高中化学原电池电解池(精选10篇)
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来源:科教导刊 2013年18期
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摘 要 原电池和电解池是高中化学一个重要的知识点,也是历年高考常考重点、难点内容之一。在日常的教学中,老师可以通过原电池和电解池对比教学、归纳教学以及直击考点教学的方法,详尽解析原电池和电解池相关概念,提高学生对本知识点综合运用能力。
关键词 原电池 电解池 电极反应
中图分类号:G424 文献标识码:A
0 引言
化学是一门实践性很强的学科。电化学当中原电池和电解池广泛应用于工业、农业、国防、通信、照明、医疗等部门,与我们日常生活密切相关、不可缺少,成为高考常考的知识点。①②③从高考题型来看,主要涉及选择、填空、判断、推断、计算等形式。从知识内容来看,主要涉及四个方面:原电池、电解池、电镀池和金属防腐的概念;氧化还原反应;得失电子;反应方程式及电极反应式书写。命题过程中,题目呈现方式千变万化,涉及领域广泛,且与我们日常生活紧密相连,在未来高考中仍是考试的热点和难点问题,我们在日常教学活动中要注
意激发学生的多向思维、推理判断思维、逆向解题思维,规范学生的解题方法,让学生真正意义上理解概念,做到知己知彼,方可百战不殆。本文总结了原电池和电解池对比教学,原电池和电解池知识点概念归纳教学以及直击考点教学,为广大同行以后的日常教学提高参考。④⑤原电池和电解池对比教学
原电池和电解池问题是新课程标准要求必须重点掌握的内容,也是学生学习的一个难点。为了使学生更好地学习理解掌握这部分内容,老师可以采用对比教学方法进行教学,相关比较如表1。
从表1中,可以看出原电池和电解池差异,主要是概念上理解的差异,我们教师要在教学中引导学生对原电池和电解池进行系统比较,让学生清楚认识原电池和电解池的本质差别,从而最终达到提升学生对知识点综合运用的能力,从容面对高考试题当中原电池和电解池的综合考查题型。原电池和电解池知识点概念归纳教学
每年高考化学考试大纲原电池和电解池是命题的热点,各地的模拟题中这类考试题目比较多,难度差别也很大,有些甚至比较偏、怪,给学生学习带来了不必要的负担。高考题目形式千变万化,而对知识点理解万变不离其宗。我们在教学中要以近五年高考命题知识点为指导,针对一些常见的题型做详尽的归纳总结,减轻学生的负担。在教学工作中,教师要处理好以下四个方面的问题归纳。(1)概念的理解:找出原电池与电解池、正极与阳极、负极和阴极、电子流向与电流流向等概念的异同点,更好地把握知识点的运用;(2)化学方程式、离子方程式和电极反应式的书写:电极反应的书写一直是教师教学的重点,也是学生学习的薄弱环节,丢分最多,经常失误;(3)计算:常见的有生成物分子式、结构
式、物质的量、化学方程式配平等相关计算的形式,通过计算,可以了解考生掌握化学基础知识程度,考查考生对知识点综合运用能力;(4)紧密联系生活:化学跟我们日常生活息息相关,手机、笔记本电脑电池充电放电,家用电器生锈等等,都跟电化学有关联。
对原电池和电解池知识点概念归纳总结,能帮助学生更好地理解基础知识,由局部知识向网络知识发展,促使学生注重相关学科的联系和渗透,广泛阅读课外知识,能有效提高学生的学习效率。原电池和电解池直击考点教学
原电池和电解池是高中化学的一个重要理论知识点,也是历年高考必考的一个重点。直击考点教学法就是拿历年高考试题作为典例的教学方法,历年的高考试题也是考生复习最好的资料,通过对历年试题分析,针对性安排教学内容,做到知己知彼,百战不殆。
原电池和电解池的教学,关键是原电池和电解池辨析。下面就从试题区别是原电池还是电解池,电极反应、离子方程式的书写两个方面做教学介绍。在实例中判定是原电池还是电解池:具体理解满足原电池或电解池的形成条件;是化学能转换电能还是电能转换化学能;有没有活泼金属失去电子;有无金属单质电解析出等试题给出的信息,教师引导学生判断电化学装置是属于原电池还是电解池。最终由学生总结:①电解池是一定要有外接电源,所以有外接电源的为电解池,无外接电源的必定为原电池。多池组合时,一般是含活泼金属的池为原电池,其余都是在原电池带动下工作的电解池;最活泼的电极相同时,则两极间活泼性差别较大的为原电池,其余为电解池;②阴阳极的判断,根据电极与电源两极相连的顺序判断,阴极与直流电源负极相连电解池中的电极。其反应时,溶液中氧化能力强的离子首先在阴极上得到电子,发生还原反应。阳极与直流电源正极直接相连,该极上,溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,或者电极材料本身失去电子被氧化溶于溶液当中;③两种活动性不同的金属构成的原电池的两极,活泼金属做负极,负极金属是电子流出极,正极金属是电子流入极。用惰性电极时,电解多种阳离子共存的混合盐溶液时,较不活泼的金属的阳离子在阴极首先获得电子而析出。尽管这两部分内容教材中都安排了演示实验,但这两个演示实验的外形相似,操作简单,因此印象不深,记忆不牢。对于基本概念的考查,没有窍门可供选择,只要能牢记和深入理解基本的概念,各种概念的考查都会迎刃而解。结语
化学作为一门基础性学科,又有着自己独特的学科特点。它与其他各科看似不同,其实相通,不同在于内容,相通在于教与学的方法,究其根本,殊途同归,都应以学生为本,激发起积极性、创造性、主动性,再辅以合适的教学方法,同时也要补充尽可能多的课外相关知识,开阔视野,从而达到培养人才的目的。本文所述,通过对原电池和电解池工作原理的对比教学、知识点概念归纳教学、直击考点教学方法,让学生更加容易理解电化学相关的概念,掌握基础知识。我们在日常教学中,教学的方法是多样的,无固定的模式,我们可以有多种的尝试,在一定的大框架下,我们应追求教学的不拘一格,不限一法,把教学的多样性、稳定性、灵活性与独特性有机地结合和统一。根据学生学习的实际情况教学,合理安排教学,安排演示实验,指导学生掌握扎实基础知识,理解概念,总结解题方法,提升知识点的综合运用能力。
注释
高中化学是一门具有较强实践性与逻辑性的学科,给学生的学习工作带来了一定的困难。尤其对于“原电池”与“电解池”相关内容而言,内容相对比较抽象,学生不容易理解,同时这部分内容又是高中化学的重要内容。为此,在该部分内容教学过程中,教师应充分把握两者之间的异同点,并根据学生自身需求,灵活选择教学方法,以强化学生对于该部分内容的理解与认知。
1. 原电池与电解池的区别与判断
学生在学习原电池与电解池时,很容易将这两个概念混为一谈,高二学习原电池,高三学习电解池,很多基础知识在学后者时就把前面的忘了。要想让学生记忆深刻,就要提高学生对原电池和电解池的兴趣,可以在学习的同时增加客观鲜明的实验来提高学生兴趣,通过实验可增进学生对原电池和电解池的了解,增强学生对原理的认识,根据实验让学生更好地记住电解池需要外接电源,而原电池是不需要外接电源,这样做会使学生的遗忘率大大降低[1]。
2. 原电池正负极的判断与电极反应的书写
不管是关于原电池的计算题还是关于原电池的选择题,都是要求学生明确原电池的正负极,在判断原电池的正负极时,可根据原电池的电极端所用的金属活泼性来判断,所用一端金属较另一端活泼的为原电池的负极,则另一端较为不活泼的为原电池的正极。学生通过金属的活动顺序可轻松地判断原电池的正负极(由活泼到不活泼的金属活动性顺序:钾、钙、钠、镁、铝、锌、铁、锡、铅、氢、铜、汞、银、钯、金),负极总是失电子,正极总是得电子,原电池正极上的电极反应则必须根据电解液的成分来决定,电解液成分不同,在正极上的电极反应也不同。假如在铜锌原电池中,用锌做负极,铜棒做正极,用稀硫酸溶液作为电解液。在这时负极的锌失去两个电子被氧化为锌离子,负极:Zn-2e-=Zn2+正极:2H++2e-=H2(气体),这样就能使学生正确简单地写出电极反应式。
3. 电解池中阴阳极的判断
在辨别电解池的阴极与阳极的时候要比原电池的正负极判断的方法简单。无论什么作为电解液,只要在正确的电解池中与电源正极相连接的一定是正极,与电源负极连接的一定是阴极。阳极发生氧化反应,电解液中阴离子移动到阳极失去电子,阴极发生还原反应,电解液中阳离子移动到阴极得到电子,在两极个生成相应的产物,并根据电解池的组成可判断阴阳极上的产物是什么。
4. 电解池中电极材料、电解液与电解产物的关系
