第四章电化学导学案详解.docx
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第四章电化学导学案详解
课题：
第一节原电池
班级姓名
【学习目标】体验化学能与电能相互转化的过程
【学习重点】初步认识原电池概念、原理、组成及应用。
【学习难点】通过对原电池实验的研究，从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质，以及这种转化的综合利用价值。
【温习旧知】
1、原电池是______________________的装置。
原电池反应的本质是_______________反应。
2、如右图所示，组成的原电池：
（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：
Zn电极是____（填“正”或“负”）极，其电极反应为_______________，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是______极，其电极反应为_______________,该反应是_________反应。
（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：
Zn电极是____极，其电极反应为_____________，该反应是________反应；Cu电极是____极，其电极反应为_______________,该反应_________反应.
3、原电池原理：
填写页表中的空白
【学习新知】
一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究
【思考与交流】上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。
这是什么原因造成的呢？
有没有什么改进措施？
原因：
改进措施：
【自学指导一】观察实验4-1，说出实验现象。
【思考与交流】改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？
盐桥在此的作用是什么？
[附：
盐桥制法：
1）将热的琼胶溶液倒入U形管中（注意不要产生裂隙），将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。
2）将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可]
产生持续、稳定的电流的原因
盐桥的作用
二、由两个半电池组成原电池的工作原理
（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。
①在这类电池中，用较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用较弱的物质作为正极，正极从外电路得到电子。
②在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。
（2）组成原电池的条件
a。
b。
c。
d内部条件：
。
（3）原电池的正负极的判断方法
微观判断（根据电子流动方向）
宏观判断：
①根据电极材料：
②根据原电池电极发生的反应：
③根据电极增重还是减重：
④根据电极有气泡冒出：
（4）电解质溶液和电极材料的选择
电解质溶液一般要能够与负极发生反应。
但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。
①活泼性不同的两种金属。
如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极
②金属和非金属。
如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极
③金属和化合物。
如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极
④惰性电极。
如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt
[学生练习]
1、锌铜原电池产生电流时，阳离子（）
A移向Zn极，阴离子移向Cu极
B移向Cu极，阴离子移向Zn极
C和阴离子都移向Zn极
D和阴离子都移向Cu极
2.下列哪几个装置能形成原电池？
（）
3.一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu,该反应的的原电池正确组合是（）
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Fe
负极
Cu
Zn
Zn
Zn
电解质溶液
CuCl2
H2SO4
CuSO4
HCl
4、某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是（）
A.MgB.FeC.AlD.Cu
5、由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH（）
A.不变B先变大后变小C逐渐变大D.逐渐变小
6、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。
若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（）
A．a>b>c>dB．a>c>d>b
C．c>a>b.>dD．b>d>c>a
7、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（）
A.铁圈和银圈左右摇摆不定
B.保持平衡状态
C.铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜
D.银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜
8、请根据氧化还原反应:
Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+
设计成原电池。
你有哪些可行方案?
负极：
正极：
电解质溶液：
若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？
试画出原电池的装置简图。
三、原电池的主要应用：
1.利用原电池原理设计新型化学电池；
2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；
3.进行金属活动性强弱比较；
4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。
如在铁器表面镀锌。
5.解释某些化学现象
原电池原理应用：
（1）比较金属活动性强弱。
练习9：
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；
（2）比较反应速率
练习10：
下列制氢气的反应速率最快的是
A纯锌和1mol/L硫酸；
B纯锌和18mol/L硫酸；
C粗锌和1mol/L盐酸；
D粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
（3）比较金属腐蚀的快慢
练习11：
下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
练习12：
下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是
