河东教育山西省永济中学化学新人教版选修4教案 第四章 电化学基础.docx

1、河东教育山西省永济中学化学新人教版选修4教案 第四章 电化学基础第四章 电化学基础第一节 原电池教学目的知识与技能1、 让学生体验化学能与电能相互转化的探究过程；2、使学生进一步了解原电池的工作原理和构成原电池的条件；3、能够写出电极反应式和电池反应方程式.过程与方法1.通过分组实验培养学生观察能力与分析思维能力。2.实验引导学生以问题为中心的学习方法，学会发现问题、解决问题的方法。3、加深理解实践认识再实践再认识的辨证唯物主义的思维方法情感价值观通过一些实验和科学探究过程，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。重 点进一步了解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反

2、应方程式难 点原电池的工作原理结构与板书第四章 电化学基础第一节 原电池一、原电池工作原理 锌片（）：Zn-2e-Zn2 氧化反应；铜片（）：Cu22e-Cu 还原反应总反应式：Cu2ZnCuZn2二、设计原电池教学过程备注复习投影原电池的概念：化学能转化为电能的装置组成原电池的条件：(1) 有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体)作电极，活泼性强的做负极(2) 电极材料均插入电解质溶液中，电极可能与电解质溶液反应也可能不反应(3) 两极相连形成闭合回路，可以是导线相连接也可以是两电极接触第四章 电化学基础第一节 原电池讲我们已所学过的原电池，是为了便于说明原电池化学原理的一种最简单的装置

3、。如果用它作电源，不但效率低，而且时间稍长，电流就不断减弱，因此不适合于实际应用。这是什么原因呢？主要是由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。为了避免发生这种现象，我们来设计一种更为科学的原电池装置。设计实验在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液，将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥（如充满KCl饱和溶液和琼脂制成的胶冻）连接起来，再用导线将锌片和铜片联接，并在导线中串联一个电流计，观察现象。学与问什么是盐桥？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。盐桥可使由它连接的两溶液保持电

4、中性。现象（1）电流表指针发生偏转，根据指针偏转方向，可以判断出锌片为负极、铜片为正极。（2）铜片上有铜析出，锌片则被溶解。（3）取出盐桥，指针回到零点，说明盐桥起了沟通电路的作用。讲发生上述现象的原因是由于锌比铜活泼，容易失去电子变成Zn2进入溶液，电子通过导线流向铜片，硫酸铜溶液中的Cu2从铜片上获得电子变成铜原子沉积在铜片上。由于电子从锌片流到铜片，所以锌片上发生氧化反应，铜片上发生还原反应。锌片（）：Zn-2e-Zn2 氧化反应；铜片（）：Cu22e-Cu 还原反应总反应式：Cu2ZnCuZn2讲一定时间后，溶液会因带电离子的积累（ZnSO4溶液中的Zn2离子过多，CuSO4溶液中的S

5、O42-离子过多）而阻碍电子的转移。但有盐桥存在，允许溶液中离子迁移，以中和过剩的电荷，起了沟通电路的作用，使传递电子的反应能继续进行。于是，锌和CuSO4的氧化还原反应的化学能转变成外电路上电子流动的电能。一、原电池工作原理锌片（）：Zn-2e-Zn2 氧化反应；铜片（）：Cu22e-Cu 还原反应总反应式：Cu2ZnCuZn2 讲从分析铜-锌原电池的组成可以看出，原电池是由两个半电池组成的。锌和锌盐溶液组成一个半电池，铜和铜盐溶液组成另一个半电池。中间通过盐桥连接起来。组成半电池的导体叫电极，失去电子的电极为负极，得到电子的电极为正极。不参加电极反应的电极叫惰性电极，如铜电极。过渡根据铜-

6、锌原电池的组成，如何利用一个现有氧化还原反应设计成为原电池？两个半电池组成原电池的工作原理强还原性物质做负极，向外电路提供电子；强氧化性物质做正极，从外电路得到电子二、设计原电池1、基本方法：从理论上讲，可自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池，还原剂在负极上发生氧化反应，失去的电子通过导线转移到正极上，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应，从而形成闭合回路，外电路中则有电流产生。2、电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若为两个半反应则：两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液。3、电极材料的选择活泼金属做负极投影 氧化还原反应中还