电解池中电极材料和电解液决定着电解产物的生成,主要根据电极材料可分为两种情况,一种是采用惰性电极,另一种采用非惰性电极[2]。第一,采用惰性材料电极,如碳棒等。惰性电极一般不考虑参加反应,在电解条件下,如果电解液中存在多种金属阳离子时,要根据所含金属阳离子的金属活动性来判断在电极上析出的顺序越不活泼的阳离子容易在电极上析出。第二,采用非惰性材料电极,当阴阳极与电解液中的阳离子相同时可用为金属的炼精,假如在铜的精炼上,阴阳极为铜棒,电解液为铜的盐溶液,当接通电源时,阳极的铜失去电子变为铜离子,阴极铜离子的电子形成铜被析出。在相同电解条件下,铜棒上的杂质如锌、铁等会溶解在电解液中,以阳离子形式存在,因为比铜的金属活动性强,所以在阴极的铜棒上不能析出这些金属只能析出铜,然而比铜不活泼的金属在阳极不能失去电子形成阳离子,只能以单质形态存在,这些金属单质沉淀在电解池底部,通常叫它们阳极泥。这种方法还有很多用处,如阴极保护法:利用电源的负极,使被保护的物体作为阴极,另一端用碳棒作为阳极,这样阴极就不容易腐蚀了。简单地讲述上面这些内容,对扩大学生的知识面与提高学习兴趣大有裨益。
5. 原电池与电解池实验的重要性
在课程安排时,开课初安排学生进行试验,实现多组模式,同学之间进行分组讨论研究。第一,原电池与电解池的实验具有能够让学生直观方法了解反应原理,整个实验具有不存在环境污染、现象明显等特点。第二,能促进学生在学习原电池和电解池的知识,让学生在课堂上互动起来,把传统的枯燥的学习理念转化为学生积极主动地去学习,有助于学生的个性成长,有助于学生在实验和神获得创新能力,有助于学生对学习科学树立正确的态度,以学生为中心,教师在学生讨论时给予正确的指导,大大促进学生之间的交流,有助于学生正确地表达自己的观点,培养学生的自主学习能力,调动学生在学习上的积极主动性,实现学生化学水平的全面提升。
结语
总之,在学习原电池和电解池的部分内容时,要综合考虑到学生的兴趣和记忆深度的关系,培养学生分析及解决问题的能力,提高学生在学习上的积极主动性,真正实现学以致用。与此同时,在相关内容教学过程中,教师还应注重与学生生活实践的有效结合,通过他们的生活体验来强化他们对于该部分内容的理解与认知,以切实促进学生化学素养的全面提升。
参考文献
[1]胡国生.高中化学教学中关于原电池与电解池的综合分析[J].考试周刊, 2009 (3) :219-220.
【关键词】 高考 原电池 复习策略
【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711(2015)10-093-02
一、立足考试说明、夯实基础知识
《考试说明》规定了考试的目的、要求、内容,是高三化学复习的基本依据。认真分析近三年的全国考试大纲,紧扣教材,立足基础,注重能力培养。考纲要求:了解原电池的工作原理,能书写电化学方程式和电池反应方程式,了解常见的电源、种类和工作原理。复习时应该根据考纲要求的强化原理、極反应、常见电源等核心的知识加以巩固、强化和提升。
二、优化骨干知识、深化内在理解
结合考纲,掌握教材中基本知识点,优化原电池的相关基本知识,加深对知识内在联系的理解。只有将化学知识纵横整理,舍弃杂乱多余的枝蔓,留下知识的主干,才会获得更深刻、更有条理的理解;只有将化学知识纵横整理,尽量简约化、结构化,才能容易做抽象的逻辑记忆,使其保持长久;只有将化学知识纵横整理,有序存放,构成了具有生长力的知识体系,用时才能取之快捷,易于迁移和再创造。在复习中,理清知识的脉络联系,分清知识的主次关系,可利用图表,也可用文字归纳等,使知识系统化、结构化。
例如对于原电池的理解,是一个将化学能转化为电能的装置,也可以理解为氧化还原反应的应用。以往我们多从电化学的角度考虑,多数分析电极的变化,电子、电荷的定向移动,电流的方向,极反应的书写等等,可是归根到底它是一个自发的氧化还原反应,正极是得到电子,化剂所在的一极,发生还原反应;而负极是失去电子,还原剂所在的一极,发生氧化反应。而判断正负极反应的物质实质就是判断氧化剂、还原剂是那种物质,在哪个电极反应。
三、研究高考试题,明确备考方向(以全国理综卷Ⅰ为例)
首先看看2013年新课标全国理综的Ⅰ第10题。银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是( )
A.处理过程中银器一直保持恒重
B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银
C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S==6Ag+Al2S3
D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
这道题,由题干信息知,银器的这一处理过程运用了原电池原理。其中银器作正极,铝质容器为负极,食盐溶液为电解质溶液,负极反应式为:2Al-6e-==2Al3+,正极反应式为:3Ag2S+6e-==6Ag+3S2-,由此可知,B项正确,A、D项错误,又因Al3+与S2-可以相互促进水解,则原电池的总反应方程式为:3Ag2S+2Al+6H2O==6Ag+2Al(OH)3+3H2S↑,故C项错误。答案为B。
在看看2014年新课标全国理综的Ⅰ第27题。次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品,具有较强还原性。可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示〔阳膜和阴膜分别只允许阳离子,阴离子通过):
①写出阳极的电极反应式 。
②分析产品室可得到H3PO2原因 。
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:
将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质。该杂质产生的原因是 。
以次磷酸(H3PO2)为切入点,考查了弱电解质电离方程式的书写、氧化还原方程式的配平、盐类水解规律、电化学知识,题目乍看觉得很陌生,但命题以基础知识为依托,注重知识的应用性,突出考查对题目所给信息的灵活运用和文字表达能力,基本功扎实且能灵活掌握题目信息的学生可得到理想的成绩。
最后看看首先看看2013年新课标全国理综的Ⅰ第10题微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O
分析本题:A、根据C元素的化合价的变化二氧化碳中C元素的化合价为最高价+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,所以在负极生成,错误;B、在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率比化学反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,正确;C、原电池中阳离子向正极移动,正确;D、电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应,正确,答案选A。
总之在高三原电池复习中万变不离其宗——氧化还原反应。只要我们抓住这个根本,吃透上述方法,多多总结,提高我们的分析能力,原电高考试题的载体、情境是不断变化的,不变的仍然是以考查基础知识、基本原理与基本技能为主。化学基础知识的复习,要打通模块界限,以知识内容为线索组织复习,把相应的元素化合物知识、基本概念、化学方法融合起来,将教材中散杂于各章节、各模块的相似知识点进行串联、整合,归纳找出其中的规律,使知识系统化,做到融会贯通。
1、了解原电池的定义;了解原电池的构成条件极其工作原理;并学会判断原电池的正负极。
2、通过老师的讲解和演示实验学会判断该装置是否是原电池装置、判断电池的正负极。
3、发展学习化学的兴趣,乐于探究化学能转化成电能的奥秘,体验科学探究的乐趣,感受化学世界和生活息息相关。
教学重点:
进一步了解原电池的工作原理,并判断原电池的正负极。
教学难点:
原电池的工作原理(解决方法:通过演示实验观察实验现象,加上老师的引导学生思考正负极发生什么变化,电子流动方向。)
教学方法:
讲授法、演示实验法。
教学过程:
【板书】化学能与电能
教师导入语:随着科学技术的发展和社会的进步,各式各样的电器进入我们的生活。
使用电器都需要电能。那么,我们使用的电能是怎么来的呢?
