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2019-2020年人教版高中化學(xué)選修四 4-1 原電池（教案） 教學(xué)目標 知識與技能： 1.讓學(xué)生體驗化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過程； 2.使學(xué)生進一步了解原電池的工作原理和構(gòu)成原電池的條件； 3.能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式. 過程與方法： 1.通過分組實驗培養(yǎng)學(xué)生觀察能力與分析思維能力。 2.實驗引導(dǎo)學(xué)生以問題為中心的學(xué)習方法，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的方法。 3.加深理解實踐→認識→再實踐→再認識的辨證唯物主義的思維方法 情感態(tài)度與價值觀：過一些實驗和科學(xué)探究過程，使學(xué)生增強探索化學(xué)反應(yīng)原理的興趣，樹立學(xué)習和研究化學(xué)的志向。 教學(xué)重點： 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。 教學(xué)難點：從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì) 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)習一下有關(guān)原電池的相關(guān)內(nèi)容。 【板書】4.1 原電池 一、原電池實驗探究 【講解】：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？ 【講解】：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。 【板書】（1）原電池概念：學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。 【提問】：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↑ 【講解】：為什么會產(chǎn)生電流呢？ 【回答】：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。 【板書】（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。 【提問】：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。 【板書】（3）原理：（負氧正還） 【提問】：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 【提問】：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 【講解】：當銅上有電子富集時，又是誰得到了電子？ 【學(xué)生】：溶液中的氫離子 【講解】：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。 【講解】：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極的，所以，鋅銅原電池中，正負極分別是什么？ 【學(xué)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！ 【講解】：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）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化） 正極（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（還原） 【講解】：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①注明正負極和電極材料 ②滿足所有守衡 總反應(yīng)是：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 【講解】：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(dǎo)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(xué)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？ 【板書】二、原電池的構(gòu)成條件 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) 【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） 【提問】：鋅銅原電池中硫酸能換成硫酸鈉嗎？ 判斷是否構(gòu)成原電池，是的寫出原電池原理。 （1）鎂鋁/硫酸；鋁碳/氫氧化鈉；鋅碳/硝酸銀 ；鐵銅在硫酸中短路；鋅銅/水；鋅鐵/乙醇；硅碳/氫氧化鈉 （2）[鋅銅/硫酸（無導(dǎo)線）；碳碳/氫氧化鈉] 若一個碳棒產(chǎn)生氣體11.2升，另一個產(chǎn)生氣體5.6升，判斷原電池正負極并求鋅片溶解了多少克？設(shè)原硫酸的濃度是1mol/L，體積為3L，求此時氫離子濃度。 （3）銀圈和鐵圈用細線連在一起懸在水中，滴入硫酸銅，問是否平衡？（銀圈下沉） （4）Zn/ZnSO4//Cu/CuSO4鹽橋（充滿用飽和氯化鈉浸泡的瓊脂） （5）鐵和銅一起用導(dǎo)線相連插入濃硝酸中 鎂和鋁一起用導(dǎo)線相連插入氫氧化鈉中 【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： 硫酸銅 硫酸銅 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(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。 【板書】三、原電池的工作原理： 正極反應(yīng)：得到電子 （還原反應(yīng)） 負極反應(yīng)：失去電子 （氧化反應(yīng)） 總反應(yīng)：正極反應(yīng)+負極反應(yīng) 【思考】：如何書寫復(fù)雜反應(yīng)的電極反應(yīng)式？ 較繁電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式-簡單電極反應(yīng)式 【例】：熔融鹽燃料電池具有高的放電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，已制得在6500C下工作的燃料電池，試完成有關(guān)的電極反應(yīng)式： ? 負極反應(yīng)式為：2CO+2CO32--4e-=4CO2 正極反應(yīng)式為：2CO2+O2+4e-=2CO32- 電池總反應(yīng)式：2CO+O2=2CO2 【板書】四、原電池中的幾個判斷 1.正極負極的判斷： 正極：活潑的一極 負極：不活潑的一極 【思考】：這方法一定正確嗎？ 2.電流方向與電子流向的判斷 電流方向：正→負 電子流向：負→正 電解質(zhì)溶液中離子運動方向的判斷 陽離子:向正極區(qū)移動 陰離子:向負極區(qū)移動 板書設(shè)計： 第一節(jié) 原電池 一、原電池實驗探究 二、原電池的構(gòu)成條件 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、原電池的工作原理： 正極反應(yīng)：得到電子 （還原反應(yīng)） 負極反應(yīng)：失去電子 （氧化反應(yīng)） 總反應(yīng)：正極反應(yīng)+負極反應(yīng) 四、原電池中的幾個判斷 1.正極負極的判斷：（一般規(guī)律） 正極：活潑的一極 負極：不活潑的一極 2.電流方向與電子流向的判斷 電流方向：正→負 電子流向：負→正 電解質(zhì)溶液中離子運動方向的判斷 陽離子:向正極區(qū)移動 陰離子:向負極區(qū)移動 教學(xué)回顧： 本課例是典型的師導(dǎo)生學(xué)的教學(xué)模式，學(xué)生能很好地掌握知識點。但本課內(nèi)容與生活聯(lián)系很多，可以在對培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，動手能力，發(fā)現(xiàn)問題方面都有很好的資源連接，例如音樂卡片、廢舊干電池、電動玩具、手機、電子手表、照相機、電動車、汽車等等。在學(xué)習過程中，通過銅鋅原電池電流形成過程的探究，認識到微粒運動（導(dǎo)線中電子和溶液中陰陽離子的運動）和物質(zhì)變化（電極反應(yīng)）的內(nèi)在聯(lián)系；通過比較分析單液電池和雙液電池的異同，拓展對化學(xué)反應(yīng)的認識，更加深刻理解原電池，體會原電池對于解決能源問題的意義。