2019-2020年高中化学 第3节 化学能转化为电能-电池教案 鲁科版选修4.doc
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2019-2020年高中化学 第3节 化学能转化为电能-电池教案 鲁科版选修4一、教学目标(一)知识技能1、掌握化学能是能量的一种形式,它同样可以转化为其他形式的能量。2、掌握原电池的工作原理、能写出电极反应和电池反应方程式。 3、了解常见化学电源的种类及工作原理。4、能解释金属发生电化学腐蚀原因,了解金属的防腐措施。(二)过程与方法通过反应物之间电子的转移的探究,理解原电池的形成是氧化还原反应的本质的拓展和运用。(三)情感价值观感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题,形成较为客观、正确的能源观,提高开发高能清洁燃料的意识。二、教学重点初步认识原电池概念、原理、组成及应用。三、教学难点通过对原电池实验的研究,引导学生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。四、教学方法 :问题探究法五预习学案:一原电池的工作原理 原电池是_的装置。 1.原电池的构成条件:(1);(2)_ ;(3)_。2.电极、电极反应与电池反应负极:正极:3.电子流向、电流方向与离子定向移动方向4.原电池的工作原理(以铜锌原电池为例,电解质是硫酸铜溶液)例1.由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时,电解质溶液的pH怎样变化A.不变 B.先变小后变大 C.逐渐变大 D.逐渐变小例2.在如图所示的装置中,a的金属性比氢要强,b为碳棒,关于此装置的各种叙述不正确的是A. 碳棒上有气体放出,pH变大B. a是正极,b是负极C. 导线中有电子流动,电子从a极到b极D. a极上发生了氧化反应 二化学电源1作为化学电源的电池有_电池、_电池、_电池。其中可能造成环境污染的是_电池;可反复充放电的是_电池。2几种电池的比较电池电极材料电极反应电池反应锌锰干电池(酸性、碱性)铅蓄电池氢氧燃料电池例3.航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池酸式和碱式两种,它们放电时的电池总反应方程式都可表示为2H2 + O2 = 2H2O,酸式氢氧燃料电池的电解质是酸,其负极反应可表示为:2H2 4e-4H+,则其正极反应表示为_;碱式氢氧燃料电池的电解质是碱,其正极反应表示为O2 +2H2O+4e- 4OH-,则其负极反应可表示为_。例4.已知电解饱和食盐水可制得Cl2,又已知铅蓄电池放电时发生如下反应:正极:PbO2 + 4H+ +SO42 +2e- =PbSO4 + 2H2O 负极:Pb + SO42= PbSO4+2e-现拟用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水制氯气0.05mol,电池内H2SO4的消耗量至少是A.0.025mol B.0.05mol C.0.10mol D.0.20mol三、金属的腐蚀与防护1概念:金属腐蚀是指_。2分类:化学腐蚀与电化学腐蚀的比较金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀概念条件有无电流3钢铁的腐蚀:_腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。(1)析氢腐蚀(酸性环境)负极:_;正极:_(2)吸氧腐蚀负极:_;正极:_4金属的防护方法(1)在金属表面覆盖_,如_。(2)牺牲阳极保护法:即将_的金属作为保护极,与被保护金属相连构成_,_的金属将作为负极发生_反应而消耗,被保护金属作为正极就可以避免腐蚀。(3)阴极电保护法:即将被保护金属与外加直流电源的_极相连让其成为阴极,而将外加直流电源的_极接到一些废铁上,使废铁成为阳极。六、教学过程【引入】利用电池将化学能转化为电能具有重要的实际意义。交通运输工具需要配备电池,人造卫星、宇宙飞船必须携带电池,人们在日常生活中也要使用电池这些足以说明电池的重要性。那么,电池是怎样把化学能转变为电能的呢?这就让我们用化学知识揭开电池这个谜。