第六章 实验活动6 化学能转化成电能 学案-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

实验活动6　化学能转化成电能 学习目标 1.通过实验探究，理解氧化还原反应在化学能转化为电能过程中的作用，体会化学的价值。 2.通过实验探究，认识原电池的构成要素及其作用。 3.通过实验探究，提升分析、归纳问题的能力及实验设计能力。 重点难点 重点：原电池的概念与构成的条件。 难点：用已经学过的有关知识探究化学能转化成电能的条件和装置。 课堂探究 主题 学习探究过程 提升素养 自主学习 【回顾】1.氧化还原反应中概念间的关系。 2.人们常常利用化学反应将化学能转化为　　　　、　　　　等其他形式的能量，用于生产、生活和科研。  3.原电池：利用　　　　　　　　反应将　　　　直接转化成　　　　的装置。  回顾氧化还原反应的相关知识，为实验探究做好铺垫。 情境引入 【思考】日常生活离不开电，同学们能想象一下没有电后的生活吗？ 【回顾】上节课我们学过化学能可以转化为电能，目前我国用得最多的是火力发电。大家思考一下，火力发电都有哪些弊端？ 1.通过发现生活中需要用电的物品，使学生感受电能对人类生活的重要性。 2.通过思考火力发电用到的原料、原料来源、能源利用率、环保等，形成分析这类问题的思维模型。 一、探究原电池的构成条件 【回顾】 1.电流的实质是什么？ 2.电荷存在于哪些微粒？这些微粒依靠什么路径传递？ 3.什么可以促使电子与离子定向移动？ 【资料1】电子：可以在电势差的作用下从低电势定向移动到高电势，产生电流。 【资料2】离子：阴离子也可以在电势差的作用下从低电势定向移动到高电势，阳离子相反。 【资料3】①每种可以导电的材料，都有一个属性，叫做电势。它的大小主要取决于材料的本性。不同材料的电势不一样，不同材料的电极连接在一起就产生了电势差。 ②元素原子的得失电子能力不同，其形成的物质在闭合回路中也会存在电势差。 4.如何形成电势差？ 5.哪一类反应最有可能实现将化学能转化为电能的设想？ 【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 锌片、石墨棒 【思考1】锌片、铜片用导线相连接，为何电流表指针依然不偏转？ 【实验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。 电极材料 实验现象 解释 锌片 锌片、铜片 锌片、石墨棒 【思考2】锌和稀硫酸的反应是氧化还原反应，但是为何无电流产生？ 1.观察宏观外在现象。 2.思考微观本质原因。 3.总结形成原电池的条件：______________________ ______________________ ______________________ ______________________ ______________________。  二、组装原电池 【实验】根据上面总结的原电池构成条件，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，并记录实验现象，解释原因。 电极材料 实验现象 解释 锌片、铜片 锌片、石墨棒 铜片、石墨棒 【思考1】铜棒周围的氢气是铜与稀硫酸反应产生的吗？若不是，是怎样产生的？ 【思考2】储存在铜电极上的电子是从哪里来的？ 【思考3】 电荷是如何形成闭合回路的？请从电子和阴、阳离子的移动方向角度回答。 【归纳】 微观粒子移动方向： 外电路：　 。  内电路：　 。  【思考4】原电池正、负极的判断方法有哪些？ 【思考5】回头看刚才做过的实验，大家还有哪些问题或现象想跟同学们分享一下？ 通过选择不同的电极，看能否形成原电池，加深对原电池构成条件的理解。 三、进一步探索原电池电流大小的影响因素 【思考1】(1)能否用铁片作为电极代替铜锌原电池中的锌片？为什么？ (2)换成铁片后，电流大小发生变化吗？如何变化？ (3)如果通过实验来验证大家刚才的猜测，要注意哪些问题？ 【思考2】大家观察一下展台上自己刚才组装原电池的材料，回想自己做实验的过程，还有哪些因素可能影响电流大小？ 【思考3】其他条件相同时，电极活性差异大，电流相对较大，那么其他因素是如何影响电流大小的？能否预测下? 总结原电池电流大小的影响因素。 四、原电池知识的应用 1.(1)下列装置能发生原电池反应使电流表指针偏转的是 　　　　(填序号)，并说明其他装置不符合要求的理由：　  。  (2)根据(1)中选出的原电池回答下列问题： ①负极是　　　　　，发生　　　　　(填“氧化”或“还原”)反应，该电极的现象：　　　 　　　　　，电极反应式：　　　　　　　　 　　　　　。  ②正极是　　　，电极反应式：　 。  ③溶液中的Fe3+移向　　　　极。  ④电池总反应式：　 。  2.在伦敦上流社会，有一位贵族夫人格林太太，幼年时因蛀牙补过一颗不锈钢的假牙。不料后来，她又因为车祸掉了一颗牙，为了显示她的富有，她装了一颗黄金假牙。自此以后，她就经常出现头痛、失眠、心情烦躁等症状。更奇怪的是，众多的医学专家为她检查后，都找不到病因。格林太太的病因到底是什么呢？你能用今天所学的知识帮她解决吗？ 　　知识巩固落实。 学以致用。 小结 【回顾】 1.原电池的工作原理。 2.原电池的构成条件。 3.影响原电池电流大小的因素。 素养专练 1.某原电池的总反应离子方程式为Zn+Cu2+Zn2++Cu，则该原电池的正确组成可以是下列的(　　) 2.某原电池反应的离子方程式为Zn+2H+Zn2++H2↑，关于此原电池的下列说法正确的是(　　) A.HNO3溶液可作电解质溶液 B.在电解质溶液中电子从正极流向负极 C.锌极质量不变 D.该原电池的正极材料可以为铁 3.下列叙述正确的是(　　) ①原电池是把化学能转化为电能的一种装置　②原电池的正极上发生氧化反应，负极上发生还原反应　③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现　④石墨棒不能用来作原电池的正极　⑤反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+能以原电池的形式来实现 A.①⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②⑤ 4.下列关于原电池的叙述正确的是(　　) A.原电池的负极上发生还原反应 B.原电池工作时，电子总是由负极经导线流入正极 C.原电池中，正、负极的电极材料一定都是金属单质 D.酸碱中和反应也可以设计成原电池 5. 下列有关原电池的说法正确的是(　　) A.2H2O2H2↑+O2↑可设计成原电池 B.Al、Mg作原电池电极时，Al一定作正极 C.原电池工作时，阳离子向正极方向移动 D.原电池中氧化物不能作电极 6.某电池总反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+，下列与此电池总反应不符的原电池是(　　) A.铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池 B.石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池 C.铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池 D.银片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池 7.下列关于原电池的叙述错误的是(　　) A.干电池、铅酸蓄电池和燃料电池都是化学电池 B.在原电池中，电子流入的一极是正极，发生还原反应 C.原电池放电时，外电路中电流的方向是从正极到负极 D.构成原电池的正极和负极必须是两种不同材料的金属 8.原电池电极的“正”与“负”不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法正确的是(　　) A.由Fe、Cu和FeCl3溶液组成的原电池中，负极反应式为Cu-2e-===Cu2+ B.由Al、Cu和稀硫酸组成的原电池中，负极反应式为Cu-2e-===Cu2+ C.由Al、Cu和NaOH溶液组成的原电池中，负极反应式为Al+4OH--3e-===Al[(OH)4]- D.由Al、Cu和浓硝酸组成的原电池中，负极反应式为Al-3e-===Al3+ 9. 下列有关原电池的说法正确的是(　　) A.原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能 B.实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀硫酸反应 C.在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原 D.构成原电池正极和负极的材料必须是金属，原电池中正极一定是不活泼金属 10.将铜片、银片用导线相连插入AgNO3溶液中构成一个原电池。下列有关该原电池的叙述正确的是(　　) ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极　②正极反应为Ag++e-===Ag　③溶液中Ag+向负极定向移动　④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A.