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2019-2020年高中化學(xué) 1.2.1《原電池的工作原理》教案 蘇教版選修4 【知識與技能目標(biāo)】 了解原電池的工作原理，能寫出其電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。 【過程與方法目標(biāo)】 通過進(jìn)行化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的探究活動，體驗(yàn)原電池的工作原理，熟練書寫電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。 【情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)】 通過化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的學(xué)習(xí)，使學(xué)生從能量的角度比較深刻地了解化學(xué)科學(xué)對人類的貢獻(xiàn)，體會能量守恒的意義。學(xué)會利用能源與創(chuàng)造新能源的思路和方法，提高環(huán)保意識和節(jié)能意識。 【教學(xué)重點(diǎn)】 了解原電池的工作原理，能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。 【教學(xué)難點(diǎn)】 原電池的工作原理，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(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)課來一起復(fù)習(xí)一下有關(guān)原電池的相關(guān)內(nèi)容。 【板書】原電池的工作原理 一、原電池實(shí)驗(yàn)探究 講：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(diǎn)！ Zn Cu 【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：我們發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)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。 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：為什么會產(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)動相遇發(fā)生有效碰撞電子轉(zhuǎn)移時(shí)，由于分子熱運(yùn)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(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，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。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的形式釋放。 問：那么這個(gè)過程是怎樣實(shí)現(xiàn)的呢？我們來看原電池原理的工作原理。 （3）原理：（負(fù)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(xué)生：活潑金屬鋅失電子，氫離子得到電子 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：當(dāng)銅上有電子富集時(shí)，又是誰得到了電子？ 學(xué)生：溶液中的氫離子 講：整個(gè)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(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）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化） 正極（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（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①注明正負(fù)極和電極材料 ②滿足所有守衡 總反應(yīng)是：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 講：原來一個(gè)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(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 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(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） 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(gè)碳棒產(chǎn)生氣體11.2升，另一個(gè)產(chǎn)生氣體5.6升，判斷原電池正負(fù)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(shí)氫離子濃度。 （3）銀圈和鐵圈用細(xì)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(jì)原電池呢？ 請將氧化還原反應(yīng) Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+設(shè)計(jì)成電池： 硫酸銅 硫酸銅 硫s酸銅 硫酸銅 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(fù)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(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。 三、原電池的工作原理： 正極反應(yīng)：得到電子 （還原反應(yīng)） 負(fù)極反應(yīng)：失去電子 （氧化反應(yīng)） 總反應(yīng)：正極反應(yīng)+負(fù)極反應(yīng) 想一想：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(fù)極燃?xì)猓諝馀cCO2的混合氣為正極助燃?xì)?，已制得?500C下工作的燃料電池，試完成有關(guān)的電極反應(yīng)式： 負(fù)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 四、原電池中的幾個(gè)判斷 1.正極負(fù)極的判斷： 正極：活潑的一極 負(fù)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(fù) 電子流向：負(fù)→正 電解質(zhì)溶液中離子運(yùn)動方向的判斷 陽離子:向正極區(qū)移動 陰離子:向負(fù)極區(qū)移動 板書設(shè)計(jì) 一、原電池實(shí)驗(yàn)探究 （1）原電池概念：學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。 （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。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的形式釋放。 （3）原理：（負(fù)氧正還） 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(fù)極反應(yīng)：失去電子 （氧化反應(yīng)） 總反應(yīng)：正極反應(yīng)+負(fù)極反應(yīng) 四、原電池中的幾個(gè)判斷 1.正極負(fù)極的判斷： 2.電流方向與電子流向的判斷 課堂練習(xí)： 1. 下列哪些裝置能構(gòu)成原電池？ 2. 某原電池的總反應(yīng)的離子方程式為：2Fe3++Fe == 3Fe2+，不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池組成是（ ） A. 正極為銅，負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液 B. 正極為碳，負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液 C. 正極為鐵，負(fù)極為鋅，電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3溶液 D. 正極為銀，負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液 3、宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池，其電池反應(yīng)為2H2+O2=2H2O，電解質(zhì)溶液為KOH，反應(yīng)保持在高溫下，使H2O蒸發(fā)，正確敘述正確的是：（ ） A．H2為正極，O2為負(fù)極 B．電極反應(yīng)（正極）：O2+2H2O+4e- =4OH- C．電極反應(yīng)（負(fù)極）：2H2+4OH-=4H2O-4e- D．負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng) 4. 下列關(guān)于原電池的敘述正確的是（ ） A. 構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬 B. 原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 C. 原電池中電子流出的一極是負(fù)極，該極被還原 D. 原電池放電時(shí)，電流的方向是從負(fù)極到正極 課堂練習(xí)答案 1. CD 2. BD 3. BD 4. B