（4）判断溶液pH值变化
练习13：
在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为————mol,溶液的pH值变_________？
（溶液体积变化忽略不计）
（5）原电池原理的综合应用
练习14：
市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。
“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。
使用完后，会发现有大量铁锈存在。
1）“热敷袋”是利用放出热量。
2）炭粉的主要作用是。
3）加入氯化钠的主要作用是。
4）木屑的作用是
【学习反馈或反思】：
第小组，组长
课题：
第二节化学电源
班级姓名
[学习目标]了解常见的化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用。
[学习重点、难点]常见化学电源的工作原理
[学习过程]
【自学指导一】阅读教材74-78页，思考下列问题并把答案填写在下面的知识总结中。
[问题]
①目前化学电池主要分为哪几个大类？
在性能等方面它们各有什么特点？
产生电能的基本原理是什么？
②化学电池与其他能源相比有哪些优点？
③判断电池的优劣标准主要是什么？
【知识总结】化学电池
1）概念:
2）分类:
3）优点:
4）电池优劣的判断标准:
5）各类电池
一次电池
二次电池
燃料电池
普通锌锰电池
碱性锌锰电池
银锌电池
锂电池
铅蓄电池
负极材料
正极材料
电解质溶液
6）燃料电池
介质
电池反应：
2H2+O2=2H2O
酸性
负极
正极
中性
负极
正极
碱性
负极
正极
【练习】将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应为_______；通入氧气的一极为______，电极反应为_，总反应为__________。
【小结】书写电极反应式应注意以下几点：
1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；
2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；
3．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在）；
【学习反馈或反思】：
第小组，组长
课题：
第三节电解池第一课时
班级姓名
【学习目标】了解电解池的工作原理，知道电解在氯碱工业、电镀、电冶金方面的应用。
【学习重点、难点】电解池的工作原理
【温习旧知】
1、电解质是指在_____________能够导电的化合物。
2、电离是指电解质在_____________或__________状态下离解成____________的过程。
3、原电池是_____________的装置。
4、写出下列物质的电离方程式
CuCl2H2O
NaHSO4CH3COONH4
【学习新知】
一、电解原理
【自学指导一】观察实验4-8，回答实验现象得出实验结论。
实验现象：
实验结论：
电解质通电前在水溶液中自由移动的阴、阳离子作______________运动；在外电源的作用下（直流电），改作_________移动而导电。
在导电的同时，在阳、阴两极发生氧化—还原反应，即被电解，电离是__________的前题。
【知识总结】
1、电解氯化铜原理
2、电解原理
在外加的作用下，电解质的在阴阳发生的过程，叫电解。
明确：
（1）电流是发生氧化—还原反应的根源、动力。
⑵阴阳离子在做定向运动导电的同时，也就在两极发生了氧化还原反应，生成了新物质；而金属导电是由自由电子的定向运动形成，无反应发生，无新物质生成，两者有本质区别。
惰性电极：
C、Pt、Au等，不论做阴极、阳极，本身都不反应。
电极材料
Fe、Cu、Ag等,做阴极本身反应,做阳极，本身溶解。
活泼电极：
3、构成电解池的条件：
①直流电源；
4.电解池电极反应规律（阳氧阴还）
（1）阴极：
电子，反应
①电极本身不参加反应
②一定是电解质溶液中阳离子“争”得电子
（2）阳极：
电子，反应
①若为金属（非惰性）电极，电极失电子
②若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子
（3）离子放电顺序
阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。
阳极：
①活性材料作电极时：
金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。
②用惰性电极（Pt、Au、石墨、钛等）时：
溶液中阴离子的放电顺序（由难到易）是：
S2->SO32->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-（等含氧酸根离子）>F-
阴极:
无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。
阳离子在阴极上放电顺序是：
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
注：
当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H+,不同时按（H+）
【思考与交流】
若以铜为阳极,铁为阴极,电解氯化铜溶液，情况又如何？
【小结】
分析电解反应的一般思路：
5、电极反应式、电解方程式的书写：
写出用石墨做电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式，
①、首先分析、比较出阴阳极的放电离子：
CuSO4＝作极：
H+Cu2+
H2O=作极：
OH－SO42－
②、然后写电极反应式：
阴极：
阳极：
③、最后使得失数相等，两极半反应相加得总方程式；
（电解离子方程式）
（电解化学方程式）
练习：
完成下列溶液的电极反应。
（以石墨为电极电解）
硫酸溶液：
盐酸：
NaOH溶液:
CuBr2溶液：
KCl溶液：
CuSO4溶液：
Na2SO4溶液：
【自学指导二】根据上面的分析总结出用惰性电极电解电解质溶液的类型，并填入下表。
电解质溶液用惰性电极电解的示例
电解
类型
举例
电极反应
溶液PH
变化
溶液复原方法
物质类别
实例
仅溶剂
水电解
仅溶质
电解
溶质和
溶剂同
时电解
【学生反馈与反思】
第小组，组长
课题：
第三节电解池第二课时
班级姓名
【学习目标】知道电解在氯碱工业、电镀、电冶金方面的应用
【学习重点、难点】电解池的工作原理的应用
【温习旧知】
装置
原电池
电解池
实例
原理
形成条件
电极名称
电子流向
电流流向
电极反应
能量转化
应用
【学习新知】
二、电解原理的应用
1.电解食盐水
【思考】
（1）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子?
这些离子的运动情况怎样？
（2）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？
（3）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？
（4）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？
（5）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？
怎样初步检验两极产物的生成?