①② B.②③ C.②④ D.③④ 11.将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成了原电池，则在这两个原电池中，正极分别为(　　) A.铜片、铝片 B.铝片、铜片 C.铝片、铝片 D.铜片、铜片 12.如图所示的烧杯中盛放的都是稀硫酸。 (1)其中能形成原电池的是　　　　(填字母)。  (2)该原电池的正极是　　　 　，正极反应式：　　 　　　　　　　　　　　；负极是　　　　 　　，负极反应式：　　　　 　　　　　　　。  13.利用化学反应将存储在物质内部的化学能转化为电能，科学家设计出了原电池，从而为人类生产、生活提供能量。回答下列问题： (1)你认为　　　　　(填“是”或“不是”)所有氧化还原反应都可以设计成原电池。  (2)某同学依据反应2Ag++CuCu2++2Ag设计的原电池如图所示。 ①负极的材料是　　　　，发生的电极反应为　 。  ②当反应进行一段时间后取出电极材料，测得某一电极增重了10.8 g，则该原电池反应转移电子的物质的量是　　　 mol。  14.现有如下两个反应： a.3Cu+8H++2NO3-===3Cu2++4H2O+2NO↑； b.Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O。 (1)反应　　　(填字母)不能设计成原电池，原因是　　　　　　　　 　　　　　。  (2)根据上述能设计成原电池的反应，画出简单的原电池实验装置图，并注明电极材料和电解质溶液。写出正极的电极反应式。 参考答案 · 课堂探究 【自主学习】 2.热能　电能 3.氧化还原　化学能　电能 【情境引入】 【思考】不能看电视，不能听音乐，不能上网，不能用冰箱、洗衣机，不能用空调、电扇、电灯，电梯停运，商场、超市甚至无法收银……(合理即可) 【回顾】 (1)火力发电经历环节多，每个环节能量都不能实现100%的转化，因此必然造成大量的能量损耗。 (2)煤的燃烧会产生污染，不环保。 (3)煤是化石燃料，是不可再生能源，火力发电消耗煤，导致能源枯竭。 一、探究原电池的构成条件 【回顾】1.电流的实质是带电粒子的定向移动。 2.电子：借助金属导体或石墨；阴、阳离子：借助电解质溶液或熔融态电解质。 3.形成电势差。 4.不同材料的电极连接在一起或物质得失电子。 5.我们学过的反应中，氧化还原反应最有可能实现将化学能转化为电能。 【实验1】 电极材料 电流表指针是否发生偏转 解释 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 　　【思考1】无电解质溶液，无氧化还原反应，无法构成闭合回路，所以无电流产生。 【实验2】 电极材料 实验现象 解释 锌片 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 锌片、 铜片 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上，H+只能在锌片表面被还原成H2 锌片、 石墨棒 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上，H+只能在锌片表面被还原成H2 【思考2】该反应的氧化反应和还原反应在同一位置进行，表现为放热，化学能转化为热能，无电流产生。 【提升素养】(1)活泼性不同的两个电极。 (2)电解质溶液。 (3)自发的氧化还原反应。 (4)形成闭合回路。 二、组装原电池 【实验】 电极材料 实验现象 解释 锌片、 铜片 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 锌片、 石墨棒 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 铜片、 石墨棒 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 【思考1】不是，铜与稀硫酸不反应，溶液中的H＋在铜片表面获得电子生成H2。 【思考2】Zn失去的电子沿导线移向铜电极。 【思考3】电子从负极移向正极；阳离子移向正极，阴离子移向负极。 【归纳】电子从负极移向正极　阳离子移向正极，阴离子移向负极 【思考4】①根据电极材料，通常较活泼的为负极。 ②根据反应类型，发生氧化反应的为负极。 ③根据反应现象，质量减少的为负极。 ④根据电子或离子的移动方向，电子流出或阴离子移向的电极为负极。 