选修4第四章《电化学基础》教材分析与教学建议.docx

1、选修4第四章电化学基础教材分析与教学建议选修4 第四章电化学基础教材分析与教学建议广州市真光中学化学科 王国强一、教材分析1、地位和作用（1）本章是高中化学基本理论知识体系中的一个重要内容，也是学生所学高中知识的难点之一。有关电化学知识考点是高考考查的必考点、热点。（2）本章在必修2教材 “化学能与电能” 内容的基础上进一步拓宽和加深，并对氧化还原反应、离子反应等知识进行巩固和强化。（3）本章知识在了解和掌握了原电池、电解池工作原理的基础上，通过对碱性锌锰干电池（一次电池）、铅蓄电池（二次电池）、燃料电池、电镀、金属精炼的分析，体会电化学知识与生产、生活、国防等工业的密切联系以及对人类社会发展

2、和进步的重要作用。其中涉及的“化学能与电能的相互转化”是选修4第一章“化学反应与能量”学习的延续。（4）通过对金属腐蚀和防护原理和实验的探究，培养学生的实验技能和应用所学知识分析、解决实际问题的能力（理论联系实际）。2、知识结构本章的知识结构为：二课程标准、考试说明对本章的要求新课程内容标准新课程活动与探究建议2010年广东省高考考试说明要求1体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 3能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通

3、过实验探究防止金属腐蚀的措施。实验探究：电能与化学能的相互 转化。调查市场常见化学电池的种类，讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。 查阅资料并交流：防止钢铁腐蚀的方法。1. 了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。三、课时分配建议第一节 原电池（含原电池的设计） 2课时第二节 化学电源【一、二次电池、燃料电池】 2课时第三节 电解池 3课时第四节 金属的电化学腐蚀与防护 1课时复习 2课时测验、评讲 2课时合共12课时。四、各节教学目标及教学建议第一节 原电池1教

4、学目标（1）知识与技能：进一步了解原电池的工作原理，能够写出原电池的电极反应式和电池反应方程式（总反应方程式）。（2）过程与方法：通过原电池原理的探究活动，培养学生的推理和分析问题的能力以及能用氧化还原反应原理解决问题的能力。（3）情感、态度与价值观：通过一些实验和科学探究活动，使学生增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。2教学重点：进一步了解原电池的工作原理，能够写出原电池的电极反应和电池反应方程式（总反应式）。3教学难点：原电池的工作原理，盐桥的作用。4教学建议及教学案例（1）突破“盐桥的作用”教学难点的案例案例一1、为引导学生探究，先增加以下对照实验（装置如图1，同浓度和

5、体积的CuSO4溶液和ZnSO4溶液，相同Zn、Cu电极），让学生观察现象，得出结论。2、然后再按图2装置完成课本实验4-1及增加一个操作：把两个烧杯调转，再做一次实验，观察现象并得出结论。3、以上实验可以得到那些结论？盐桥的作用是什么？图1 图2结论：实验1后期现象：电流计的指针发生偏转，在铜片表面有新的红色铜析出。结论1：发生了原电池反应，且其中锌为原电池的负极，铜为正极。实验1后期现象：随着时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，直至归零。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。结论2：溶液中的Cu2+在锌片表面被直接还原，析出的铜覆盖在锌片表面而逐步失去了形成原电池的条件，最后无电流再产生。实

6、验2第一次实验现象：电流计的指针发生偏转且比较稳定、持久，在铜片表面有新的红色铜析出。结论3：右杯溶液中的Cu2+在Cu片表面被直接还原，析出的单质铜，所以，氧化还原反应可持续发生而产生稳定的电流。实验2第二次实验现象：电流计的指针发生偏转（但明显比第一次角度小）且角度逐渐减小，直至归零。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。结论4：右杯溶液中的Cu2+在Zn片表面被直接还原，析出的单质铜，由于Zn片被铜覆盖，而逐步失去了形成原电池的条件，最后无电流再产生。说明盐桥中的电解质溶液同样影响着电流的大小。总结：盐桥电池由于使用了既相对独立（两只烧杯中）又有联系（通过盐桥）的两个半电池，两个电极反应在互不干

7、扰的环境中发生，使氧化还原反应得以持续发生且产生持久、稳定的电流。盐桥的作用是通过盐桥内阴、阳离子的定向移动而把两个半电池联通，形成闭合回路而产生电流。总结盐桥电池： 1、什么是盐桥？盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。2、盐桥的作用是什么？【以Zn(s)ZnSO4(aq)CuSO4(aq)Cu(s)为例】使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn2+盐和Cu2+盐溶液一直保持电中性。通过阴、阳离子的定向移动，在内电路形成回路而在使外电路不断有电流产生。导线的作用是传递电子，沟通外电路，而盐桥的作用则是沟通内电路。3、优点：随开随用，并能长时间产生