学生答:水力发电、火力发电、核能……
教师:我们来看看我国发电总量构成图吧。
教师:由图看出火力发电占发电总量的首位、其次还有水力发电……
教师:我们来看这幅图思考一下火力发电过程能量是怎样转化的?
【学生思考】让学生思考1分钟。
教师:通过燃烧煤炭,使化学能转变成热能,加热水使之汽化为蒸汽以推动涡轮机,然后带动发电机发电。
【投影】化学能→热能→机械能(涡轮机)→电能。
教师:但是煤炭发电有很多缺点,大家一起来说说。
学生:污染大、转化率低、煤炭是不可再生能源。
教师:那么是否可以省略中间的过程直接由化学能→电能?
【实验一】将铜片和锌片分别插入稀硫酸溶液中,观察现象并解释原因。
【现象】Zn片上有气泡(H2),Zn片逐溶解;Cu片无明显现象。
【板书】Zn片上发生反应:Zn+2H+==Zn2++H2↑
【实验二】将铜片和锌片用导线与电流表连接,并插入稀硫酸溶液中,观察现象并解释原因。
【现象】Zn片逐渐溶解但无气泡;Cu片上有气泡(H2);电流计指针偏转。
【设疑】为什么只在铜片和锌片上连接了一条导线,反应现象就不同了呢?思考一下。
【学生讨论】一分钟
教师:指针偏转,说明电路中有电流通过,说明发生了电子定向移动。Zn比Cu活泼,用导线连在一起时,锌片逐渐溶解,说明Zn片失去的电子,电子经导线流向Cu片,溶液中的H+由于电场作用下移向Cu片得电子被还原成H2(播放Flash动画)。
【板书】铜片上:2H++2e-=H2↑;锌片上Zn-2e-=Zn2+。
【过渡】实质上实验二的.装置就是一个原电池的装置,下面就让我们一起来了解一下原电池吧。
【板书】原电池定义:将化学能直接转变成电能的装置。
负极:失去电子(或电流流进)
原电池
正极:得到电子(或电流流出)。
教师:原电池的工作原理。
在外电路中,负极失去电子,正极得到电子,电子从负极向正极移动。
在内电路中(在溶液中),溶液中的阴离子向负极移动过,溶液中的阳离子向正极移动。这样整个电路构成了闭合回路,带电粒子的定向移动产生电流。
教师:
[过渡]回忆思考:通过以上实验想想原电池是由哪几部分组成的,构成原电池的条件又有哪些?
教师:原电池组成条件:两极一液一连线。
①两种活泼性不同的金属(或其中一种为能导电的非金属,如“碳棒”)作电极,其中较活泼金属为负极。较不活泼金属(或非金属)为正极。
②电解质溶液。
③形成闭合回路。
④能自发地发生氧化还原反应。
教师:一个原电池装置我们怎样来判断它的正负极呢?
【归纳小结】
判断原电池正、负极的方法。
1、由组成原电池的两极材料判断:
一般是活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
2、根据电流方向或电子流动方向判断:
电流是由正极流向负极,电子流动方向是由负极流向正极。
3、根据原电池两极发生的变化来判断:
原电池的负极总是失电子发生氧化反应,正极总是得电子发生还原反应。
4、电极反应现象
不断溶解,质量减少为负极;有气体产生,或质量增加或不变为正极。
教师:我们来看一下原电池原理有哪些应用。
①制作化学电源
②加快反应速率
③判断金属活动性的强弱
④防止金属的腐蚀
教师:这节课我们初步了解了原电池装置,其实我们身边有很多原电池,同学们要善于从生活中发现化学,培养对化学的兴趣。
作业处理:
1、调查我们周围有哪些电池是利用原电池原理生产的。
教学目标: 知识与技能:
1、了解原电池原理;
2、掌握原电池正、负极的判断及构成原电池的条件;
3、理解铜锌原电池的原理与结构,初步学会制作水果电池。过程与方法:
1、培养学生的探究精神和依据实验事实得出结论的科学方法;
2、培养学生的观察能力;
3、培养学生的实验设计能力。情感态度与价值观:
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,初步形成较为客观、正确的能源观,增强学生的环保意识。教学重点:原电池原理 教学难点:原电池设计 实验准备:
铁片、锌片、铜片、稀硫酸、电流计、带夹子的导线若干、烧杯、试管、酒精、橘子、小灯泡、碳棒、CuSO4溶液。课时安排:1课时 教学方法:
利用演示实验,启发学生的思维 实验——思考——讨论——总结 教学过程:
[引言]我们已经知道,铁是比较活泼的金属,能溶于稀硫酸;而铜是不活泼的金属,不能溶于稀硫酸,下面我们先来观察两组实验现象。
[实验演示]①把铁片与铜片分别插入盛有锈硫酸的烧杯中;
②把铁片与铜片用导线连接后,插入盛有稀硫酸的烧杯中,让学生观察回答现象。[学生回答]在烧杯中分别插入一根铁片或铜片后,铁片上有气泡产生,而铜片上没有;
把铁片与铜片连接后放入烧杯,铜片上有气泡放出,而铁片逐渐溶解,但无气泡。
[讨论]为什么铜片上会有气泡生成? [学生回答]H在铜片上得到了电子。
[设问]同学们推测的非常正确,但我们必须清楚,H在铜片上得到的电子是铜本身提供的还是从铁丝上传过来的呢?这又是为什么呢?这一节我们就来揭穿其中的奥妙。[板书]第一节 原电池
[实验探究]下面请同学们做如下实验:
①将锌片与铜片平行插入盛有稀硫酸的烧杯里; ②用导线把锌片和铜片连接起来;
③在导线中间接入一个电流计,让学生认真观察,回答实验现象。[学生回答]①锌片逐渐溶解,且锌片上有气泡产生,铜片上无气泡产生; ②铜片上有气泡,而锌片上没有气泡,但锌片仍在溶解; ③电流计的指针发生偏转。
[教师]很好,电流计的指针发生偏转,说明导线中有电流通过。那么电流是如何产生的呢?我们来思考下面几个问题: [投影]①形成电流的条件是什么?