【思考5】①锌片最好不要一直插在稀硫酸中，避免过度消耗，而且发现锌片产生的气体有气味。 ②更换实验组之前要冲洗电极，避免误差。 ③注意选用量程合适的电流表和采用正确的连接方式，以免烧坏。 三、进一步探索原电池电流大小的影响因素 【思考1】(1)能。锌片作负极，失电子→铁不如锌活泼，但是也可以与稀硫酸反应→所以铁片可以代替锌片作负极。(2)在金属活动性顺序中，铁、铜较锌、铜的差距更小，电势差更小，电流应该变小。(3)①电流表量程要合适。②要注意控制变量。 【思考2】①电极活性的差异。 ②电极间距离的远近。 ③电极材料表面积大小。 ④电极材料进入电解质溶液的深浅。 ⑤电解质溶液类型的不同。 【思考3】①电极间距离越近，电流可能越大。 ②电极材料表面积越大，电流可能越大。 ③电极材料进入电解质溶液越深，电流可能越大。 四、原电池知识的应用 1.(1)⑤　①没有构成闭合回路；②没有自发进行的氧化还原反应；③酒精是非电解质，不反应；④两电极相同 (2)①Cu　氧化　铜片逐渐溶解　Cu-2e-===Cu2+　②石墨　Fe3++e-===Fe2+(或2Fe3++2e-===2Fe2+)　③正　④Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+ 2.不锈钢假牙和黄金假牙在口腔中形成了原电池。 · 素养专练 1.C　2.D 3.A　【解析】①原电池装置是将化学能转化成电能的装置，故①正确；②根据原电池的工作原理，负极上失去电子，元素的化合价升高，发生氧化反应，正极上得到电子，元素的化合价降低，发生还原反应，故②错误；③原电池的构成条件之一是自发的氧化还原反应，故③错误；④石墨棒能导电，可以作正极，故④错误；⑤铜比银活泼，故铜可以从银盐的溶液中置换出银，用铜作负极，石墨或银等作正极，硝酸银溶液为电解质溶液，可以组成原电池，故⑤正确。 4.B　【解析】原电池工作时，负极上失电子，发生氧化反应，A不正确；原电池工作时，电子由负极流出，沿着导线流向正极，B正确；原电池中，通常负极材料为金属单质，但正极的电极材料不一定是金属单质，如石墨等，C不正确；酸碱中和反应属于非氧化还原反应，不能设计成原电池，D不正确。 5.C 6.C　【解析】由总反应可知，负极应为铁，被氧化，电解质溶液应为含有F的溶液，A、B、D项中铁都为负极。但C项，铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池中，锌片为负极，铁片为正极，原电池反应为Zn+2Fe3+===2Fe2++Zn2+，故答案选C。 7.D 8.C　【解析】由Fe、Cu和FeCl3溶液组成的原电池中，铁作负极，负极反应式为Fe-2e-===Fe2+，A错误；由Al、Cu和稀硫酸组成的原电池中，铝作负极，负极反应式为Al-3e-===Al3+，B错误；由Al、Cu和NaOH溶液组成的原电池中，铝作负极，负极反应式为Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]-，C正确；由Al、Cu和浓硝酸组成的原电池中，铜作负极，负极反应式为Cu-2e-===Cu2+，D错误。 9.B 10.C　【解析】①在外电路中，电子由负极流向正极，电流由正极流向负极，故电流由银电极流向铜电极，故①错误；②银为正极，电极反应式为Ag++e-===Ag，故②正确；③溶液中阳离子向正极移动，则Ag+向正极定向移动，故③错误；④该原电池负极的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+，正极的电极反应式为Ag++e-===Ag，故总反应为Cu+2Ag+===Cu2++2Ag，铜片与硝酸银反应的离子方程式为Cu+2Ag+===Cu2++2Ag，与原电池的总反应相同，故④正确。 11.B　【解析】插入浓硝酸中：常温下，浓硝酸将Al钝化，Cu和浓硝酸反应生成Cu(NO3)2、H2O和NO2，Cu失电子，作负极，Al作正极；插入稀NaOH溶液中：Cu和NaOH溶液不反应，Al和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2，Al失电子，作负极，Cu作正极。 12.答案：(1)A (2)Cu　2H++2e-===H2↑　Zn　Zn-2e-===Zn2+ 13.答案：(1)不是　(2)①Cu　Cu-2e-===C　②0.1 14.答案：(1)b　反应b不是氧化还原反应 (2)　4H++NO3-+3e-===2H2O+NO↑ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$