8、持续、稳定电流。（2）从分析氧化还原反应入手，使学生学会写原电池的电极反应和原电池反应方程式，并且会设计简单的原电池。就实验41中的反应为例：失去2e，发生氧化反应Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 得到2e，发生还原反应负极上发生氧化反应，因此负极反应式为：Zn2e=Zn2+；并且锌作负极。正极上发生还原反应，因此正极反应式为：Cu2+2e=Cu；可用金属活动性不如锌的金属材料或石墨作正极，铜盐溶液作电解质溶液。由此，可总结出设计原电池的思路为：以自发进行的氧化还原反应为基础；把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应；以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶

9、液；画出装置简图。在设计原电池的练习中，难度可逐步加深，可供使用的有课后习题第2、第6小题然后再进行“科学探究”用不同的金属片设计、制作原电池并进行实验。其中课后习题第6小题提出“装置可采用烧杯和盐桥”，旨在进一步让学生关注盐桥的作用。但设计原电池的思路仍如上所述，难度应不会太大，再让学生把这一思路应用于“科学探究”的设计中去。对于能力较强的学生，还可以要求他设计出对比实验：使用相同的电极材料，而采用不同的电解质溶液，设计出两个原理不同的原电池。练习：用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是在外

10、电路中，电流由铜电极流向银电极 正极反应为：Ag+e-=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A. B. C. D.在这个“科学探究”中，还可以提出问题：铁片、碳棒与食盐水能否组成原电池？本身就有类似设计的学生，可让他们进行实验，发现问题以及提出对该问题的初步解释，为本章后面“金属的腐蚀与防护”的学习埋下伏笔。既然“氧化还原反应都能设计成原电池”，最后可让学生思考：如何把氢气在氧气中燃烧的反应设计成原电池？让学生带着这个疑问进入第二节的学习中去。（3）提前让学生开展资料收集工作，增强对原电池原理的理解。 学生进一步了解了原电池的原理之

11、后，必然会对常见的电池及其工作原理产生兴趣。这时，可提前要求对第二节中的“实践活动”（调查市场常见电池的种类、应用和回收价值）作资料收集工作，从中接触到一些常见电池的电极反应式和电池反应式，为第二节的学习提供了准备材料。第二节 化学电源1教学目标（1）知识与技能：使学生了解常见电池的分类、优点及适用范围；使学生了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。（2）过程与方法：运用氧化还原反应原理来理解各类电池的工作原理。（3）情感、态度与价值观：通过学习各类电池的实际应用感受化学给人类带来的进步和文明。通过了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。2教学重点：一次电池、二次电池和燃料

12、电池的反应原理、性能及其应用。3教学难点：化学电池的反应原理及电极方程式的书写。4教学建议（1）注重学生资料收集、信息处理能力的培养。关于学生的实践活动，建议如下：可往超市、电器商店、汽车修配厂调查：电池的种类、型号、用途；选购电池的注意事项（质量、产地、厂家、价格等）；可到图书馆或上网查阅有关资料：电池的发明及电池工业的发展史；目前几种主要类型的电池供电原理（同时要注意将物理中电学知识与化学中的电化学知识相联系）；电池的应用范围以及生产和销售的市场走向；电池的生产和使用与环境问题；电池回收的价值以及目前在相关管理和技术操作中有待解决的问题。（2）既要搜集新的、实用的信息，又要注意把握好难度。

13、在教学中，应密切关注能源、环保方面的时事新闻，关注科技发展的新动态，以适时地为教学补充相关素材。但是，除了课本上介绍的碱性锌锰干电池、铅蓄电池、氢氧燃料电池以外，其他电池的内部构造、电池电极反应式和实际工作过程可能比较复杂，不便逐一深究，所以教学中对相关知识深度的把握应以课程标准和教材为准。（3）对于书写铅蓄电池、氢氧燃料电池的电极反应式的教学建议见另一材料电化学基础题型及解题分析。第三节 电解池1教学目标（1）知识与技能：了解电解池的工作原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法；了解电解在电镀、氯碱工业、电冶金方面的应用。（2）过程与方法：通过探究活动，培养学生观察、分析、推理及归纳总结的能

14、力。（3）情感、态度与价值观：通过活动探究，激发学生主动探究意识。通过了解电解的应用，感受化学科学对人类生产生活的巨大影响。2教学重点和难点：电解原理及其应用。3教学建议：（1）围绕“电解氯化铜溶液”的实验学习电解原理要求学生了解电解装置的基本构造（包括电解池及其与直流电源的连接方式），可以学生分组仿照教材的装置示意图（图48）进行组装。如实记录实验过程和现象，并加以准确的表述。（2）注意教学深度、难度的把握电解过程中阴、阳两极上离子的放电顺序，只要求学生通过对实验现象的观察和分析有一个粗略的了解。当阳极是惰性电极时，几种阴离子的放电顺序可依据常例为：ClOHSO42；当阳极是活性电极（易失电

