C、D相連時，D上產(chǎn)生大量氣泡；
A、C相連時，電流由C經(jīng)導(dǎo)線流向A；
B、D相連時，電子由D經(jīng)導(dǎo)線流向B，
則此4種金屬的活動性由強到弱的順序為 ( )
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
訓(xùn)練2.下列事實不能說明Al的金屬活潑性比Cu強的是(　　)
A. 常溫下將鋁投入CuSO4溶液中
B. 常溫下將鋁和銅用導(dǎo)線連接一起放入到稀鹽酸溶液中
C. 常溫下將鋁和銅不用導(dǎo)線連接一起放入到稀鹽酸溶液中
D. 常溫下將鋁和銅用導(dǎo)線連接一起放入到氫氧化鈉溶液中
D
【解析】鋁在氫氧化鈉溶液中能反應(yīng)生成氫氣氣體的金屬，其他金屬不反應(yīng)，其活潑性不一定強，如Mg和Al。
解 析
編號 電極材料 電解質(zhì)溶液 電子方向(外電路)
1 Mg、Al 稀鹽酸 Mg→Al
2 Al、Cu 稀鹽酸 Al→Cu
3 Al、C (石墨) 稀鹽酸 Al→C(石墨)
4 Mg、Al 氫氧化鈉溶液 Al→Mg
5 Al、Zn 濃硝酸 Al→Zn
探究鋁電極在原電池中的作用
(1) 對實驗3完成下列填空：
① 鋁為_____極，電極反應(yīng)式： _________________ 。
② 石墨為_____極，電極反應(yīng)式： _______________ 。
負
正
2Al－6e－ ══ 2Al3＋
6H＋＋6e－ ══ 3H2↑
編號 電極材料 電解質(zhì)溶液 電子方向(外電路)
1 Mg、Al 稀鹽酸 Mg→Al
2 Al、Cu 稀鹽酸 Al→Cu
3 Al、C (石墨) 稀鹽酸 Al→C(石墨)
4 Mg、Al 氫氧化鈉溶液 Al→Mg
5 Al、Zn 濃硝酸 Al→Zn
(2) 實驗4中鋁作負極還是正極________，理由是___________________________________。
寫出鋁電極的電極反應(yīng)式：
________________________________________________
負極
在NaOH溶液中，活潑性Al＞Mg
Al－3e－＋4OH－═ AlO2－＋2H2O
(3) 解釋實驗5中電流計指針偏向鋁的原因：________
______________________________________________ 。
(4)根據(jù)實驗結(jié)果總結(jié)出影響鋁在原電池中作正極或負極的因素：___________________________________。
編號 電極材料 電解質(zhì)溶液 電子方向(外電路)
1 Mg、Al 稀鹽酸 Mg→Al
2 Al、Cu 稀鹽酸 Al→Cu
3 Al、C (石墨) 稀鹽酸 Al→C(石墨)
4 Mg、Al 氫氧化鈉溶液 Al→Mg
5 Al、Zn 濃硝酸 Al→Zn
①電極材料的活潑性②電解質(zhì)溶液的不同
在濃硝酸中，Al發(fā)生鈍化，活潑性Zn>Al，Zn是原電池的負極
4、金屬腐蝕
化學(xué)腐蝕 (次要)
金屬跟接觸到的物質(zhì) (如O2、Cl2、SO2等) 直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕。這類反應(yīng)比較簡單，僅僅是金屬跟氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。
電化學(xué)腐蝕 (主要)
不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕，分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕
在潮濕的空氣里，鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜，這層水膜里含有少量H+和OH－，還溶解了氧氣，結(jié)果在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液，它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成無數(shù)微小的原電池。
在這些原電池里，鐵是負極，碳是正
極。鐵失去電子而被氧化.
鋼鐵的吸氧腐蝕
鋼鐵的兩種電化學(xué)腐蝕：
正極：C
負極：Fe
電解質(zhì)溶液：不純的水
1. 在中性或很弱的酸性溶液中(占主要)，主要反應(yīng)如下：
負極：Fe－2e－ ══ Fe2＋
正極：O2＋2H2O＋ 4e－ ══ 4OH－
總反應(yīng)：2Fe＋2H2O＋O2═Fe(OH)2
Fe(OH)2 在空氣中最后轉(zhuǎn)化為Fe2O3
在中性或很弱的酸性溶液中，鋼鐵的腐蝕叫吸氧腐蝕。
2、在酸性溶液中，主要反應(yīng)。
負極：Fe－2e－ ══ Fe2＋
正極：2H＋＋2e－ ══ H2↑
總反應(yīng)：Fe＋2H＋══ Fe2＋＋H2↑
在酸性溶液中，鋼鐵的腐蝕叫析氫腐蝕。
5、加快氧化還原反應(yīng)的速率
一個金屬參加的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率大大加快。
例題：將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向 a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積 V(L) 與時間 t (min)的關(guān)系是 (　　)
A
【分析】a中少量鋅和硫酸銅反應(yīng)，形成原電池，反應(yīng)速率快，產(chǎn)生H2量少。
解 析
本課結(jié)束
This lesson is over
THANKS!

展開更多......

收起↑