实验活动 6　化学能转化成电能 [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。 [实验用品] 烧杯、导线、电流表。 锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸。 [实验步骤] 1．电极材料的实验 (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 锌片、铜片 锌片、石墨 电流表指针是否发生偏 转 否 解释 没有电解质溶液，无法形成原电 否 池 棒 (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 锌片 实验现象 锌片逐渐溶解，表面有气泡产 解释 锌片、铜 锌与稀硫酸反应生成氢气 生 锌片逐渐溶解，表面有气泡产 锌 与 稀 硫 酸 反 应 生 成 氢 气 ， 片 锌片、石 生，铜片表面无明显现象 铜与稀硫酸不反应 锌片逐渐溶解，表面有气泡产 锌 与 稀 硫 酸 反 应 生 成 氢 气 ， 墨棒 生，石墨棒表面无明显现象 2.原电池实验 石墨与稀硫酸不反应 如下表所示，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，并作出解释。 电极材料 锌片、铜 片 锌片、石 墨棒 铜片、石 墨棒 实验现象 锌片逐渐溶解，铜片表 面有气泡产生，电流表 指针发生偏转 锌片逐渐溶解，石墨棒 表面有气泡产生，电流 表指针发生偏转 铜片、石墨棒表面均无 明显现象，电流表指针 不偏转 [问题和讨论] 解释 锌、铜、稀硫酸构成原电池，锌作 负极，铜作正极，锌失去电子转化 为 Zn2 ＋ ， H ＋ 得 到 电 子 在 铜 片 表 面 产生 H2 锌、石墨、稀硫酸构成原电池，锌 作负极，石墨棒作正极，锌失去电 子 转 化 为 Zn2 ＋ ， H ＋ 得 到 电 子 在 石 墨棒表面产生 H2 铜、石墨与稀硫酸不反应，无法构 成原电池 1．根据以上实验，说明原电池的工作原理和构成要素，以及组装原电 池的操作注意事项。 提示：原电池的工作原理：原电池在工作时，负极上失电子发生氧化反 应，电子通过外电路输送到正极上 ，电解质溶液中具有氧化性的物质得到电 子发生还原反应，氧化反应和还原反应不断发生，负极失去的电子通过导线 不断地流向正极，电解质溶液中的阳离子不断地从负极移向正极 ，这样就形 成了闭合回路，实现化学能向电能的转化。 原电池的构成要素：①电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属 与其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)组成；②电解质溶液：作反应介 质，参与氧化还原反应，在溶液中构成闭合回路，起导电的作用；③两电极 之间有导线连接或直接接触，形成闭合回路；④发生的反应是自发的氧化还 原反应。 组装原电池的操作注意事项：①选择合适的电极材料；②能发生自发的 氧化还原反应；③整个装置能形成闭合回路。 2．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：可以用铁片代替锌片，因为铁比铜活泼，且能够与稀硫酸发生自 发的氧化还原反应。 [巩固练习] 某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一 系列实验，实验结果记录如下表。 编 号 1 2 3 4 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向 Al、Mg Al、Cu Al、C(石 稀盐酸 稀盐酸 偏向 Al 偏向 Cu 稀盐酸 偏向石墨 墨) Al、Mg 氢氧化钠溶 液 5 Al、Zn 浓硝酸 试根据表中的实验现象回答下列问题： 偏向 Mg 偏向 Al (1)实验 1、2 中 Al 所作的电极(正极或负极)是否相同？________(填“是” 或“否”)。 (2)由实验 3 完成下列填空： ① 铝作________极，电极反应式：__________________________________ ________________________________________________________________ ； ② 石墨作________极，电极反应式：________________________________ ________________________________________________________________ ； ③ 电池总反应式：______________________________________。 (3)实验 4 中铝作负极还是正极？________。理由是___________________ _ ________________________________________________________________ 。 写出铝电极的电极反应式：________________________________________ _ ________________________________________________________________ 。 (4)解释实验 5 中电流表指针偏向铝的原因：_________________________ _ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 。 (5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素： ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 。 [解析]　(1)在稀盐酸中，活动性：Mg＞Al＞Cu。由实验 1 和 2 可知，原 电池中电流表指针是偏向正极，故 Al 所作的电极不相同。 (2)实验 3 中电流表指针偏向石墨，故 Al 作负极，负极上 Al 失去电子被 氧化为 Al3＋，石墨作正极，正极上盐酸中的 H＋得到电子被还原为 H2。 (3)在 NaOH 溶液中，Al 与 NaOH 反应，Mg 与 NaOH 不反应，则 Al 作 负极，Mg 作正极。 (4)Al 在浓硝酸中发生钝化，Zn 在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中，Zn 作负极，Al 作正极，所以在实验 5 中电流表指针偏向铝。 [答案]　(1)否 (2)① 负 　 2Al － 6e － ===2Al3 ＋ 　 ② 正 　 6H ＋ ＋ 6e － ===3H2↑ 　 ③ 2Al ＋ 6HCl===2AlCl3＋3H2↑ (3)负极　Al 与 NaOH 反应，而 Mg 不与 NaOH 反应　Al－3e － ＋4OH － ===AlO＋2H2O (4)Al 在浓硝酸中发生钝化， Zn 在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓 硝酸中 Zn 作原电池的负极，Al 作原电池的正极 (5)另一个电极材料的活动性；电解质溶液