云南省曲靖市高中化學(xué) 第一章 化學(xué)反應(yīng)與能量 1.3 原電池原理教案 新人教版選修4.doc

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原電池原理 [導(dǎo)入新課] 故事：在倫敦的上流社會，有一位貴族夫人格林太太，她有一口整齊潔白的牙齒。但其中鑲有兩顆假牙：一顆是黃金的-這是格林太太富有的象征；另一顆是不銹鋼的—這是一次車禍留下的痕跡。 令人百思不解的是：打從車禍以后，格林太太經(jīng)常頭疼，夜間失眠，心情煩躁……盡管一些國際上知名的專家教授絞盡腦汁但格林太太的病癥未能有絲毫的減輕，而且日趨嚴(yán)重……她的病真的就沒治了嗎？ 后來是一位化學(xué)家解除了她的痛苦。 藥方：換掉一顆假牙。 病因：口腔內(nèi)產(chǎn)生了微弱的電流，刺激神經(jīng)，導(dǎo)致人體生理系統(tǒng)紊亂，引發(fā)一系列病癥。 大家可能會產(chǎn)生疑問：格林太太的口中怎么會有電流產(chǎn)生呢？下面我們通過以下的類比實驗進行進一步的探究來揭穿其中的奧妙。 [演示實驗] 1.內(nèi)容：把鋅片和銅片平行地浸入盛有稀硫酸溶液的燒杯中。 現(xiàn)象：鋅片表面有氫氣泡生成 銅片表面無氣泡生成 解釋：鋅排在氫前能置換出氫氣 銅排在氫后不能置換出氫氣 2.內(nèi)容：把鋅片和銅片用導(dǎo)線連接起來再平行地浸入盛有稀硫酸溶液的燒杯中。 大家觀察到一個很奇怪的現(xiàn)象：鋅片表面無氣泡生成， 銅片表面有氣泡生成 3.內(nèi)容：在鋅片與銅片連接的導(dǎo)線中間接入一個電流計，再把鋅片與銅片平行地浸入盛有稀硫酸的燒杯中。 現(xiàn)象：電流計指針偏轉(zhuǎn) 疑問：2實驗中銅片表面為什么有氣泡生成？3實驗中電流計指針為什么偏轉(zhuǎn)？ 分析：Zn、Cu用導(dǎo)線連接一同浸入稀硫酸時，Zn比Cu活潑，易失去電子，電子從Zn片流出通過導(dǎo)線流向Cu片，電子定向移動形成電流，故電流計指針有偏轉(zhuǎn)； 溶液中的H+從Cu片獲得電子，2H++2e-=H2，生成氫氣，故Cu片表面有氣泡生成。 從能量變化的角度分析這套裝置：我們知道，物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時，常伴有化學(xué)能與熱能、光能等的相互轉(zhuǎn)化, 比如鎂帶燃燒發(fā)光、放熱是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能和熱能。那么，我們做的這個實驗是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)槟姆N能量形式呢？ 這是以Zn和稀H2SO4反應(yīng)為基礎(chǔ)，將此反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。 我們把這種將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置稱為原電池。 1、原電池定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 這一現(xiàn)象早在1799年被意大利的物理學(xué)家伏打捕捉到并加以研究，發(fā)明了世界上第一個電池——伏打電池，即原電池 過度：回顧剛才所做實驗，我們就是因為組合成了一個原電池才使得電流計指針有偏轉(zhuǎn)，下面我們以此原電池為例進一步分析原電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得出其供電原理 2、原電池原理： 先進行理論分析： 外電路（導(dǎo)線上）：鋅片上Zn失去電子，電子通過導(dǎo)線流向Cu片，電子定向移動形成電流 內(nèi)電路（溶液內(nèi)）：由電性作用，溶液中帶正電荷的離子H+、Zn2+移向Cu片；帶負(fù)電荷離子移向Zn片，溶液中帶電離子定向移動形成電流 內(nèi)外電路形成閉合回路，電路中有電流通過便可向外供電。 此原電池所涉及到的反應(yīng)是： 鋅片：Zn-2e- = Zn2+ （氧化反應(yīng)） 銅片：2H++2e- = H2 （還原反應(yīng)） 我們把鋅片和銅片稱為此原電池的兩個電極 此原電池以Zn和稀硫酸反應(yīng)為基礎(chǔ)，將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別設(shè)置在兩個電極上進行，從而產(chǎn)生了電流，實現(xiàn)了Zn和稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。 