新教材必修二丨高中新教材學案導學設計：實驗活動6 學案設計

實驗活動6化學能轉化成電能學習目標1.獲得化學能轉化成電能的化學實驗的基礎知識和基本技能,學習實驗研究的方法,能設計并完成化學能轉化成電能的化學實驗。2.形成原電池的概念,探究構成原電池的條件。重、難點重點:原電池的概念與構成的條件。難點:用已經(jīng)學過的有關知識探究化學能轉化成電能的條件和裝置。課堂探究主題學習探究過程提升素養(yǎng)自主學習【回顧】1.氧化還原反應中概念間的關系。2.人們常常利用化學反應將化學能轉化為、等其他形式的能量,用于生產(chǎn)、生活和科研。

3.原電池:利用反應將直接轉化成的裝置。

回顧氧化還原反應的相關知識,為實驗探究做好鋪墊。情境引入【思考】日常生活離不開電,那么同學們你們能想象一下沒有電后的生活嗎?【回顧】上節(jié)課我們學過化學能可以轉化為電能,目前我國用的最多的是火力發(fā)電。大家思考一下,火力發(fā)電都有哪些弊端?1.通過發(fā)現(xiàn)生活中需要用電的物品,使學生感受電能對人類生活的重要性。2.火力發(fā)電用到的原料,原料來源,能源利用率,環(huán)保等,形成分析這類問題的思維模型。一、探究原電池的構成條件【回顧】1.電流的實質是什么?2.哪一類反應最有可能實現(xiàn)將化學能轉化為電能的設想?【實驗1】用導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?用石墨棒代替銅片進行上述實驗。解釋所觀察到的現(xiàn)象。電極材料電流表指針是否發(fā)生偏轉解釋鋅片、銅片鋅片、石墨棒【思考1】鋅片、銅片用導線相連接,為何電流表指針依然不偏轉?【實驗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。電極材料實驗現(xiàn)象解釋鋅片鋅片、銅片鋅片、石墨棒【思考2】鋅和稀硫酸的反應是氧化還原反應,但是為何無電流產(chǎn)生?1.觀察宏觀外在現(xiàn)象。2.思考微觀本質原因。3.總結形成原電池的條件:

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續(xù)表主題學習探究過程動提升素養(yǎng)二、組裝原電池【實驗】根據(jù)上面總結的原電池構成條件,選擇不同的電極材料,以及稀硫酸、導線和電流表,組裝原電池,試驗其能否產(chǎn)生電流,并作出解釋。電極材料實驗現(xiàn)象解釋鋅片、銅片鋅片、石墨棒銅片、石墨棒【歸納】微觀粒子移動方向:外電路:。

內電路:。

【思考1】原電池正、負極的判斷方法有哪些?【思考2】回頭看剛才做過的實驗大家還有哪些問題或者現(xiàn)象想跟同學們分享一下的?通過選擇不同的電極,看能否形成原電池,加深對原電池構成條件的理解。三、進一步探索原電池電流大小的影響因素【思考1】(1)能否用鐵片作為電極代替銅鋅原電池中的鋅片?為什么?(2)換成鐵片后,電流大小發(fā)生變化嗎?如何變化?(3)如果實驗驗證大家剛才的猜測,要注意哪些問題?【思考2】大家觀察一下展臺上自己剛才組裝原電池的材料,回想自己做實驗的過程,還有哪些因素可能影響電流大小?【思考3】其他條件相同時,電極活性差異大,電流相對較大,那么其他因素是如何影響的?能否預測下?？偨Y原電池電流大小的影響因素。四、原電池知識的應用1.(1)下列裝置能發(fā)生原電池反應使電流表指針偏轉的是(填序號),并說明理由:

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(2)根據(jù)題目1中選出的原電池解答下列問題:①負極是,發(fā)生(填“氧化”或“還原”)反應。該極的現(xiàn)象:。電極反應式:。