②在该体系中,电子从哪里来,到哪里去?
③锌片和铜片用导线连接后,插入稀硫酸中,Cu片上为什么有气泡产生? ④锌片的质量有无变化?溶液中c(H)如何变化?
⑤从能量变化的角度分析这是什么装置?写出锌片和铜片上变化的离子方程式。(分小组回答后教师板书补充)
[讲述]以上实验早在1799年就被意大利物理学家伏打捕捉并加以研究,于是发明了世界上第一个原电池——伏打电池。
[板书]
1、原电池:将化学能转化为电能的装置
[过渡]那么原电池的正负极如何确定呢?首先同学们想一想常见的干电池哪一极是负极,哪一极是正极?
[学生回答]干电池是锌筒为负极,有铜帽的碳棒为正极。
[讲述]根据物理上的规定,电子流出的极是 极,电子流入的极是 极,那么正负极发生了什么反应?电子流向与电流方向是否一致?
+
++ 2
[讲述]由以上分析可以看出,原电池是通过氧化反应和还原反应分别在两极进行来实现化学能到电能的转化的。请同学们写出刚才用铜、锌和稀硫酸组成的原电池的两极反应式和电池的总反应方程式。
[学生练习]负极:Zn—2e=Zn 正极:2H+2e=H2↑
总反应方程式:Zn+H= Zn+ H2↑ 请同学们讨论一下装置是否为原电池?
+
2+
—
2+
+
—
[引导]通过电流计指针偏转情况分析以上装置哪些可形成原电池,并结合所给装置图来分析组成原电池的条件和原理。(学生讨论后回答教师板书)[板书]原电池的形成条件
(1)有活泼性不同的两种金属(或一种是非金属导体,如石墨)作电极;
(2)要有电解质溶液;
(3)要形成闭合回路。
[投影练习]下列装置能形成原电池的是()
答案:CD [讲述]具备了以上条件,就能构成原电池。我们可用梨、西红柿、铁丝、铝丝、铅笔等构成原电池,我们不妨自己试验一下。[思考]什么类型的化学反应可设计成原电池?
[小结]常温下可自发进行的氧化还原反应能设计成原电池。[练习]给出下列物质可设计出几组原电池? Zn、Cu、C稀硫酸、AgNO3溶液
教学反思:
本节课充分利用实验,改教为导,变学为思,不仅可以加深学生对原电池的理解,而且可以促进学生主动思维,自求理解从而培养学生分析问题、解决问题的能力,活跃了课堂气氛,收到了较好的效果。
一、教材分析
1、教材的地位和作用:
地位:本节内容以必修化学2 一必修2中涉及到原电池的知识主要以提出问题的形式将原先学过的知识得以回顾和掌握.具体问题如下:
1、什么样的装置是原电池?
2、组成原电池的条件有哪些?下列装置中哪些是原电池装置? 【实验探究1】:请根据反应:Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 设计一个原电池,并进行实验。【实验的目的】在于让学生生动地认识到形成原电池的条件及培养学生的动手能力。【实验结论与归纳】:形成原电池的条件:①有正负极②有电解质溶液③形成闭合回路 【实验探究2】:做出一个合理的原电池的装置后,让铜片和锌片靠到一起,请学生观察电流计指针是否发生偏转。
【实验的目的】使学生更加清楚的理解形成原电池的条件。【实验结论与归纳】:让原电池装置中产生电流需要将正负极导线相连,不能直接接触。【实验探究3】:在原来设计出的铜锌原电池的基础上观察指针偏转是否稳定
【实验的目的】突出单液电池在向外供电时的缺点,从而为教科书上实验4-1作铺垫 【实验结论】:池装置能产生电流,但不能产生持久的,稳定的电流。【归纳与总结】:让学生归纳出此装置不能产生稳定电流的原因:(电极与电解液直接接触发生了氧化还原反应,在锌电极表面形成了无数个微小的原电池,从而减小了电流,当锌棒上全覆盖上一层铜时,整个装置电流为零,不能向外供电。)【引入】:我们如何设计出一个能产生持续稳定电流的原电池装置? 【实验探究4】:(这是本节课中的重要的演示实验,本节课的重点也在这里得以显现,所以让学生一定要认真做好实验和仔细观察实验现象)【实验设计】(课本实验4-1):根据反应:Zn + CuSO4 =ZnSO4+Cu设计一个带有盐桥的双液原电池(教科书实验4-1),特别当把盐桥拿出和放进电解质溶液时电流计指针偏转情况让学生仔细观察。【实验的目的】使学生更加深刻得了解到双液电池能产生持续稳定电流的工作原理 【实验结论】:制作一个能产生持续稳定电流的原电池装置还需满足一下条件:①防止了电极和电解液的反应②盐桥的作用:沟通内电路
五、知识点的归纳和总结
1、定义:将化学能转化为电能的装置叫做原电池
2、原电池组成的条件:
3、原电池的工作原理:
六、板书设计
1、定义:将化学能转化为电能的装置叫做原电池
2、原电池组成的条件:
七、课后作业
笔者以《化学必修2》(人教版)第二章化学反应与能量第二节原电池的教学过程为例.
[课堂实录]
第一步:激趣引题
[教师引入]用图片展示生活中应用到的各种各样的电源,大家平常只是用到这些电池,有没有想过这些电池是怎么工作的?如果在某些极端条件下怎样自己制造电池?我们今天的任务就是探究电池的工作原理.
[学生实验1]如图1,将石墨棒插入到稀H2SO4中,现象:石墨表面没有气泡产生;
[学生实验2]如图2,学生看到石墨表面有气泡都表现得非常惊奇,在这就构成了认知冲突,激发了学生进一步探究的欲望.
[提出问题]为什么图2中石墨表面会有气泡产生?
第二步:解疑导拨合作探究
合作探究能促进学生思想情感交流,培养团结协作精神,构建民主和谐气氛,养成良好个性品质.此时,教师眼观六路,耳听八方,做巡视指导工作,不断点拨、强化学生的合作探究.
[学生分组讨论]最后得出一个猜想:Zn失去的电子通过导线到达石墨表面,然后H+在石墨表面得到电子变成了H2.
教师在巡视过程中会发现有不少学生认为Zn失去的电子通过稀H2SO4到达石墨表面,教师应敏锐地发现学生认识上的误区并指正.
[教师解释]我们知道导电的机理有两种:一为金属或石墨中自由移动的e-,二为电解质溶液中自由移动的离子,e-和离子是不同的粒子,反过来也就是说,电子只能通过金属导体或石墨,离子只能通过电解质溶液.
[教师引导]如何设计实验验证我们的猜想或者说验证导线中存在定向移动的电子?
[学生分组讨论]得出一个方案:在导线上接入电流表,如果电流表指针偏转,则猜想正确,若电流表指针不偏转,则猜想不正确.
[学生实验3]如图3,现象:电流表指针偏转,则说明猜想正确,即Zn失去的电子通过导线到达石墨表面,然后H+在石墨表面得到电子变成了H2.自己的猜想得到实验的验证,学生的成就感油然而生.