【知识总结】电解食盐水
阳极：
阴极：
总式：
电解饱和食盐水可以制造。
2.铜的电解精炼
一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。
因此必须利用电解的方法精炼粗铜。
粗铜含杂质（等）
极
极
阳极：
Zn
Fe
Ni
Cu
Ag
Au
阴极:
思考：
电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？
3.电镀
原理：
电镀是利用原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。
电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。
例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。
防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。
①电极：
阳极——金属或惰性电极
阴极——金属制品
②电镀液：
含有金属离子的电解质溶液。
溶液中CuSO4的浓度保持或
4、电冶金
制取金属钠←电解熔融状态的氯化钠。
阳极：
阴极：
总反应：
冶炼铝
原理:
阳极：
阴极：
总式：
助熔剂：
冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）
【思考】工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?
【思考与交流】试比较电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠的异同
（提示:
比较电解质、电解装置、电极反应、电解产物）
电解饱和食盐水
电解熔融氯化钠
电解质
电解装置
电极反应
电解产物
【小结】
1、电源、电极、电极反应关系
2、电解原理的应用：
氯碱工业、电镀、电冶金
电解池、电解精炼池、电镀池的比较
电解池
电解精炼池
电镀池
定义
形成条件
电极名称
电极反应
【学生反馈与反思】
第小组，组长
课题：
第四节金属的电化学腐蚀与防护
班级姓名
【学习目标】
1、解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防护金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。
2、通过学习增强保护环境的意识，节约意识。
【学习重点、难点】
吸氧腐蚀、析氢腐蚀的原理
【学习过程】
阅读下列资料，体会金属的腐蚀的危害
【资料】金属腐蚀
●我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材37117.02万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%~4%；约合人民币：
3000亿元（2005年我国国内生产总值将达15万亿元）。
●根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。
●另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的总和，在这里还不包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。
●金属腐蚀的主要害处，不仅在于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。
●腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。
●国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而塌陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的生命安全。
●面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，铁怎么会被腐蚀？
怎样防腐？
【问题讨论】
1、钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，它们在什么条件下易生锈？
试设计实验来证明你的结论。
2、钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么？
【实验探究】
实验操作：
向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用氯化钠和稀醋酸润湿过的两支试管分别标记为a、b中，按右图1-28装置好仪器。
几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。
实验现象：
思考：
导管中的水柱变化说明什么问题？
思考：
向铁粉中加入炭粉的作用是什么？
请大家根据原电池原理，写出电极反应式及电池反应方程式。
a装置中：
负极：
正极：
电池反应：
结论：
中性或酸性很弱或碱性条件下，易发生腐蚀。
a装置中进一步反应：
b装置中:
负极：
正极：
电池反应：
结论：
当钢铁处于酸性气氛中时，易发生腐蚀；
析氢腐蚀和吸氧腐蚀都属于腐蚀。
【自学指导一】
结合课本P90-P91相关内容，回答下列问题，把答案写在下面的知识总结中。
1、什么是金属腐蚀？
有哪些类别？
2、化学腐蚀和哪些因素有关？
3、什么是电化学腐蚀？
有哪些类别？
分别发生哪些电极反应？
【知识总结】
一、金属腐蚀
1、金属腐蚀：
2、金属腐蚀的本质：
3、金属腐蚀的类型
4、化学腐蚀与电化腐蚀的比较:
化学腐蚀
电化腐蚀
条件
现象
本质
联系
5、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜呈
水膜呈
电极反应
负极（Fe极）
正极（C极）
总反应
联系
【交流与讨论】
铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受其他一些因素的影响。
请解释下列有关铁生锈现象的原因。
1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。
2.1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。
3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。
4.当化工厂派出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品容易生锈。
【随堂练习1】
1、如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：
（1）若液面上升，则溶液呈性，发生腐蚀,电极反应式为：
负极：
正极：
（2）若液面下降，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为：
负极：
，正极：
。
【交流与讨论】
请大家根据铁生锈的原理，思考应采取什么措施防止铁生锈？
二、金属的电化学保护
1、牺牲阳极的阴极保护法
原理：
形成原电池反应时，让被保护金属做极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。
2.外加电流法
原理：
将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。
此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
【小结】
金属防护的几种重要方法
①在金属表面覆盖保护层。
②改变金属内部的组织结构，制成。
③电化学保护法，即将金属作为原电池的极或电解池的极而受到保护。
【随堂练习2】
2、2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：
铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2（OH）2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是（）
A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；
B、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；
C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；
D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；
【自学指导二】
探究一：
镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐蚀？
为什么？
探究二、纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？
如果向酸中再加入硫酸铜又会什么现象？
【随堂练习3】
3.下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是
【学生反馈与反思】
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