②正極是,電極反應式:。

③溶液中的Fe3+移向極。

④電池總反應式:。

2.在倫敦上流社會,有一位貴族夫人格林太太,幼年時因蛀牙補過一顆不銹鋼的假牙。不料后來,她又因為車禍掉了一顆牙,為了顯示她的富有,她裝了一顆黃金假牙。自此以后,她就經(jīng)常出現(xiàn)頭痛、失眠、心情煩躁等癥狀。更奇怪的是,眾多的醫(yī)學專家為她檢查后,都找不到病因。格林太太的病因到底是什么呢?你能用今天所學的知識幫她解決嗎?知識鞏固落實。學以致用。小結【回顧】1.原電池的原理2.原電池的構成條件3.影響原電池電流大小的因素核心素養(yǎng)專練1.某原電池的總反應離子方程式為Zn+Cu2+Zn2++Cu,則該原電池的正確組成可以是下列的()2.某原電池反應的離子方程式為Zn+2H+Zn2++H2↑,關于此原電池的下列說法正確的是()A.HNO3可作電解質溶液B.在電解質溶液中電子從正極流向負極C.鋅極質量不變D.該原電池的正極材料可以為鐵3.下列敘述正確的是()①原電池是把化學能轉化為電能的一種裝置②原電池的正極上發(fā)生氧化反應,負極上發(fā)生還原反應③不能自發(fā)進行的氧化還原反應,通過原電池的裝置均可實現(xiàn)④石墨棒不能用來作原電池的正極⑤反應Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,能以原電池的形式來實現(xiàn)A.①⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②⑤4.下列關于原電池的敘述,正確的是()A.原電池的負極上發(fā)生還原反應B.原電池工作時,電子總是由負極經(jīng)導線流入正極C.原電池中,正、負極的電極材料一定都是金屬單質D.酸堿中和反應也可以設計成原電池5.有關原電池的下列說法,正確的是()A.2H2O2H2↑+O2↑可設計成原電池B.Al、Mg作原電池電極時,Al一定作正極C.原電池工作時,陽離子向正極方向移動D.原電池中氧化物不能作電極6.某電池總反應為Fe+2Fe3+3Fe2+,下列與此電池總反應不符的原電池是()A.銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池B.石墨、鐵片、Fe(NOC.鐵片、鋅片、Fe2(SOD.銀片、鐵片、Fe(NO7.下列關于原電池的敘述錯誤的是()A.干電池、鉛酸蓄電池和燃料電池都是化學電池B.在原電池中,電子流入的一極是正極,發(fā)生還原反應C.原電池放電時,外電路電流的方向是從正極到負極D.構成原電池的正極和負極必須是兩種不同材料的金屬8.原電池電極的“正”與“負”不僅與電極材料的性質有關,也與電解質溶液有關。下列說法正確的是()A.由Fe、Cu和FeCl3溶液組成的原電池中,負極反應式為Cu-2e-Cu2+B.由Al、Cu和稀硫酸組成的原電池中,負極反應式為Cu-2e-Cu2+C.由Al、Cu和NaOH溶液組成的原電池中,負極反應式為Al+4OH--3e-AlO2-+2H2D.由Al、Cu和濃硝酸組成的原電池中,負極反應式為Al-3e-9.有關原電池的下列說法,正確的是()A.原電池可以把物質內部的能量全部轉化為電能B.實驗室欲快速制取氫氣,可利用粗鋅與稀硫酸反應C.在原電池中,電子流出的一極是負極,該電極被還原D.構成原電池正極和負極的材料必須是金屬,原電池中正極一定是不活潑金屬10.將銅片、銀片用導線相連插入AgNO3溶液中構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是()①在外電路中,電流由銅電極流向銀電極②正極反應為Ag++e-Ag③溶液中Ag+向負極定向移動④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池反應相同A.①② B.②③ C.②④ D.③④11.將鋁片和銅片用導線相連,一組插入濃硝酸中,一組插入稀NaOH溶液中,分別形成了原電池,則在這兩個原電池中,正極分別為()A.銅片、鋁片 B.鋁片、銅片C.鋁片、鋁片 D.銅片、銅片12.如圖所示的燒杯中盛放的都是稀硫酸。(1)其中能形成原電池的是(填字母)。

(2)該原電池的正極是,正極反應式:;負極是,負極反應式:。

13.利用化學反應將存儲在物質內部的化學能轉化為電能,科學家設計出了原電池,從而為人類生產(chǎn)、生活提供能量。回答下列問題:(1)你認為(填“是”或“不是”)所有氧化還原反應都可以設計成原電池。

(2)某同學依據(jù)反應:2Ag++CuCu2++2Ag設計的原電池如圖所示。①負極的材料是,發(fā)生的電極反應為。

②當反應進行到一段時間后取出電極材料,測得某一電極增重了10.8g,則該原電池反應共轉移電子的物質的量是mol。

14.現(xiàn)有如下兩個反應:a.3Cu+8H++2NO3-3Cu2++4H2O+2NO↑b.Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O。(1)反應(填字母)不能設計成原電池,原因是。