由此我們得出了原電池的原理： 原電池以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別設(shè)置在兩個電極上進行，從而產(chǎn)生電流，實現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋? 以上是理論分析，下面再用動畫演示其變化過程，加深對原電池原理的理解。 過渡：我們可以通過原電池的兩個電極上發(fā)生的反應(yīng)來理解原電池的原理，人們把原電池的兩個電極分別叫做正極和負(fù)極，在電極上進行的反應(yīng)稱為電極反應(yīng)，下面我們討論原電池的電極和電極反應(yīng) 3、原電池的電極和電極反應(yīng) 規(guī)定：原電池中電子流出的一極為負(fù)極，電子流入的一極為正極 負(fù)極：電子流出的一極，（在此電極上物質(zhì)失電子）發(fā)生氧化反應(yīng) 正極：電子流入的一極，（在此電極上物質(zhì)得電子）發(fā)生還原反應(yīng) 以Zn、Cu-稀H2SO4原電池為例表示出此原電池的電極反應(yīng)和電池總反應(yīng) （由學(xué)生根據(jù)正負(fù)極的規(guī)定判斷出此原電池的正負(fù)極） 負(fù)極：Zn-2e- = Zn2+ 正極：2H++2e-=H2 將負(fù)極反應(yīng)和正極反應(yīng)相加，并消去電子就得到電池總反應(yīng)： Zn+2H+= Zn2++ H2 過渡：在書寫電極反應(yīng)時有一點需要特別注意，那就是準(zhǔn)確判斷出原電池的正負(fù)極，下面討論原電池正負(fù)極的判斷方法 （1） 活潑金屬作負(fù)極（由電極的活潑性判斷） （2） 電子流出的一極為負(fù)極（由電子的流向判斷） （3） 發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極（由發(fā)生反應(yīng)的類型判斷） 過渡：由以上我們知道了原電池的組成中需要有正負(fù)兩個電極，那么它的構(gòu)成還需要哪些條件？下面我們討論構(gòu)成原電池的條件 4、構(gòu)成原電池的條件： 討論以下裝置是否能構(gòu)成原電池：圖略 【通過討論】構(gòu)成原電池的條件總結(jié)為： （1）有活潑性不同的兩個電極。 ① 兩種活潑性不同的金屬 ② 一種金屬與一種能導(dǎo)電的非金屬。 （2）兩個電極（直接或間接）連接在一起，并插入電解質(zhì)溶液中，形成閉和回路 （3）能自發(fā)地進行氧化還原反應(yīng) 注意:三個基本條件相互聯(lián)系，不能孤立、片面的看待某一個條件，核心是氧化還原反應(yīng)。 根據(jù)以上我們總結(jié)出的構(gòu)成原電池的條件判斷下面一個裝置是否能形成原電池，若能形成寫出電極反應(yīng)和電池總反應(yīng) 提問：格林太太口中的電流究竟是怎么產(chǎn)生的？ 格林太太口中兩顆不同金屬的假牙與口腔唾液中電解質(zhì)形成了原電池，雖然產(chǎn)生的電流很微弱，但長時間刺激神經(jīng)，導(dǎo)致人體生理系統(tǒng)紊亂，引發(fā)一系列病癥。所以，格林太太應(yīng)該將兩顆假牙換成同一種材料。 過渡：我們說學(xué)以致用，下面請你根據(jù)所學(xué)的知識來設(shè)計一組趣味實驗： 實驗?zāi)康模菏挂讶〕鲭姵氐囊魳房òl(fā)出響聲 實驗器材：連有導(dǎo)線的鋅片、銅片，西紅柿，已取出電池的音樂卡 實驗方法：由同學(xué)們自己設(shè)計（提問） 設(shè)計思路：鋅片、銅片可以和西紅柿內(nèi)的酸液形成原電池，向外供電進而帶動音樂卡，使其發(fā)出響聲。 下面我按照大家的設(shè)計方案做一下這個實驗看能否成功。由于一個西紅柿電池的電流可能會很微弱，所以我串聯(lián)了3個西紅柿，相當(dāng)于3節(jié)電池。 由實驗結(jié)果，證明大家的設(shè)計思路是正確的。這就是人們常說的水果電池。 小結(jié)：以上是本節(jié)課主要內(nèi)容，學(xué)完本節(jié)課要求大家熟練掌握原電池原理，會應(yīng)用原電池原理及其構(gòu)成條件設(shè)計簡單的原電池。 [作業(yè)] 課本103頁二.1、2、3