2019-2020年高中化學（大綱版）第二冊 第四章 幾種重要的金屬 第四節(jié)原電池原理及其應用(第二課時).doc

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2019-2020年高中化學（大綱版）第二冊 第四章 幾種重要的金屬 第四節(jié)原電池原理及其應用(第二課時) ［復習］上一節(jié)課我們學習了原電池的組成條件，現在我們通過一個練習來復習一下這方面的內容。 ［練習］判斷下列哪些裝置構成了原電池，并寫出相應反應式。（投影下列裝置圖） 構成了原電池的裝置是__________________；其中正極材料為__________________，電極反應是__________________；負極材料為__________________，電極反應是__________________，總的反應是____________________。 答案：（教師講解公布）只有B構成了原電池；其余的裝置沒有同時具備原電池的三個條件：A.未形成閉合回路；C.沒有電解質溶液；D.兩極材料活性相同，沒有電勢差；E中較活潑的材料不能與電解質溶液反應，不符合自發(fā)進行反應的原則。B中，正極為碳。2H＋＋2e－====H2↑；負極為Fe:Fe－2e－====Fe2+，總反應式為：Fe+2H+====Fe2++H2↑ ［師］下面我們繼續(xù)來看幾種實用電池和新型燃料電池。通過閱讀課文來回答鋰電池的特點。 ［板書］（3）鋰電池 鋰電池具有以下特點： ①負極為密度最小的金屬材料： ②使用和貯存壽命長； ③工作效率高，供出電流的電壓高。 ［過渡］燃料電池與前面介紹的電池基本原理相同，但也有區(qū)別，它不是把還原劑、氧化劑物質全部貯藏在電池內，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應產物不斷排出電池。因此，燃料電池是名副其實的把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉化為電能的裝置——能量轉換器。 ［師］下面我們簡單了解一下幾種新型燃燒電池。 （邊板書、邊講解） ［板書］（1）.鋁一空氣燃料電池（電解質為鹽溶液） ［講解］這種電池是用純鋁作負極，空氣作正極，使鋁在鹽溶液中溶解，產生電流。可代替汽油作為汽車的動力。其優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。 （2）.氫氧燃料電池（電解質為KOH溶液） ［講解］這種電池能量轉化率高，其燃燒產物是水，不會污染環(huán)境。 ［過濾］生活經驗告訴我們，有些金屬制品在使用一段時間后，會失去表面的光澤，嚴重的會變得銹跡斑斑，實際上金屬的生銹都與原電池的形成有關。下面我們就來分析一下金屬銹蝕的原因。 ［板書］三、金屬的電化學腐蝕 [師]什么是金屬的腐蝕?其本質是什么?金屬的腐蝕有哪幾種?請同學們閱讀課本P103內容后回答。 [學生閱讀后回答]金屬的腐蝕是指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。一般可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。 [師]請同學們舉例說明什么是化學腐蝕和電化學腐蝕。 [生]鐵和氯氣直接反應而腐蝕。鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕均為化學腐蝕。鋼鐵在潮濕的空氣中生銹是電化學腐蝕， [板書]1．金屬的腐蝕 [師]請同學們討論化學腐蝕和電化學腐蝕的區(qū)別和聯系，并填寫下表。 [投影] ’ 化學腐蝕和電化學腐蝕的比較 化學腐蝕 電化學腐蝕 條件 金屬與氧化劑直接接觸 不純金屬或合金與電解質溶液接觸 現象 無電流產生 有微弱電流產生 本質 金屬被氧化的過程 較活潑金屬被氧化的過程 相互關系 化學腐蝕和電化學腐蝕往往同時發(fā)生 (表中內容學生討論后再顯示) [師]請同學們講述一下金屬在潮濕的環(huán)境中生銹的原因。 [生]在潮濕的空氣里。鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜．這層水膜里含有少量H+和OH一，還溶解了02等氣體，結果在鋼鐵表面形成了一層電解質溶液，它與鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成無數微小的原電池。 [師]根據上節(jié)課所學內容，指出鋼鐵腐蝕時形成的原電池的正極和負極，寫出電極反應方程式。 [指定學生板書] 負極（Fe):2Fe－4e－====2Fe2+ 正極（C):2H2O+O2+4e－====4OH－ 總反應：2Fe+2H2O+O2====2Fe(OH)2 ［師］Fe(OH)2繼續(xù)被O2氧化生成Fe(OH)3，失去部分水轉化為鐵銹（Fe2O3xH2O)。這種腐蝕是由于電解質溶液中溶有O2造成的。所以把這種電化學腐蝕叫做吸氧腐蝕。這種腐蝕普遍存在，在電化學腐蝕中為主。如果電解質溶液中有CO2氣體或H＋時，會有H2放出（析出），所以這種電化學腐蝕也叫析氫腐蝕?？傊瑹o論是哪種腐蝕，其結果都是水膜中OH－濃度相對增加。 ［板書］析氫腐蝕的電極反應： 負極（Fe）:Fe－2e－====Fe2+ 正極（C）:2H++2e－====H2↑ ［師］金屬腐蝕的現象在日常生活中和工農業(yè)生產中普遍存在，金屬被腐蝕后，在外形、色澤以及機械性能等方面都將發(fā)生變化，會使機器設備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降低，影響使用以至報廢。