7、原剂的氧化反应和氧化剂的还原反应同时发生，一个氧化还原反应被设计成原电池后，氧化反应和还原反应被分别设计在负极和正极发生，两极反应式叠加后应该与氧化还原反应式吻合，要求书写电极反应式时，负极失去的电子数与正极得到的电子数相等。小结原电池作为一种化学电源，当它用导线连接上用电器形成闭合回路时就会有电流通过。（1）在外电路：电流的流向是从电源的正极出发经用电器流向电源的负极。电子的流向是从电源的负极出发经用电器流向电源的正极。（2）在内电路：电解质溶液中的阳离子向正极移动，因为：正极是电子流入的电极，正极聚集了大量的电子，而电子带负电，吸引阳离子向正极移动。电解质溶液中的阴离子向负极移动，因为：负

8、极溶解失去电子变成阳离子，阳离子大量聚集在负极，吸引阴离子向负极移动。教学回顾：课题：第二节 化学电源教学目的知识与技能1、一次电池与二次电池的区别2、一次电池、二次电池电极反应的3、书写理解燃料电池的反应原理过程方法通过查阅资料等途径了解常见化学电源的种类及工作原理，认识化学能转化为电能在生产生活中的实际意义。掌握三类电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。情感态度价值观通过化学能与电能相互转化关系的学习，使学生从能量的角度比较深刻地了解化学科学对人类的贡献，体会能量守恒的意义。在探究三种电池的基础上，学会利用能源与创造新能源的思路和方法，提高环保意识和节能意识。重 点一次电池、二次电池和

9、燃料电池的反应原理、性能及其应用难 点化学电池的反应原理知识结构与板书设计第二节 化学电源一、化学电源 1、化学电源的分类：一次电池、二次电池和燃料电池等。2、化学电源的优点：（1）能量转换效率高，供能稳定可靠。（2）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。（3）易维护，可在各种环境下工作。3、原电池的优劣或适合某种需要判断标准：（1）比能量 （2）比功率 （3）电池的储存时间的长短二、一次电池1、 碱性锌锰干电池：负极（锌筒）：Zn +2OH2e= Zn（OH）2；正极（石墨）：正极：2MnO2+2H2O+2e= 2MnOOH+2OH电池的总反应式为：Zn +2MnO

10、2+2H2O= 2MnOOH+ Zn（OH）22、银锌电池： 负极：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-银锌电池充电和放电的总化学方程式为：Zn+Ag2O 2Ag+ ZnO3、锂电池：8Li3SO2Cl26LiClLi2SO32S三、二次电池1、铅蓄电池负极：Pb-2e-+SO42=PbSO4 正极：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O蓄电池充电和放电的总化学方程式为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O四、燃料电池1、燃料电池（碱性）负极：2H2+4OH2e=4H2O 正极：O2+2H2O+2e=4OH电池的

11、总反应为：2H2 + O2 = 2H2O教学过程备注第二节 化学电源问什么是化学电池？回答化学电池是将化学能转化为电能的装置。讲化学电源的分类：一次电池、二次电池和燃料电池等。一次电池的活性物质消耗到一定程度就不能再用了，如普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池；二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后再充电可以使活性物质再生，这类电池可多次重复使用。一、化学电源 1、化学电源的分类：一次电池、二次电池和燃料电池等。交流电池与其他能源相比，其优点有那些？讲能量转化率高、供能稳定、可以制成各种大小和形状、不同容量和电压的电池或电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。2、化学电源的优点：（1）能量转

12、换效率高，供能稳定可靠。（2）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。（3）易维护，可在各种环境下工作。投影图4-2电池及其用途问面对许多原电池，我们怎样判断其优劣或适合某种需要？讲看单位质量或单位体积所输出电能的多少，或输出功率大小以及电池储存时间长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多，功率大储存时间长的电池，更适合电池使用者。3、原电池的优劣或适合某种需要判断标准：（1）比能量 （2）比功率 （3）电池的储存时间的长短展示几种一次电池：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池、锂电池等二、一次电池讲普通锌锰干电池，在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并

