2019-2020年高中化學(xué) 1.3化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——原電池教案 魯教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 1.3化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——原電池教案 魯教版選修4 一、教學(xué)目標(biāo) 1.體驗化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過程 2.金屬的電化學(xué)腐蝕 3. 電極反應(yīng)式的寫法 二、教學(xué)重點 初步認(rèn)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(xué)難點 通過對原電池實驗的研究，引導(dǎo)學(xué)生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學(xué)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(xué)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(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪兀课覀冞@節(jié)課來一起復(fù)習(xí)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(xué)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(xué)家----伏打留給我們的歷史閃光點！ Zn Cu 【實驗探究】(銅鋅原電池) 實 驗 步 驟 現(xiàn) 象 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起插入稀硫酸 【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(xué)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(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。 問：在原電池裝置中只能發(fā)生怎樣的化學(xué)變化？ 學(xué)生： Zn+2H+=Zn2++H2↑ 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，一個能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，若能設(shè)法使氧化與還原分開進(jìn)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(xué)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(fù)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(xué)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，即有電子的定向移動，那么電子從鋅流向銅，還是銅流向鋅？ 學(xué)生：鋅流向銅 講：當(dāng)銅上有電子富集時，又是誰得到了電子？ 學(xué)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(xué)上我們知道電流是從正極流向負(fù)極的，所以，鋅銅原電池中，正負(fù)極分別是什么？ 學(xué)生：負(fù)極（Zn） 正極（Cu） 實驗：我們用干電池驗證一下我們分析的正負(fù)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(fù)極的工作原理，又叫電極方程式或電極反應(yīng)。一般先寫負(fù)極，所以可表示為： 負(fù)極（Zn）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化） 正極（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（還原） 講：其中負(fù)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(fù)氧正還。 注意：電極方程式要①注明正負(fù)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(fù)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(fù)極和硫酸電解質(zhì)能否換成其他的物質(zhì)呢？ 學(xué)生：當(dāng)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(fù)極可換成哪些物質(zhì)？保證鋅銅原電池原理不變，正負(fù)極可換成哪些物質(zhì)？（ C、Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au等） 思考：如何根據(jù)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 + Cu2+ = Cu + Zn2+設(shè)計成電池：有學(xué)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(fù)電。 鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移，使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進(jìn)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。 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(xué)電源 (1) 干電池（NH4Cl糊狀物為電解質(zhì)） 負(fù)極（鋅筒）：Zn-2e—=Zn2+， 正極（石墨）2NH4++2MnO2 + 2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O 總反應(yīng)：Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O (2) 銀鋅電池（電解質(zhì)為KOH） 負(fù)極：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2（或Zn+2OH--2e- =ZnO+H2O） 正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH- 總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag （或 Zn+Ag2O=ZnO+2Ag） (3) 鉛蓄電池（電解質(zhì)溶液為稀硫酸） 負(fù)極（Pb）：Pb+SO42--2e-=PbSO4， 正極（PbO2）：PbO2+4H++ SO42-+2e-=PbSO4+2H2O 總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O (4) 燃料電池：當(dāng)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(xì)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(fù)極 H22H 2H＋2OH-－2 e-＝2H2O 正極 Ｏ2＋2H2O＋4 e-＝4OH- 電池總反應(yīng)式為：2H2＋Ｏ2＝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： 負(fù)極：CH4＋10OH－－8e- ＝＋7H2O； 正極：4H2O＋2O2＋8e- ＝8OH-。 電池總反應(yīng)式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 四、 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護 【學(xué)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(xué)腐蝕與電化學(xué)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？ 金屬的防護的方法有哪些？