2019-2020年高中化學 1.3化學能轉(zhuǎn)化為電能原電池教案 魯教版選修4一、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)殡娔艿哪兀课覀冞@節(jié)課來一起復習一下有關(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！ZnCu【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+=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？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）：Zn2eZn2 （氧化） 正極（Cu）：2H2eH2（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：電極方程式要注明正負極和電極材料 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兩個電極和電解質(zhì)溶液，及導線。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)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，使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進行。 導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（NH4Cl糊狀物為電解質(zhì)）負極（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 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：負極：CH410OH8e- 7H2O；正極：4H2O2O28e- 8OH-。電池總反應(yīng)式為：CH42O22KOHK2CO33H2O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？金屬的防護的方法有哪些？