(2)根據(jù)上述能設計成原電池的反應,畫出簡單的原電池實驗裝置圖,并注明電極材料和電解質溶液。寫出正極的電極反應式。參考答案課堂探究【自主學習】2.熱能電能3.氧化還原化學能電能【情境引入】【思考】不能看電視、不能聽音樂,不能上網(wǎng),不能用冰箱、洗衣機,不能用空調、電扇,電燈,出門電梯停運,商場超市甚至無法收銀……(合理即可)【回顧】(1)火力發(fā)電經(jīng)歷環(huán)節(jié)多,每個環(huán)節(jié)能量都不能實現(xiàn)100%的轉化,因此必然造成大量的能量損耗。(2)煤的燃燒會產(chǎn)生污染,不環(huán)保。(3)煤是化石燃料,是不可再生能源,火力發(fā)電消耗煤,導致能源枯竭。一、探究原電池的構成條件【回顧】1.電池的實質是帶電粒子的定向移動。2.我們學過的反應中,氧化還原反應最有可能實現(xiàn)將化學能轉化為電能?！緦嶒?】否否沒有電解質溶液,不能發(fā)生原電池反應【思考1】無電解質溶液,無氧化還原反應,無法構成閉合回路,所以無電流產(chǎn)生?！緦嶒?】電極材料實驗現(xiàn)象解釋鋅片鋅片溶解,表面產(chǎn)生無色氣泡鋅的還原性比H2的強,溶液中的H+直接得到Zn失去的電子生成H2鋅片、銅片①鋅片溶解,表面產(chǎn)生無色氣泡;②銅片表面無明顯變化銅的還原性比H2的弱,不能置換H2,電子不能在溶液中移動,鋅的電子不能轉移到銅片,H+只能在鋅片表面被還原成H2鋅片、石墨棒①鋅片溶解,表面產(chǎn)生無色氣泡;②石墨棒表面無明顯變化石墨為惰性材料,不能置換H2,電子不能通過溶液轉移到石墨棒,H+只能在鋅片表面被還原成H2【思考2】該反應的氧化反應和還原反應在同一位置進行,表現(xiàn)為放熱,化學能轉化為熱能,無電流產(chǎn)生。【提升素養(yǎng)】(1)活潑性不同的兩個電極。(2)電解質溶液。(3)自發(fā)的氧化還原反應。(4)形成閉合回路。二、組裝原電池【實驗】電極材料實驗現(xiàn)象解釋鋅片、銅片①鋅片溶解;②銅片不溶解,表面產(chǎn)生無色氣泡③電流表指針偏轉鋅失去的電子通過導線轉移至銅片表面產(chǎn)生電流,溶液中的H+在銅片表面獲得Zn失去的電子生成H2鋅片、石墨棒①鋅片溶解;②石墨棒表面產(chǎn)生無色氣泡;③電流表指針偏轉鋅失去的電子通過導線轉移至石墨棒表面產(chǎn)生電流,溶液中的H+在石墨棒表面獲得Zn失去的電子生成H2銅片、石墨棒銅片不溶解,電流表指針不偏轉銅的還原性比H2弱,不能發(fā)生氧化還原反應,沒有電子轉移,因而不能產(chǎn)生電流【歸納】電子從負極移向正極陽離子移向正極陰離子移向負極【思考1】①根據(jù)電極材料,通常較活潑的為負極。②根據(jù)反應類型,發(fā)生氧化反應的為負極。③根據(jù)反應現(xiàn)象,質量減輕的為負極。④根據(jù)電子或離子的移動方向,電子流出或陰離子移向的為負極?！舅伎?】①鋅片最好不要一直插在硫酸中,避免過度消耗,而且發(fā)現(xiàn)鋅片產(chǎn)生的氣體有氣味。②更換實驗組之前要沖洗電極,避免誤差。③注意電流表的量程和正確的連接方式,以免燒壞。三、進一步探索原電池電流大小的影響因素【思考1】(1)能。鐵能與稀硫酸反應置換出H2,失電子,作負極。(2)金屬活動性順序中,鐵、銅較鋅、銅的差距更小,電勢差更小,電流應該變小。(3)①電流表量程要合適。②要注意控制變量?！舅伎?】①電極活性的差異。②電極間距離的遠近。③電極材料表面積大小。④電極材料進入電解質溶液的深淺。⑤電解質溶液類型的不同?！舅伎?】①電極間距離越近,電流應該是越大。②電極材料表面積大,電流可能越大。③電極材料進入電解質溶液越深,電流可能會大。……四、原電池知識的應用1.(1)⑤①沒有構成閉合回路;②沒有自發(fā)進行的氧化還原反應;③酒精是非電解質,不反應;④兩電極相同(2)①Cu氧化銅片逐漸溶解Cu-2e-Cu2+②石墨Fe3++e-Fe2+(或2Fe3++2e-2Fe2+)③正④Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+2.不銹鋼假牙和黃金假牙在口腔中形成了原電池。核心素養(yǎng)專練1.C2.D3.A解析:①原電池裝置是將化學能轉化成電能的裝置,故①正確;②根據(jù)原電池的工作原理,負極上失去電子,元素的化合價升高,發(fā)生氧化反應,正極上得電子,元素的化合價降低,發(fā)生還原反應,故②錯誤;③原電池構成條件之一是自發(fā)的氧化還原反應,故③錯誤;④石墨棒能導電,可以作正極,故④錯誤;⑤銅比銀活潑,故銅可以在銀鹽的溶液中置換出銀,用銅作負極,石墨或銀等作正極,電解質溶液為硝酸銀溶液,可以組成原電池,故⑤正確。4.B解析:原電池工作時,負極上失電子,發(fā)生氧化反應,A不正確;原電池工作時,電子總是由負極出發(fā),沿著導線流向正極,B正確;原電池中,通常負極材料為金屬單質,但正極的電極材料不一定是金屬單質,如石墨等,C不正確;酸堿中和反應屬于非氧化還原反應,不能設計成原電池,D不正確。5.C6.C解析:由總反應可知,負極應為鐵,被氧化,電解質溶液應為含有Fe3+的溶液,A、B、D項中鐵都為負極,但C項,鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液組成的原電池中,鋅片為負極,鐵片為正極,原電池反應為Zn+2Fe3+2Fe2++Z7.D8.C解析:由Fe、Cu和FeCl3溶液組成的原電池中,鐵作負極,負極反應式為Fe-2e-Fe2+,