第三步:明理强化实践探究
[教师总结]这就是原电池的工作原理,如果将电流表换成用电器,则可用外界提供电能.
[演示实验]将图3中的电流表换成闹钟,可以看到闹钟的指针在轻轻摆动,如果用两个串联的原电池,可以看到闹钟指针会走动.能够将理论知识运用到实际,这让学生感到非常的惊喜并且印象深刻.
[教师讲解]所以原电池是将化学能转化为电能的装置.在图2、图3的C-H2SO4-Zn原电池中,电子由锌流出,经过导线流入石墨,所以Zn作负极,石墨作正极.电极反应式:
(-)Zn-2e-=Zn2+
(+)2H++2e-=H2↑
总反应式:Zn+2H+=Zn2++H2↑
[运用知识解决问题]8个学生为一组,比比看哪组能设计出原电池使灯泡发亮?
(一是为了检验之前运用探究获得的知识,做到举一反三,解决相关的问题,二是引入了竞争机制,所以该环节中,学生的积极性非常高)
[学生实验]如图4、5、6,指出这些原电池的正负极、现象,并写出电极反应式和总反应式.
[教师总结](1)现象的描述包括:正极、负极、电流表及电解质溶液的现象;(2)得出规律:①负极材料失电子;②正极材料不反应,只导电;③电解质溶液中的离子(或分子)在正极表面得电子.
图4、5、6中都是电解质溶液中的离子在正极表面得电子,为了让学生了解还有一些类型的原电池是O2在正极表面得电子,特设计了图7的原电池让学生完成.
[学生实验]如图7,现象:电流表指针有偏转;锌片逐渐溶解;往溶液中滴加酚酞,可以看到石墨附近的溶液变红;溶液中有沉淀产生.
[学生书写电极反应式]
第四步:激励评价,引导深入探究
[教师总结]今天我们采取了实验探究法探究了生活中常见的电池的原理,并通过探究得来的知识自己设计了能使灯泡发亮的电池,我相信,如果遇到一些紧急情况需要用到电能,大家一定会想起我们今天的化学课.
人教版高中化学选修4第四章电化学基础4.1原电池
二、设计思路
本节课是理论课与实验探究课的综合体,要充分发挥理论课与实验课的一般教学原则,一方面,教师要创设分组实验,提供理论探究与实验探究相结合的环境,学生充分调节已有知识,交流分享,合作探究;另一方面,教师利用各种教学方法和媒体,化微观、抽象为形象和具体,激励他们回忆相关知识;努力构建“实验—问题—分析—探究—解决—总结”的和谐课堂模式。
三、教学目标
1.知识与技能
了解双液原电池的工作原理,能准确书写原电池的电极反应式和电池反应式
2.过程与方法
通过实验探究,激发学生的问题意识,发展探究能力和解决问题的能力,培养创新精神
3.情感态度与价值观
通过实验探究,培养合作意识,感受化学美的意识和追求
四、教学策略设计
1.课堂主线
復习旧知,温故知新——创设冲突,实验激疑——自主探究,合作交流——揭示本质,理解新知——巩固练习,应用内化
2.细节设计
(1)有关课堂引入设计。首先可以准备好Zn片、Cu片、CuSO4溶液、H2SO4溶液、导线、音乐卡等材料,让学生自主设计一个可让音乐卡工作的电池,学生这时可以根据高一必修2学习的单液原电池的知识,自主设计。这种引入有利于增加学生成就感,提高学生学习兴趣,从而产生对后续知识学习探究的强烈愿望。
(2)有关分组实验探究的设计。教材上安排是直接组装有盐桥的双液原电池(铜锌双液原电池),然后让学生观察是否有电流通过。如果直接呈现双液原电池,则让学生从思维衔接上出现了断层,淡化了实验的作用和意义,使学生觉得单液原电池和双液原电池没什么具体关联。如果从课堂刚开始的学生设计好的单液原电池观察,很容易发现单液原电池的劣势(由于电极的极化作用,原电池不能提供持续稳定的电流)。这样自然而然引出这节课的主题,如何来解决这个问题呢?关键要将会发生反应的电极和电解质溶液分开,这时让学生分组进行合作探究,不难得到双液原电池的组成条件。
(3)多媒体动画的演示。本节课的内容是微观原理,用多媒体动画演示使抽象的问题直观化显得尤其重要,动画设计主要体现在双液原电池外电路电子的移动情况及内电路离子的移动情况。
(4)有关电极反应式的书写设计。我主要引导学生将单液原电池和双液原电池联系起来,让学生认识到单液原电池和双液原电池其工作原理是一致的。自然而然就引出了双液原电池的电极反应与单液原电池一致。这时可以给出一个学生较熟悉的单液原电池装置,让学生尝试写出其电极反应,并将单液原电池改成双液原电池。学生在书写过程中可能会出现各种错误。但没有关系,应鼓励学生思考并敢于犯错。最后在和学生讨论纠错的过程中,将电极反应的书写规范化。学生通过亲自实践对比,能更好的复习旧知识,掌握新知识。
五、教学过程设计
课堂引入:(首先可以将准备好的Zn片、Cu片、CuSO4溶液、H2SO4溶液、ZnSO4溶液、ZnCl2溶液、CuCl2溶液、导线、音乐卡等材料,让学生设计一个可让音乐卡工作的电池
教师提问:同学们,你们的音乐卡能工作吗?请说一说你的设计思路。
学生踊跃回答老师所提问题,将必修2有所遗忘的知识进行了回顾,也创造了融洽和谐的课堂气氛。
这时,可以请一位同学提供设计好的工作卡,引导学生观察,发现音乐卡工作一段时间后,声音越来越弱,而且两个电极上都有红色物质生成(或都有气泡生成)。
教师提问:为什么音乐卡的声音越来越弱?
学生思考:由于Zn片与CuSO4溶液或H2SO4溶液直接接触,在反应一段时间后,难以避免溶液中有Cu2+或H+直接与Zn发生置换反应,在Zn片上析出Cu或H2,这样就会阻碍Cu2+或H+继续得e-(电极被极化)。这样,就不能获得持续稳定的电流了。
教师提问:怎么来解决这个问题呢?
学生讨论:将Zn片与CuSO4溶液(H2SO4溶液)分开来。
教师追问:如果将Zn片与CuSO4溶液分开来,那如何进行自发进行的氧化还原反应呢?
这样将学生的思维引入到,如果将氧化剂、还原剂分开来,还能持续供电的思路上来。这样新的知识——双液原电池很顺利就引出来了。
学生活动:让学生利用所提供的材料,自行设计,学生的思维被激发,思考积极而活跃。
教师可以根据学生设计情况,针对性进行点评。例如:有学生在选择锌半电池烧杯中的电解质溶液时,选择了ZnCl2溶液(与书本上的不同)。这时可讲解电解质溶液的选择问题。又例如:有学生选择了导线来连接两个半电池,就引出了盐桥这个“新生儿”。
教师提问:那盐桥可不可以用金属导线来替代呢?
这时可以引导学生从单液原电池的工作原理上入手。原电池工作必须有外电路和内电路。外电路是电子的通道,内电路是离子的通道。这样才形成一个闭合回路,原电池才能正常工作。盐桥正是提供离子的通道。
这样,让学生对新知识盐桥的作用有了一个直观深入的认识。
教师引导:那这个电池是如何来提供持续稳定的电流的呢?