15、子的金属）时，放电顺序应为：金属（电极）ClOHSO42。在阴极，阳离子的放电顺序一般是：按金属活动顺序，越不活泼金属，其阳离子越容易被还原（Ag+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+）（注意：阳极：Fe2e= Fe2+；阴极：Fe3+ e= Fe2+），而铝以前的金属均不可能在水溶液中被还原。要特别注意：教学中不要把阴、阳离子在电极上的放电顺序绝对化。因为阴、阳离子在两极上的放电情况比较复杂，与离子性质、溶液浓度、电流密度和电极材料等都有关系。（3）适当增加学生探究实验，引起学生更浓厚的学习兴趣，对电解原理有更深刻的认识。 例如，可增加在普通钥匙上电镀铜的实验，比较电镀与一般

16、的置换反应生成铜(化学镀)的区别。实验过程为：将铜片和一条表面已镀上镍的普通钥匙作为电极，插入到烧杯内的饱和CuSO4溶液中（钥匙的大半部分留在液面以上），接通直流电源（电压6V）。2min后停止通电，取出钥匙，用少量蒸馏水冲洗后，观察现象（均匀、光亮）。再把整条钥匙投入CuSO4溶液中，2min后取出，观察钥匙上的变化（不光亮、不均匀）。（4）结合课本上的“思考与交流”及课后习题（第3、第4小题），对相关概念及原理进行对比，消除学生对这些知识在理解上的混乱。需要进行对比的概念或原理有：电离与电解、原电池与电解池、电解精炼铜与电镀铜、电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠等等。第四节 金属的电化学腐蚀

17、与防护1教学目标（1）知识与技能：了解金属腐蚀的种类，能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防止金属腐蚀的方法。（2）过程与方法：通过科学探究，培养学生的动手操作能力和根据所学知识解决实际问题的能力。（3）情感、态度与价值观：通过了解金属发生腐蚀的原因及现代防腐措施，感受化学对人类生产和生活的影响。2教学重点：金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护原理。3教学难点：金属发生吸氧腐蚀的电化学原理。4教学建议（1）密切联系生产、生活实际金属的腐蚀及相应的防护措施，均发生在我们身边。教师可以事先让学生收集相关的数据资料、图片或新闻信息，介绍金属在社会经济发展中的重要地位，同时揭示金属腐

18、蚀所造成的严重危害，激发学生探讨金属腐蚀相关问题的欲望。在讨论防止金属腐蚀的方法时，也要让学生注意观察身边的现象，发现生活中有哪些有效的措施可以防止金属腐蚀；再进入生产领域，结合已学过的电化学知识，认识相关的防护方法。进行了相关的理论学习以后，再反过来要求学生运用所学电化学防腐的知识解决一些实际问题，如课后习题第9、第10小题。（2）充分利用教材提供的图表、图示及其他教学媒体本节教材共配有4幅示意图，帮助学生理解金属的析氢腐蚀、吸氧腐蚀和金属的电化学防护方法中的牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。还可以上网收集其他的课件和动画资料。教学中要运用好这些教学资源，增强学生的直观认识。再通过

19、实验4-3和“科学探究”中的实验，使学生对相关问题有更深刻的认识。（3）增加一组对比实验，增强学生对于钢铁的析氢腐蚀或吸氧腐蚀跟环境酸碱性有关的认识。如右图准备两套装置。在烧杯中插入两个玻璃管。将一颗无锈铁钉和一个碳棒分别用导线与电流计连接后，再分别插入两个玻璃管中。在第一套装置中，加入烧杯容积约1/2的稀盐酸（体积比1:100），立即可观察到电流计指针发生偏转，碳棒上有气体逸出。这是钢铁的析氢腐蚀，其原理学生十分熟悉，可让学生写出电极反应式及电池反应式。接着提问学生在中性或碱性溶液中，同样的装置能组成原电池吗？如果能，什么物质使铁氧化了？两个电极上的反应物分别是什么？在第二套装置中，加入烧杯容积约1/2的饱和食盐水，同样马上可观察到电流计指针发生偏转。2min后，向插入铁钉的玻璃管内滴入几滴K3Fe(CN)6（铁氰化钾）溶液，检验铁是否被氧化了，氧化产物是Fe2+还是Fe3+。又向插入碳棒的玻璃管中滴入酚酞试液，观察碳棒附近溶液的颜色，以确定正极上的产物。让学生根据实验现象，试写出电极反应式。（4）在本课小结时，应对相关概念（化学腐蚀与电化学腐蚀、析氢腐蚀与吸氧腐蚀）作出对比性的总结。参考资料：1. 选修4化学反应原理教师教学用书（人民教育出版社）2第四章电化学基础教材分析与教学建议（广州市第16中学 汪道岚）