魯科版選修四《化學能轉(zhuǎn)化為電能——電池》教案2

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1、 最新魯科版選修四《化學能轉(zhuǎn)化為 電能——電池》教案 2——電池》教 案 2 一、教學目標 1. 體驗化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過程 2. 金屬的電化學腐蝕 3. 電極反應(yīng)式的寫法 二、教學重點 初步認識原電池概念、原理、組成及應(yīng)用。電極反 應(yīng)式的寫法。 三、教 學難點 通過對原電池實驗的研究 , 引導(dǎo)學生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì) , 以及這 種轉(zhuǎn)化的綜合利用價 值。 四、教學過程 【引入】 電能是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛 , 使用最方便、污染最

2、小的一種二次能源 , 又稱電力。例 如 , 日常生活中使用的手提電腦、手機、相機、攝像機??這一切都依賴于電池的應(yīng)用。那么, 電池是怎樣把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪?？我們這節(jié)課來一起復(fù)習一下有關(guān)原電池的相關(guān)內(nèi)容。 試驗探究：銅片、鋅片、硫酸都是同學們很熟悉的物質(zhì) , 利用這三種物質(zhì)我們再現(xiàn)了 1799 年意大利物理學家 ---- 伏打留給我們的歷史閃光點！ 【實驗探究】 ( 銅鋅原電池 ) 實 驗 步 驟 現(xiàn) 象 Cu Zn 1、鋅片插入稀硫酸 2、銅片插入稀硫酸 3、鋅片和銅片上端連接在一

3、起插入稀硫 1 / 5 酸 【問題探究】 1、鋅片和銅片分別插入稀硫酸中有什么現(xiàn)象發(fā)生？ 2、鋅片和銅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中 , 現(xiàn)象又怎樣？為什么？ 3、鋅片的質(zhì)量有無變化？溶液中 c (H + ) 如何變化？ 4、鋅片和銅片上變化的反應(yīng)式怎樣書寫？ 5、電子流動的方向如何？ 講：我們發(fā)現(xiàn)檢流計指針偏轉(zhuǎn) , 說明產(chǎn)生了電流 , 這樣的裝置架起了化學能轉(zhuǎn)化為電能的橋 梁 , 這就是生活中提供電能的所有電池的開山鼻祖 ---- 原電池。一、原電池 （1）原電池概念：學能轉(zhuǎn)化為電能

4、的裝置叫做原電池。 問：在原電池裝置中只能發(fā)生怎樣的化學變化？ 學生： Zn+2H + 2+ =Zn +H↑ 2 講：為什么會產(chǎn)生電流呢？ 答：其實鋅和稀硫酸反應(yīng)是氧化還原反應(yīng) , 有電子的轉(zhuǎn)移 , 但氧化劑和還原劑熱 運動相遇發(fā) 生有效碰撞電子轉(zhuǎn)移時 , 由于分子熱運動無一定的方向 , 因此電子轉(zhuǎn)移不會形成電流 , 而通常 以熱能的形式表現(xiàn)出來 , 激烈的時候還伴隨有光、聲等其他的形式的能量。顯然從理論上講 ,

5、一個能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng) , 若能設(shè)法使氧化與還原分開進行 , 讓電子的不規(guī)則轉(zhuǎn)移變 成定向移動 , 便能形成電流。所以原電池的實質(zhì)就是將氧化還原的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向 移動形成電流。 （2）實質(zhì)：將一定的氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動。即將化學能轉(zhuǎn)化成電能的形式釋放。 問：那么這個過程是怎樣實現(xiàn)的呢？我們來看原電池原理的工作原理。 （ 3）原理：（負氧正還） 問：在鋅銅原電池中哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得到電子？學生：活潑金屬鋅失電子 , 氫離子得到電子 問：導(dǎo)線上有電流產(chǎn)生 , 即

6、有電子的定向移動 , 那么電子從鋅流向銅 , 還是銅流向鋅？學生：鋅流向銅 講：當銅上有電子富集時 , 又是誰得到了電子？ 學生：溶液中的氫離子 講：整個放電過程是：鋅上的電子通過導(dǎo)線流向用電器 , 從銅流回原電池 , 形成電流 , 同時氫 2 / 5 離子在正極上得到電子放出氫氣 , 這就解釋了為什么銅片上產(chǎn)生了氣泡的原因。 講：我們知道電流的方向和電子運動的方向正好相反 , 所以電流的方向是從銅到鋅 , 在電學 上我們知道電流是從正極流向負極的 , 所以 , 鋅銅原電池中 , 正負極分別是什么？

7、 學生：負極（ Zn） 正極（ Cu） 實驗：我們用干電池驗證一下我們分析的正負極是否正確！ 講：我們一般用離子反應(yīng)方程式表示原電池正負極的工作原理 , 又叫電極方程式或電極反 應(yīng)。一般先寫負極 , 所以可表示為： 負極（ Zn）： Zn－2e＝ Zn2＋ （氧化） 正極（ Cu）： 2H＋ ＋ 2e＝ H2↑（還原） 講：其中負極上發(fā)生的是氧化反應(yīng) , 正極上發(fā)生的是還原反應(yīng) , 即負氧正還。 注意：電極方程式要①注明正負極和電極材料 ②滿足所有守衡 總反應(yīng)是： Zn+2H+=Zn2++H2↑ 講：原來一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)通過一定的裝

