2019-2020年高中化學(xué) 第一章第三節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能-原電池教案 魯科版選修4.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 第一章第三節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能-原電池教案 魯科版選修4一、教學(xué)目標(biāo)1.體驗(yàn)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過(guò)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(diǎn)初步認(rèn)識(shí)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(diǎn)通過(guò)對(duì)原電池實(shí)驗(yàn)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(jià)值。四、教學(xué)過(guò)程【引入】電能是現(xiàn)代社會(huì)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(jī)、相機(jī)、攝像機(jī)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?？我們這節(jié)課來(lái)一起復(fù)習(xí)一下有關(guān)原電池的相關(guān)內(nèi)容。試驗(yàn)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?cè)佻F(xiàn)了1799年意大利物理學(xué)家-伏打留給我們的歷史閃光點(diǎn)！ZnCu【實(shí)驗(yàn)探究】(銅鋅原電池)實(shí) 驗(yàn) 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(wèn)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(wú)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(dòng)的方向如何？講：我們發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)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(wèn)：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(huì)產(chǎn)生電流呢？答：其實(shí)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(yùn)動(dòng)相遇發(fā)生有效碰撞電子轉(zhuǎn)移時(shí)，由于分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)一定的方向，因此電子轉(zhuǎn)移不會(huì)形成電流，而通常以熱能的形式表現(xiàn)出來(lái)，激烈的時(shí)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(gè)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(dòng)，便能形成電流。所以原電池的實(shí)質(zhì)就是將氧化還原的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動(dòng)形成電流。（2）實(shí)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(dòng)。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的形式釋放。問(wèn)：那么這個(gè)過(guò)程是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢？我們來(lái)看原電池原理的工作原理。 （3）原理：（負(fù)氧正還）問(wèn)：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(wèn)：導(dǎo)線上有電流產(chǎn)生，即有電子的定向移動(dòng)，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(shí)，又是誰(shuí)得到了電子？學(xué)生：溶液中的氫離子講：整個(gè)放電過(guò)程是：鋅上的電子通過(guò)導(dǎo)線流向用電器，從銅流回原電池，形成電流，同時(shí)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(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)：我們用干電池驗(yàn)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）：Zn2eZn2 （氧化） 正極（Cu）：2H2eH2（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：電極方程式要注明正負(fù)極和電極材料 滿足所有守衡 總反應(yīng)是：Zn+2H+=Zn2+H2講：原來(lái)一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)通過(guò)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(dòng)就形成了原電池。轉(zhuǎn)折：可以看出一個(gè)完整的原電池包括正負(fù)兩個(gè)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(guò)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(shí)驗(yàn)活動(dòng)- 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(lái)設(shè)計(jì)原電池呢？請(qǐng)將氧化還原反應(yīng) Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+設(shè)計(jì)成電池：有學(xué)生板演畫出裝置圖，講述：設(shè)計(jì)成鹽橋的原理及有點(diǎn)此電池的優(yōu)點(diǎn)：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(huì)由于鋅溶解成為Zn2+而帶上正電，銅鹽溶液會(huì)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(guò)外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移，使鋅的溶解和銅的析出過(guò)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(qiáng)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 2H2OH-2 e-2H2O 正極 22H2O4 e-4OH-電池總反應(yīng)式為：2H222H2O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：CH410OH8e- 7H2O；正極：4H2O2O28e- 8OH-。電池總反應(yīng)式為：CH42O22KOHK2CO33H2O四、 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 【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(diǎn)和不同點(diǎn)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(hù)的方法有哪些？