13、用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；电池顶端用蜡和火漆封口。在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl 和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂，吸收正极放出的H2 ，防止产生极化现象，即作去极剂，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率。1、 碱性锌锰干电池：负极（锌筒）：Zn +2OH2e= Zn（OH）2；正极（石墨）：正极：2MnO2+2H2O+2e= 2MnOOH+2OH电池的总反应式为：Zn +2MnO2+2H2O= 2MnOOH+ Zn（OH）2讲 正极生成的氨被电解质溶液吸收，生成的氢气被二氧化锰氧化成水。干电池的电压1

14、.5 V1.6 V。在使用中锌皮腐蚀，电压逐渐下降，不能重新充电复原，因而不宜长时间连续使用。这种电池的电量小，在放电过程中容易发生气涨或漏液。而今体积小，性能好的碱性锌锰干电池是电解液由原来的中性变为离子导电性能更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增加，使放电电流大加幅度提高。碱性干电池的容量和放电时间比普通干电池增加几倍。讲根据投影讲解结构。优点：比普通锌锰干电池好，比能量和储存时间有所提高，使用于大电流和连续放电，是民用电池更新换代产品。阅读资料卡片-银锌电池。讲 银锌电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。目前，有一种类似干电池的充

15、电电池，它实际是一种银锌蓄电池，电解液为KOH溶液。 常见的钮扣电池也是银锌电池，安装在电子表里可使用两年之久。2、银锌电池： 负极：Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-银锌电池充电和放电的总化学方程式为：Zn+Ag2O 2Ag+ ZnO 阅读资料卡片锂电池。3、锂电池8Li3SO2Cl26LiClLi2SO32S讲锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其它金属作负极相比较，能在较小的体积和质量下能放出较多的电能，放电时电压十分稳定，贮存时间长。锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，因而已用于电

16、脑、照相机、手表、心脏起博器上，以及作为火箭、导弹等的动力资源。三、二次电池投影铅蓄电池讲铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。分析放电时起原电池的作用。1、铅蓄电池负极：Pb-2e-+SO42=PbSO4 正极：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O蓄电池充电和放电的总化学方程式为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O讲当放电进行到硫酸的浓度降低，溶液的密度达到1.18g/cm3时应停止使用，需充电，充电时起电解池的作用。四、燃料

17、电池讲 燃料电池是将燃料化学能直接转化为电能的装置。与一般电池不同的是，其所需的化学燃料并不储存了电池内部，而是从外部供应，便于燃料的补充，从而电池可以长时间甚至不间断地工作。另一方面，燃料电池除了电池本身之外，还需要燃料和氧化剂供应等配套部件与电池堆一起构成一个完整的燃料电池系统。 投影氢氧燃料电池。1、燃料电池（碱性）电极反应：负极：2H2+4OH2e=4H2O 正极：O2+2H2O+2e=4OH电池的总反应为：2H2 + O2 = 2H2O讲该电池的特点是能量转化率高，可达70%以上，且其燃烧的产物为水，因此不污染环境。讲燃料电池应用前景：燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优

18、点而受到世界各国的普遍重视。燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力装置。预期燃料电池会在国防和民用的电力、汽车、通信等多领域发挥重要作用。对比掌握4种原电池1、铜锌非氧化性强酸溶液的原电池（伏打电池）（电极材料：铜片和锌片，电解质溶液：稀硫酸）（1）氧化还原反应的离子方程式：Zn+2H+ = Zn2+ + H2（2）电极反应式及其意义正极（Cu）：2H+ +2e-=H2（还原反应）；负极（Zn）：Zn -2e-=Zn2+ （氧化反应）。（3）微粒移动方向： 在外电路：电流由铜片经用电器流向锌片，电子由锌片经用电器流向铜片。 在内电路：SO（运载电荷）向

19、锌片移动，H+ （参与电极反应）向铜片移动的电子放出氢气。2、镁铝强碱溶液的原电池（电极材料：镁片和铝片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）（1）氧化还原反应的离子方程式：2Al +2OH- +2H2O=2AlO + 3H2 （2）电极反应式及其意义 正极（Mg）： 6H2O+6e- =3H2 +6OH- 负极（Al）： 2Al +8OH-6e- =2AlO +4H2O（3）微粒移动方向： 在外电路：电流由镁片经用电器流向铝片，电子由铝片经用电器流向镁片。 在内电路：OH-（参与溶液反应）向铝片移动遇到Al3+发生反应产生AlO，Na+（运载电荷）向正极移动。3、甲烷和氧气燃料电池（电解质溶液是氢氧化