一、原电池的工作原理【活动探究】实 验 步 骤现 象1、锌片插入硫酸铜溶液(并测量溶液温度的变化) 2、铜片插入硫酸铜溶液 3、锌片和铜片上端连接在一起插入硫酸铜溶液(并测量溶液温度的变化) 【问题探究】1、锌片和铜片分别插入硫酸铜溶液中有什么现象发生?2、锌片和铜片用导线连接后插入硫酸铜溶液中,现象又怎样?为什么?3、锌片的质量有无变化?溶液中c(Cu2+)如何变化?4、锌片和铜片上发生反应的反应式怎样书写?5、电子流动的方向如何?【分析】当把用导线连接的锌片和铜片一同浸入硫酸铜溶液中时,由于锌比铜活泼,容易失去电子,锌被氧化成Zn2+而进入溶液,电子由锌片通过导线流向铜片,溶液中的Cu2+从铜片获得电子被还原成Cu,附着在铜片上。这一变化过程可以表示如下:锌片:Zn - Zn2+ 2e- (氧化反应)铜片:Cu2+ + 2e- -Cu(还原反应)总反应:ZnCu2+= Zn2+ + Cu【板书】1. 原电池(1)定义:将化学能转变为电能的装置叫做原电池。(2)构成条件:(理论上说,任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池)有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体)作电极。电极材料均插入电解质溶液中(能自发进行氧化还原反应)。两极相连形成闭合电路。(3)工作原理:电极规定:负极:发生氧化反应,电子流出(流向正极)的一极。正极:发生还原反应,电子流入(来自负极)的一极。电池反应:原电池的两个电极反应组成电池的总反应,即电池反应。电子流向:电子从较活泼的金属(负极)流向较不活泼的金属(正极)。【学生活动】根据上述铜锌原电池,填写下表:电极电极材料电极反应反应类型得失电子的粒子电子流动方向负极 正极 2、盐桥的作用:盐桥中Cl-向锌盐溶液方向移动,K+向铜盐溶液方向移动,使锌盐和铜盐溶液一直保持电中性,从而使电子不断从Zn极流向Cu极。Zn与Cu2+不直接接触,可以更彻底地将反应释放的能量转化为电能,从而大大提高电池效率。二、化学电源(能实际应用的原电池)(一)、化学电源分类:一次电池:只能放电不能充电二次电池:可以反复充电和放电。放电时是原电池,充电时是电解池。(二)、典型的化学电源1、锌锰干电池(一次电池)(1)酸性:负极(锌):正极(石墨):该电池的优点:制作简单、价格便宜。缺点:新电池会发生自放电而使存放时间缩短、放电后电压下降较快等。(2)碱性:负极(锌):正极(石墨):电池反应:2、铅蓄电池(二次电池)(1)放电时:负极(铅):正极(二氧化铅): 电解质溶液:30%的硫酸溶液电池反应:(2)充电时:阳极(二氧化铅):阴极(铅): 电解反应方程式:说明:充电时,电池的正极与电源的正极相连。该电池的优点:性能优良,价格便宜,可以多次充放电。 缺点:单位重量电极材料释放的电能小,有的易于损坏,还需要严格的保养维护。3、氢-氧燃料电池负极是石墨电极,正极为石墨电极,电解质溶液是KOH溶液,在负极通入H2,正极通入O2或空气负极:正极:电池反应:该电池的优点:能量利用率高、可连续使用和污染少【学生活动】写出下列电池反应的电极反应式和电池反应(1)(-)C(H2)|H2SO4|C(O2)(+)(2)(-)C(H2)|NaCl|C(O2)(+)(3)(-)C(CH4)|KOH|C(O2)(+)三、金属的腐蚀与防护1、金属的腐蚀:(1)化学腐蚀:金属或合金表面直接与周围的物质发生化学反应而产生的腐蚀。(2)电化学腐蚀:不纯的金属或合金因发生原电池反应而造成的腐蚀。钢铁的吸氧腐蚀(主):条件:金属表面的水膜酸性不强负极:正极:电池反应:钢铁的析氢腐蚀(副):条件:金属表面的水膜酸度较高负极:正极:例如,钢铁生锈的主要过程为:Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n)H2O2、金属的防护:一般有三条途径:(1)改变金属内部组成结构,可以增强金属耐腐蚀的能力。如不锈钢。(2)在金属表面覆盖一层保护层,以隔绝金属与外界物质接触,达到耐腐蚀的效果。(油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜),例如在铁表面镀锌(白铁)或锡(马口铁),但一旦破损,因原电池反应,白铁外面的锌可进一步起保护作用,而马口铁外面的锡会加速腐蚀(铁作负极被溶解)(3)电化学保护法:牺牲阳极的阴极保护法(原电池法)外加电流阴极保护法。- 配套讲稿:
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