8、置讓氧化劑和還原劑不規(guī)則的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動就形成了原電池。 轉(zhuǎn)折：可以看出一個完整的原電池包括正負兩個電極和電解質(zhì)溶液 , 及導(dǎo)線。那么銅鋅原電 池中的正負極和硫酸電解質(zhì)能否換成其他的物質(zhì)呢？ 學生：當然能 , 生活中有形形色色的 電池。 過渡：也就是構(gòu)成原電池要具備怎樣的條件？ 二、原電池的構(gòu)成條件的探究 --- 分組實驗活動 --- 課件展示 思考：鋅 銅原電池的正負極可換成哪些物質(zhì)？保證鋅銅原電池原理不變 , 正負極可換成哪 些物質(zhì)？（ C 、 Fe、 Sn 、 Pb 、 Ag 、 Pt 、 Au 等） 思考：如何根據(jù)

9、氧化還原反應(yīng)原理來設(shè)計原電池呢？ 請將氧化還原反應(yīng) Zn + Cu 2+ = Cu + Zn 2+設(shè)計成電池：有學生板演畫出裝置圖 , 講述：設(shè)計成鹽橋的原理及有點 此電池的優(yōu)點：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。其中 , 用到了鹽橋 什么是鹽橋？ 鹽橋中裝有飽和的 KCl 溶液和瓊脂制成的膠凍 , 膠凍的作用是防止管中溶液流出。 鹽橋的作用是什么？ 可使由它連接的兩溶液保持電中性 , 否則鋅鹽溶液會由于鋅溶解成為 Zn2+而帶上正電 , 銅鹽溶液會由于銅的析出減少了 Cu2+而帶上了負電。 鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移 , 使鋅

10、的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進 行。 導(dǎo)線的作用是傳遞電子 , 溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通 內(nèi)電路。 3 / 5 結(jié)論： 1、活潑性不同的兩電極 2、電解質(zhì)溶液 3、形成閉合回路（導(dǎo)線 連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液 4、自發(fā)的氧化還原反應(yīng) ( 本質(zhì)條件 ) 三、 化學電源 (1) 干電池（ NH 4Cl 糊狀物為電解質(zhì)）負極（鋅筒）： Zn-2e —=Zn 2+ , 正極（石墨） 2NH + - ↑ +Mn 4 +2MnO 2 + 2e =2NH 3 2O3+

11、H 2O 總反應(yīng)： Zn+2NH 4+ 2 2+ 3↑ +Mn2 32 +2MnO = Zn +2NH O +H O (2) 銀鋅電池（電解質(zhì)為 KOH ） 負極： Zn+2OH --2e-=Zn(OH) 2（或 Zn+2OH --2e- =ZnO+H 2O） 正極： Ag 2O+H 2O+2e-=2Ag+2OH - 總反應(yīng)： Zn+Ag 2O+H 2O=Zn(OH) 2+2Ag （或 Zn+Ag 2O=ZnO+2Ag ） (3) 鉛蓄電池（電解質(zhì)溶液為稀硫酸） 負極（ Pb）： Pb+SO42--2e-=PbSO4,

12、 正極（ PbO2）： PbO2+4H ++ SO42-+2e-=PbSO4+2H 2O 總反應(yīng)： Pb+PbO2+2H 2SO4=2PbSO4+2H 2O (4) 燃料電池：當前廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池 , 它是 一種高效低污染的新型電池 , 主要用于航天領(lǐng)域。它的電極材料一般為活化電極 , 碳電極上 嵌有微細分散的鉑等金屬作催化劑 , 如鉑電極、活性炭電極等 , 具有很強的催化活性。電解 質(zhì)溶液一般為 40%的 KOH溶液。 電極反應(yīng)式為：負極 H 2 2H 2H ＋ 2OH－ 2 e ＝ 2H2O 正極 Ｏ

13、2＋ 2H2O＋4 e ＝4OH 電池總反應(yīng)式為： 2H2＋Ｏ 2＝ 2H2O 另一種燃料電池是用金屬鉑片插入 KOH 溶液作電極 , 又在兩極上分別通甲烷 燃料 和氧氣 氧化劑 。電極反應(yīng)式為： － － 8e ＝ CO 32- ＋ 7H2O； 負極： CH4 ＋ 10OH 正極： 4H2O＋ 2O＋ 8e ＝8OH。 電池總反應(yīng)式為： CH4＋ 2O2＋ 2KOH＝ K2CO3＋ 3H2O 4 / 5 四、 金屬的電化學腐蝕與防護 【學生看書討論】 1. 什么是金屬的腐蝕 ?金屬腐蝕的本質(zhì)是什么 ? 2. 化學腐蝕與電化學腐蝕的共同點和不同點是什么 ? 3. 鋼鐵腐蝕的兩種情況？電極反應(yīng)的書寫？ 4. 金屬的防護的方法有哪些？ 5 / 5