20、钾溶液）（1）氧化还原反应的化学方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O 。在强碱性条件下修正为：CH4+2O2 +2NaOH=Na2CO3+3H2O；CH4+2O2 +2OH- =CO+3H2O（2）电极反应式及其意义 正极（惰性材料）： 2O2 +4H2O +8e-=8OH- 负极（惰性材料）： CH4 8e- +10 OH- =CO32- +7 H2O 4、丙烷和氧气燃料电池（电解质溶液是氢氧化钾溶液）（1）氧化还原反应的化学方程式：C3H8+5O2=3CO2+4H2O 。在强碱性条件下修正离子方程式为：C3H8+5O2 +6OH-=3CO+7H2O（2）电极反应式及其意义 正极（惰性材

21、料）：5O2 +10H2O +20e-=20OH- 负极（惰性材料）： C3H8 20e- +26 OH- =3 CO+ 17 H2O强调八点：书写电极反应式要注意酸碱性环境对产物存在形式的影响。在酸性环境中，氢元素的存在形式有：H+ 、H2O 、H2三种形式，不会出现OH-形式。在碱性环境中，氢元素的存在形式为：OH- 、H2O 、H2三种形式，不会出现H+形式。在酸性环境中，氧元素的存在形式有：H2O 一种形式，不会出现OH- 、O2-两种形式。在碱性环境中，氧元素的存在形式为：OH- 、H2O 两种形式，不会出现O2-形式。检验电极反应式的标准：正负极得失电子数相等，原子个数守恒，微粒存

22、在形式符合酸碱环境。在正负极得失电子数相同的情况下，两个电极反应式叠加，会得到总反应式。用总反应式减去任何一个电极反应式会得到另一个电极反应式。教学回顾：第三节 电解池(一) 教学目的知识技能1、理解电解原理，会判断电解池、电极产物、电极周围溶液pH值及整个溶液pH值的变化；2、能书写电极反应式及总反应式，培养分析归纳知识的能力。过程方法利用惰性电极电解氯化铜的实验，探究电解原理，了解电解的应用，特别是电解在电镀、电解精炼、电冶炼等方面的应用。情感价值观通过电解知识的学习，发现其在日常生活和工农业生产中的广泛应用，激发学生勇于创新、积极实践的科学态度。重 点理解电解原理和以电解CuCl2溶液为

23、例得出惰性电极作阳极时的电解的一般规律。难 点理解电解原理，非惰性电极作阳极对电解产物的判断，电解原理的应用。知识结构与板书设计第四章 第三节 电解池一、电解原理1、电解原理：2、基本概念CuCl2CuCl23、电解池的两极4、电解池中的电子的移动方向5、电解的本质：电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程6、离子的放电顺序7、电极产物的判断(1) 阳极放电顺序：活泼阳极(金属)无氧酸根离子OH含氧酸根离子F (2) 阴极放电：溶液中的阳离子放电8、电极反应式的书写：9、电解规律教学过程备注复习提问在前面我们已经学习了原电池的知识，谁能举例说明原电池是怎样的能量转化装置？引入1799年，当

24、意大利人发明了最原始的电池-伏打电池之后，许多科学家对电产生了浓厚的兴趣， 1807年，当英国化学家载维将铂电极插入熔融的氢氧化钾并接通直流电源时，奇迹终于产生了，在阴极附近产生一种银白色的金属，随即形成紫色的火焰。这就是发现钾元素的主要过程，当时在社会上引起了轰动。这其中的奥妙是什么呢？电解时，物质的变化是如何发生的呢？ 电能如何才能转变成化学能呢？这就是本节课我们要共同探讨的问题。第四章 第三节 电解池一、电解原理1、电解原理设疑我们已经知道，金属和电解质溶液都能导电，金属的导电过程是物理变化，电解质溶液的导电过程是否与金属的导电过程相同呢？学生实验学生以学习小组为单位完成实验（也可将该实