动画投影: Zn—Cu双液原电池的工作原理。
学生通过动画投影的观察和教师的引导,想象、理解双液原电池的工作原理。
这时,教师可配合动画,讲解清楚双液原电池的工作原理。学生在已有必修2中单液原电池工作原理,理解起来就不费气力了。
课堂探究:
若把CuSO4溶液换成等浓度的稀H2SO4溶液,其导电效果如何呢?
通过这个活动,引导学生思考,原电池的输电能力与什么有关?
课堂总结:
1、原电池的形成条件
2、电极反应式的书写
3、盐桥的作用
4、双液原电池的工作原理
5、决定原电池输电能力的因素
课后反思:
成功之处:抓住“设疑—探究—交流”这条思维线索,成功突破了双液原电池较单液砂电池的优异性及工作原理。学生回顾了电极反应的书写,掌握了盐桥的特殊作用及双液原电池的工作原理。培养了学生一定的实验动手能力和思维能力。
不足之处:
1.实验探究性不强。由于害怕时间不够,不敢大胆把问题放给学生探索讨论。
2.在探究原电池输出电能的能力,取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力时,用等浓度的稀H2SO4溶液组成的原电池,其输电能力弱于等浓度的CuSO4溶液,学生当时实验不成功,未把导致实验失败的因素讲清楚。
【教学目标】
1、〔知识与技能〕
让学生了解原电池的工作原理。
2、〔过程与方法〕
①通过实验方式探究原电池工作原理,感
悟科学探究的过程和方法。
②培养实验中的观察能力,思考意识和应变能力;培养语言智能。
3、〔情感态度与价值观〕通过化学知识与生活、生产相联系,让学
生感到化学就在身边,化学很有用,很亲切;引导学生关注生活、生产中的化学。
【教学重点】了解原电池的工作原理。【教学难点】原电池的工作原理。【探究建议】实验探究、问题解决。【课时划分】一课时 【教学过程】
【展示图片】(实物展示各种电池)
【师】在平时用到的计算器、手机、MP5、电子表、笔记本电脑等都要用到电池,可以说现代生产、生活都离不开电池。【问】哪位同学能说一下电池的能量转换呢? 【学生回答】
【导入课题】我们这节课来学习化学能转化为电能的装置---原电池。
【板书】
一、原电池 【师】 在学习新知识的之前,同学们先对导学案上的预习成果进行组内交流、讨论(限时2分钟)。然后回答以下问题:
【预习检测】
1.根据物理科电学知识,电流产生的原因
,电流的流动方向由电源的 极到
极,电子的流动方向由电源的 极到
极。
2.氧化还原反应的实质是:。
3.电解质的概念是:。
以下物质能导电的有
,属于电解质的是
。石墨、氯化钠固体、氯化钠溶液、铁、铜、蔗糖固体、蔗糖溶液、稀硫酸。能导电的原因是
。【学生活动】学生举牌抢答。
【创设情境】动画展示“病历档案”:同学们,面向我们的并不是一位快乐的美眉!自从先后装上两颗假牙(分别是不锈钢和黄金假牙),“笑笑”女士心情一直不爽----头痛、失眠、心情烦躁。
【问题导入】今天,我想请大家当一次医生,开个处方,让笑笑女士笑起来。
【初步假设】想一想,病因估计处在哪里?(假牙)
【设计方案】是不是这样呢?让我们模拟口腔中的环境,把稀硫酸想成口腔溶液----唾液,用Zn和Cu分别代表两颗不同的假牙----不锈钢和黄金……通过实验来找病因!
【学生分组实验】(分9组实验)
【探究实验一】 把锌片和铜片平行插入稀硫酸溶液中(锌片和铜片不接触),观察实验现象。【探究实验二】 把锌片和铜片上端用导线连接起来放到稀硫酸溶液中(锌片和铜片不接触),会出现什么现象?
【探究实验三】 把锌片和铜片用导线通过电流计连接起来放到稀硫酸溶液中(锌片和铜片不接触),会出现什么现象?
【问题探究】
1、把锌片和铜片平行插入稀硫酸溶液中(锌片和铜片不接触),有何现象?写出有关反应方程式和离子方程式?
2、把锌片和铜片上端用导线连接起来放到稀硫酸溶液中(锌片和铜片不接触),有何现象?写出铜片和锌片上的电极反应式以及电子由
流向。
3、把锌片和铜片用导线通过电流计连接起来放到稀硫酸溶液中(锌片和铜片不接触),有何现象?从能量转化角度,你能得出什么结论?
4.如何确定该电池的正负极?
【学生观察并回答】讨论结果采用竞赛抢答形式展示。【多媒体展示】原电池工作原理flash动画模拟过程
【学生交流讨论,归纳小结】原电池工作原理:锌与稀硫酸发生氧化还原反应,锌失电子成Zn2+,电子从锌片经导线通过电流计流向铜片,H+从铜片上得电子被还原成H2,【板书】
1、把化学能转化成电能的装置叫原电池。
2、Cu---Zn原电池的工作原理
锌片(负极):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)铜片(正极):2H+ +2e-=H(还原反应)
总反应方程式:Zn+ 2H +=Zn2++H2
【解决问题】 通过实验,你认为笑笑女士的病因是什么?(两颗假牙在口腔溶液中够成原电池,产生的电流刺激脑神经,使该女士头痛、失眠、心情烦躁)【课堂检测】
【课堂小结】 原电池是将化学能转化为电能的装置。原理是利用自发进行的氧化还原反应,电子由负极流向正极,从而产生电流,将化学能转化为电能。
【思考题】
Cu—Zn原电池产生的是持续稳定的电流吗 ? 【自主发展作业】回家后利用家庭能够提供的一些材料创新设计各种电池。
【板书计划】
第二节 化学能与电能
一、原电池
1、原电池定义
把化学能转化成电能的装置叫做原电池。
2、原电池的工作原理
锌片(负极):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)
铜片(正极):2H+ +2e-=H(还原反应)
总反应方程式:Zn+ 2H +=Zn2++H2
【教学反思】
本节课一直是高一学生学习的难点,其理论比较抽象,而且要求学生动手实验。本节课我花了很长时间准备(备学生、备教材、备教法、理论联系实际备问题),上完本节课进下心来,细细回顾,特反思如下:
1、“知识的检测””知识的探究” 采用学生分组讨论,学生抢答的形式,活跃了课堂气氛,激发学生学习积极性。
2、巧用病例这一情景开头,切实联系所要学的知识,实例生动有趣,一下抓住学生的心。
3、让学生分组实验,提高动手能力,观察能力,在探究中学到知识。
4、借助现代媒体的微观动画可生动直观的展开原电池工作原理,有利于学生突破原电池原理这一教学难点。
5、让每一小组做一牌子,以拍卖形式抢答问题在竞争中体现小组群体智慧。
原电池教案
[课前准备:学生课桌上放有盛稀硫酸的玻璃缸、电流汁、锌片、铜片、导线。(两人一组)] [上课] 师:工农业生产、国防、科研、日常生产中,常常使用哪些电池?××同学。[指定学生] 生(1):蓄电池、干电池、温差电池、氧化银电池、高能电池等。 师:××同学[指生(1)]参加区里少年科技站活动,因此他解得很多,讲得很好。 化学电池一般都是根据原电池原理制成的。为了更好地使用各种电池,并创造出更多更好的新电池,必须学习最简单的电池,也就是学习原电池的构造和它的工作原时。[板书:一、原电池]化学反应时常伴随着光、热这样一些现象。化学反应是否有电流效应呢?如果有的话,电流又是怎样产生的呢?我们一起做一个实验,请大家把书翻到154页(实验5-3)。大家都经过预习,具体操作不必多讲,做实验时请观察三个现象,并认真思考产生这些现象的原因,也可适当地展开一些讨论。第一,锌片、铜片平行插入盛有衡硫酸的玻璃缸里,仔细观察锌片上有没有气体?其次,拿导线把锌片、铜片连接起来,再看一看铜片有没有气体产生?锌片上现象有无变化?最后我们把锌片、铜片连接一个电流计、看看电流计的指针有没有偏转?实验结束以后,锌片和铜片用自来水冲洗冲洗,放在塑料烧杯里。盛衡硫酸的玻璃缸仍放在桌子上。下面大家开始做实验。[教师在黑板上画上原有电池示意图(图1)] [学生边实验边开展讨论;教师边巡视边进行个别指导。] 