有些嚴重事故就是由于金屬腐蝕引起的。因此，了解金屬腐蝕的原因和防止金屬腐蝕的方法具有很重要的意義。 ［板書］2.金屬的防護 ［師］影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質兩個方面。請閱讀課文中有關內容，然后回答兩個問題。 ［問題1］金屬鋁為什么不易腐蝕？ ［問題2］金屬中能導電的雜質不如該金屬活潑時，金屬是否容易腐蝕？ ［學生甲］金屬鋁比較活潑，表面可生成致密的氧化物薄膜，使金屬鈍化，保護了內層金屬不再被腐蝕。 ［學生乙］不純的金屬易形成原電池而使金屬發(fā)生電化學腐蝕。 ［過渡］介質對金屬腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中接觸腐蝕性氣體或電解質溶液，都容易被腐蝕。因此，要經常對機器和儀表進行保養(yǎng)。 ［師］既然我們已經清楚了金屬腐蝕的原因，那么就應該從其腐蝕的原因著手，來加強金屬的防護。請同學們舉一些日常生活中金屬防護的例子。 [生]①改變金屬內部結構，制成不銹鋼；②在金屬表面覆蓋保護層，如噴漆、涂油、電鍍等。 [師]除以上方法外．還可以用原電池的原理來保護金屬。請同學們根據原電池的原理想一想被保護的金屬應作原電池的哪一極。 [生]作正極。 [師]對。像輪船的尾部和在船殼的水線以下部分，裝有一定數量的鋅塊，就是為了使鋅塊和船體形成原電池，腐蝕了鋅塊而保護了輪船。這種利用原電池原理來減少金屬腐蝕的方法叫電化學保護法。 ［投影練習］1.表面鍍有保護金屬層的鐵片，當鍍層有破損時比普遍鐵片更易腐蝕的是( ) A.白鐵（鍍鋅鐵） B.馬口鐵（鍍錫鐵） C.鍍鎳鐵 D.鍍銅鐵 答案：BD（因為鐵比錫、銅活潑，一旦破損，在潮濕的空氣中形成原電池時，鐵是負極被氧化而更易腐蝕） 2．用銅鉚釘或鋁鉚釘把兩張鋼板鉚在一起各將發(fā)生什么現象? 答案：若用銅鉚釘，則鉚釘附近的鋼板易生銹；若用鋁鉚釘。則鋁鉚釘會被腐蝕，鋼板不易生銹。 [布置作業(yè)]P103 一、2二、4.5 三 ●板書設計 二、化學電源 3.鋰電池 特點：質量輕、電壓高、工作效率高。 4.新型燃料電池 （1）鋁——空氣燃料電池 負極（Al）:4Al－12e－====4Al3+ 正極（空氣）：3O2+6H2+12e－====12OH－ 電池反應：4Al+3O2+6H2====4Al(OH)3 （2）氫氧燃料電池（電解質：KOH溶液） 負極（碳棒）：2H2＋4OH－－4e－====4H2O 正極（碳棒）：O2＋2H2O＋4e－====4OH－ 總反應：2H2＋O2====2H2O 三、金屬的電化學腐蝕 1.金屬的腐蝕。 （1）化學腐蝕 （2）電化學腐蝕 2.金屬的防護 ●教學說明 關于原電池和金屬的腐蝕及其防護的內容，教學大綱要求屬于B層次和A層次，但筆者認為在學科知識向綜合性、應用性和實踐性轉化的今天，聯系生活實際是非常必要的，因此，本節(jié)課的設計注重以下幾點： 1.基本指導思想 挖掘原電池的原理和組成條件，以及金屬的腐蝕和防護的重要意義，使學生認識到化學知識與工農業(yè)生產、科學實驗、日常生活有密切的聯系，以激發(fā)學生學習化學的興趣，更重要的是啟發(fā)學生運用化學知識解決實際問題，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。 2.教學目標 在知識方面，引導學生從實驗現象中理解原電池的原理及組成條件，充分發(fā)揮學生的主體作用，培養(yǎng)學生的自學能力和歸納總結能力。 參考練習 1.金屬A不純，混有金屬C，發(fā)生銹蝕時，A先腐蝕，將A與B金屬組成原電池時，則A為電池的正極，A、B、C三種金屬的活動性順序為( ) A.A＞C＞B B.A＞B＞C C.B＞A＞C D.B＞C＞A 答案：C 2.電子計算器中所用鈕扣式電池為銀鋅電也，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質溶液為KOH溶液，電極反應為：Zn+2OH－－2e－====Zn(OH)2,Ag2O+H2O+2e－====2Ag+2OH－。下列敘述正確的是( ) A.電流由鋅經導線流向Ag2O B. 鋅是陰極， Ag2O是陽極 C. 鋅是負極， Ag2O是正極 D.工作時，負極區(qū)域溶液pH減小，正極區(qū)溶液pH增大 答案：CD 3．干電池碳棒和鋅筒中間填充了NH4Cl和MnO2的混合物。放電時總反應方程式為Zn +2MnO2+2NH====Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O，干電池中MnO2的作用是 ( ) A．干電池中的催化劑 B．把C氧化成CO2 C．把鋅氧化成Zn2+ D．把生成的H2氧化成H2O 答案：D 4．埋在地下的輸油鑄鐵管道，在下列各情況下，腐蝕速度最慢的是 ( ) A．在含鐵元素較多的酸性土壤中 B．在潮濕疏松透氣的土壤中 C．在干燥致密不透氣的土壤中 D．在含碳粒較多，潮濕透氣的中性土壤中 答案：C 5．在鋼鐵銹蝕過程中，下列5種變化可能發(fā)生的是 ( ) ①Fe由+2價變?yōu)?3價 ②O2被還原 ③產生H2 ④Fe(OH)3失水形成e2O3 H2O ⑤雜質C被氧化除去 A．①② B．③④ C．①②③④ D．全部 答案：C