25、验分三步实施），并观察、记录实验现象。教师巡回指导。(1) 将两要碳棒分别插进U型管内的CuCl2溶液中，观察现象 现象：碳棒表面无明显现象(2) 将两根碳棒用导线相连后，浸入U型管内的CuCl2溶液中，观察现象 现象：碳棒表面无明显现象(3) 将两根碳棒分别跟直流电源的正、负极相连接，浸入U型管内的CuCl2溶液中，接通电源，观察现象实验现象阴极：碳棒上逐渐覆盖了一层红色物质。阳极：生成有刺激性气味、能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体。问请大家根据实验现象和氯化铜溶液的组成成分以及原有知识分析推断两极生成物的名称。小结两极产物阴极铜 阳极氯气问氯化铜溶液在电流的作用下为什么会生成u和Cl2呢

26、？ 讲CuCl2在水溶液中完全电离生成Cu2+和Cl-板书 CuCl2 Cu2+2Cl讲通电前，Cu2+和Cl在溶液里自由运动；通电后，在电场的作用下，带负电的Cl移向阳极，并失去电子被氧化成氯原子，进而结合成Cl2放出，带正电的Cu2+移向阴极，并得到电子被还原成铜原子，覆盖在阴极上。投影播放课前制作的多媒体课件，模拟CuCl2溶液中Cu2+和Cl在通电前后的运动、变化情况。阴极：Cu2+2e=Cu（还原反应）阳极：2Cl-2e=Cl2（氧化反应）小结电解质溶液在导电过程中有新物质产生，是化学变化。2、基本概念(1) 使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化还原反应的过程叫做电解。(2)

27、 把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。(3) 当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程学生活动让学生独立书写电解CuCl2溶液的化学反应方程式。（可以请12名学生到黑板上书写，然后讲评）板书 CuCl2CuCl2过渡下面我们再分析电解池的两个电极。3、电解池的两极讲电解池的两极是由与之相连的电源电极的极性决定的。阴极：与电源负极相连的电极。（发生还原反应）阳极：与电源正极相连的电极。（发生氧化反应）设疑电解质溶液是如何将电路沟通的呢？4、电解池中的电子的移动方向学生活动请学生讨论、总结并回答上面提出的问题。电源负极 电解池阴极 电解液中的阳离子（被还原）电解池中阴离子（

28、被氧化）电解池阳极 电源正极讲由上面分析可知：电解质溶液的导电过程必须有阴阳离子的参与，如果溶液中的离子不参加反应，电路就不能沟通，所以电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。5、电解的本质：电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程问从上已知CuCl2溶液中存在的离子有：Cu、Cl、OH、H为什么电解时，只有Cu和Cl放电？这要涉及到离子的放电顺序问题。6、离子的放电顺序讲由于各种离子得失电子的能力不同，因此，电解时离子放电难易也不同。阳离子：Ag+Hg2+Cu2+Fe2+Zn2+H+Al3+Na+K+阴离子：S2-I-Br-Cl-OH含氧酸根讲电解电解质溶液时，在阴阳两极上首先发生

29、放电反应的离子分别是溶液里最容易放电的阳离子和最容易放电的阴离子。讲我们还要注意的是要先看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极(Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性电极材料，则根据阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式7、电极产物的判断(1) 阳极放电顺序：活泼阳极(金属)无氧酸根离子OH含氧酸根离子F (2) 阴极放电：溶液中的阳离子放电8、电极反应式的书写：列物质，标得失；选离子，配电荷；配个数，巧用水；两式加，验总式。讲首先要分清电极，并分析电极材料和电解质溶液中的阴阳离子，确定放电顺序，牢记三个守恒。电极反应必须写离子放电，总反应中弱电解质写化学式，且总反应中一定要注明条件。过下面，我们来重点介绍几组有代表性的电解池及其电极反应式的书写投影用惰性电极电解烧杯里的溶液1、电解含氧酸 2、电解无氧酸 3、电解可溶性碱 4、电解活泼金属的含氧酸盐5、电解不活泼金属的无氧酸盐 6、电解活泼金属的无氧酸盐 7、电解不活泼金属的含氧酸盐讲判断溶液中pH的变化，先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物，如果只产生H2没有O2则pH变大。如果只产生O2而无H2，则p