注意!连接电流计时,铜片上的导线接在电流计刻有正0.6处,锌片上的导钱接在电池计刻有负的地方。[稍待片刻]好,全部结束,请大家迅速把锌片、铜片用水冲洗一下,放在塑料烧杯里,玻璃缸、电流计、烧杯都放在桌子的正上方。 现在我们请同学汇报一下,在实验时看到一些什么现象?××同学。[指定学生] 生(2):看到锌片上面有气泡,用导线连接起来,铜片上有气泡。 师:连接导线前后,锌片和铜片的现象各有什么不同? 生(2):连接导线前,锌片上有气泡,铜片上无气泡;连接导线后,锌片上气泡减少,铜片上出现比较多的气泡。 师:然后在导线中连接电流计,又看到什么现象? 生(2):电流计的指针有一些偏转。 师:锌片、铜片插入稀硫酸中,锌片有气泡产生,铜片上没有气泡产生,这是什么原因?×××同学,[指定学生]你讲讲看。 生(3):锌的活动性大,所以有气泡;铜的活动性小,所以没有气泡产生。 师:大家想想,这样回答完整吗?×××同学。[指定学生] 生(4):在金属活动性顺序表中,锌排在氢的前面,容易失去电子,能置换酸中的氢。 师:铜呢? 生(4):铜排氢的后面,不能置换酸中的氢。 师:在金属活动顺序表中,锌排氢的`前面,锌的化学性质比氢活泼,锌原子易失电子给硫酸溶液中的氢离子。锌不断溶解,锌原子变成锌离子,氢离子得到电子变成氢离子。两上氢原子结合成氢分子,锌片上有气体即氢气逸出。[板书]现在再考虑:为什么锌片、铜片连接了导线以后,如果锌片很纯的话,锌片上的气泡很少。几乎没有,而铜片上的气泡却很多,什么道理?××同学。[指定学生] 生(5):锌被氧化成锌离子进入溶液,溶液中的氢离子从铜片获得电子,被还原成氢原子。 师:同学们能回家预习,很好。但回答问题要针对题意,经过思考后用自己的语言来回答。大家看到铜片上气泡很多,锌片上气泡少了,这是什么道理呢?××。[指定学生] 生(6):锌原子失电子变成锌离子,电子通过导线流向铜片上,氢离子在铜片上得电子,变成氢原子再组成氢分子。铜片上有很多氢气泡。 [评述:在这类探索性实验中,操作并不困难,重要的是观察现象要细微,否则无收获。在观察到现象后,分析电子的流动和转移的路线是重要的课题。一定要让学生得到如下结论:锌片与稀硫酸接解反应时,电子是在锌和氢离子之间直接转换;而在锌片用导线与插在稀硫酸时的铜片接连时,电子是由锌片通过导线到达铜片后,在铜片上向氢离子转移。在学生的回答中,有一句话最重要:“锌原子失去的电子通过导线流到铜片上”,要特别强调。在电子通路得到控制后,原电池的使用才成为可能。] 师:锌是比较活动的金属,锌片的锌原子失电子变成锌离子,溶解在溶液里。锌原子失去电子通过导线流到铜片上,而溶液中的氢离子从铜片上得到电子变成氢原子,二年氢原子组成了氢分子。因此,在铜片上就有气体出发。大家也可以考虑一下:锌原子失电子变成二价锌离子,氢离子得电子变成氢原子都是一些什么反应呀?×××同学。[指定学生] 生(7):锌原子失电子发生氧化反应,氢离子得电子发生还原反应。 师:锌原子失去电子变二价锌离子的反应为氧化反应;氢离子得电子变氢原反应是还原反应。在导线中连接了电流计,大家都看到电流计的指针有偏转的。说明导线里有电流通过,考虑一下上述实验装置,怎么会产生电流的?电子流动的方向,又是怎样的呢?请同学们讨论。 生(8):电流的产生是由于电子从锌片流向铜片。 师:有谁补充?××[指定学生] 生(9):因为锌片上电子多,锌片、铜片之间有电势差 师:产生电流的根本原因是什么? [评述:产生电流的根本原因,在化学里是无法弄明白的。学生回答的产生电势差的事实,也是根本原因之一,如果学生在高中电学里已学过这个原理,教师可提醒一下。如果学生的尚未学到,则化学教师可以轻轻带过,待学生到物理学习中再深究。这里,也许只需突出氧化-还原反应的自动变化。] 生(10):锌片上锌原子发生氧化反应,铜片上的氢离子得电子发生还原反应,使导线中的电子从锌片流向铜片。 师:锌片、铜片上发生了氧化-还原反应,使电子从锌片不断地流向铜片而形成电流,这是上述装置产生电流的根本原因。锌比铜活动,容易失去电子,锌片上的电子比铜片多,锌片与铜片间有电势差,电子从锌片流向铜片。我们再看看上面的实验装置有什么特点?请大家翻开书,第155页,第四行:“把化学能转变为电能的装置叫原电池。”我们刚才做实验的装置就是原, 锌、铜、衡硫酸组成的一个锌铜原电池。现在大家可以搞清楚了,什么是原电池。 原电池中电子流出的这一极称为负极;原电池电子流入的这一极称为正级。锌、铜原电池中锌和铜各是什么极? 生(集体):锌片是负极;铜片是正极。 师:锌、铜原电池中,锌片是电子流出的称为负极,铜片是电子流入的称为正极。负极锌片,正极铜片,各发生什么反应? 生(集体):负极锌片上发生氧化反应;正极铜片上的H+发生还原反应。 师:负极锌片,电极锌本身被氧化正极铜片,H+在电极铜上被还原。锌铜原电池中的电子,从负极锌片流向正极铜片。 为了更好地学习原电池的工作原理,我们可以用电极方程式,表示原电池两电极上所发生的反应。电极方程怎样写法呢?写电极方程式时,[指黑板上所写的电极方程式应写清楚正极、负极;在电极后面括一个括号,写电极材料名称;然后再书写原子(分子)或离子的符号,以及得失电子的数目;最后配平并在反应物、生成物的符号间写等号。] [评述:电极方程式的书写一定要规范,这有利于巩固对电极反应的氧化还原本质的理解。] [教师将放有的盛稀硫酸的玻璃缸,硫酸铜溶液的玻璃缸,酒精溶液的玻璃缸,锌片、铜片、银片、石墨棒以及导线的示教盘和大型电流计摆在讲台上。] 师:下面我再来做几个实验,请大家仔细观察。这是锌片、石墨棒,在玻璃缸里的是稀硫酸[出示实物],现在如果我把锌片和石墨棒放在稀硫酸里,锌片上有气泡吗? 生:有气泡。 师:石墨棒上有气泡吗? 生:没有。 师:现在我用一根导线,把锌片和石墨棒连接起来。[教师演示]请×××同学[指定学生]代表大家来看一下,并向大家汇报看到的现象。 生(11):锌片上气泡减少,石墨棒上有气泡产生。 师:把电流计连接在锌片和石墨棒中间[教师演示],大家看看讲台上电流计指针,电流计指针发生偏转。 下面我们做第二个实验。这里有两块锌片,玻璃缸里是稀硫酸[出示实物]把两块锌片插入稀硫酸里[教师演示],两块锌片有什么现象? 生:都有气泡。 师:如果在两块锌片间,连接一电流计[教师演示],大家看看,电流计的指针是否有偏转? 生:没有偏转。 师:两块锌片插入稀硫酸连接电流计,两块锌片都有气泡产生,电流计指针不发生偏转。 下面我们做第三个实验。这是一块锌片,这是一块银片,玻璃缸是硫酸铜溶液[出示实物],把锌片、银片插入硫酸铜溶液中,放置片刻后,取出银片[教师演示],大家看看,银片上有什么现象? 生(部分):变暗了;(部分):有暗红色。 师:如果在锌片、银片中,连接一个电流计[教师演示],大家看看,电流计的指针是否有偏转? 生:有偏转。 师:锌片、银片插入硫酸铜溶液,连接电流计,锌不断溶解,银片有暗红色物色析出,电流计指针发生偏转。 最后一个实验,也就是第四个实验。这是一块锌片、一块铜片,玻璃缸里是酒精溶液[出示实物]。 现在我们把锌片和铜片插入酒精溶液[教师演示],大家仔细观察,有什么现象? 生:没现象。 师:锌片、铜片插入酒精溶液,锌片、铜片都没有现象。如果用导线把锌片、铜片连接起来,锌片、铜片上仍然没有现象。现在我在锌片、铜片间, 连接一个电流计[教师演示],大家看看,电流计指针是否有偏转? 生:没有偏转。 师:锌片、铜片插入酒精溶液,连接电流计,锌片、铜片上没有现象,电流计指针不发生偏转。 现在请大家考虑:这四个实验中,哪几个既发生化学反应,又能产生电流?请×××同学回答。 生(12):第一和第三。 师:第一和第三个实验。既发生化学反应,又能产生电流,这些装置是原电池;第二个实验发生化学反应,但无电流产生;第四个实验既不发生化学反应,也没有电流产生,这些装置都不是原电池。 现在请大家考虑:原电池由哪几部分构成?每部分用什么材料?材料有什么要求?也就是说,请臧克家总结归纳一下,构成原电池要哪些条件?请×××同学讲讲看。 [评述:在了解原电池作用的 ,分析原电池的构造。而且,教师对构造的教学是篇2:化学原电池教案
化学原电池教案
化学电源
1. 普通锌锰电池——干电池
干电池是用锌制筒形外壳作负极,位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极,在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质,还填有MnO2黑色粉末,吸收正极放出的H2,防止产生极化现象。
电极反应为:
负极:Zn-2e-=Zn2+
正极:2NH4++2e-=2NH3+H2
H2+2MnO2=Mn2O3+H2O
4NH3+Zn2+=2+
淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两极的迁移速率。
电池的总反应式为:
2Zn+4NH4Cl+4MnO2=Cl2+ZnCl2+2Mn2O3+2H2O
干电池的电动势通常约为1.5V,不能充电再生。
2. 铅蓄电池
铅蓄电池可以放电亦可充电,它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳,在正极板上有一层棕褐色的PbO2,负极板是海绵状的金属铅,两极均浸入硫酸溶液中;且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
放电时起原电池的作用,电极反应为:
当放电进行到硫酸的浓度降低,溶液的.密度达1.18g 时应停止使用,需充电,充电时起电解池的作用,电极反应为:
阳极:PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-
阴极:PbSO4+2e-=Pb+SO42-
当溶液的密度增加至1.28 时,应停止充电。
蓄电池充电和放电的总化学方程式为:
3. 银锌电池——钮扣式电池
它是用不锈钢制成的一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒,形似纽扣,盒内正极壳一端填充由Ag2O和石墨组成的正极活性材料,负极盖一端填充锌汞合金组成的负极活性材料,电解质溶液为KOH浓溶液。电极反应为:
负极:Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O
正极:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
电池的总反应式为:Ag2O+Zn=2Ag+ZnO
电池的电动势为1.59V,使用寿命较长。
4. 微型锂电池
常用于心脏起搏器的一种微型电池叫锂电池,它是用金属锂作负极,石墨作正极,电解质溶液由四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酸氯(SOCl2)中组成。电池的总反应式为:8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO4+2S
这种电池容量大,电压稳定,能在-56.7~71.1℃温度范围内正常工作。
5. 氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池,主要用于航天领域。它的电极材料一般
为活性电极,具有很强的催化活性,如铂电极,活性炭电极等。电解质溶液为40%的KOH溶液。电极反应为:
负极:2H2+4OH—-4e=4H2O
正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
电池的总反应式为:2H2+O2=2H2O
6. 海水电池
1991年,我国首创以铝—空气—海水为能源的新型电池,用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质,靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。电极反应式为:
负极:4Al-12e-=4Al3+
正极:3O2+6H2O+12e-=12OH-
电池的总反应式为:
这种海水电池的能量比“干电池”高20~50倍。
7. 新型燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极,又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应为:
负极:CH4+10OH—-8e-=CO32-+7H2O
正极:2O2+4H2O+8e-=8OH-
电池的总反应式为:CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
电解时电极产物的判断
1. 阳极产物判断
首先看电极,如果是活动性电极(金属活动顺序表Ag以前),则电极材料失电子,电极被溶解,溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要再看溶液中的离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序判断。
阴离子放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-
2. 阴极产物判断
直接根据阳离子得电子能力进行判断,阳离子放电顺序:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na2+>Ca2+>K+
3. 电镀条件,由于阳极不断溶解,由镀液中阳离子保持较高的浓度,故在此条件下Zn2+先于H+放电。
原电池、电解池、电镀池之比较
原电池
电解池
电镀池
定义
将化学能转变成电能的装置
将电能转变成化学能的装置
应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的装置
装置举例
形成条件
① 活动性不同的两电极(连接)
② 电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)
③ 形成闭合电路
①两电极接直流电源
②两电极插入电解质溶液
③形成闭合电路
①镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极
②电镀液必须含有镀层金属的离子(电镀过程浓度不变)
电极名称
负极:氧化反应,金属失电子
正极:还原反应,溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子(吸氧腐蚀)
阳极:氧化反应,溶液中的阴离子失电子,或电极金属失电子
阴极:还原反应,溶液中的阳离子得电子
阳极:金属电极失电子(溶液)
阴极:电镀液中镀层金属阳离子得电子(在电镀控制的条件下,水电离产生的H+及OH-一般不放电)
电子流向
负极 正极
电源负极 阴极
电源正极 阳极
同电解池
⑴同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。⑵同一电解池的阳极、阴极电极反应中得、失电子数相等。⑶串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下,在写电极反应式时得、失电子数要相等;在计算电解产物的量时,应按得、失电子数相等计算。
用惰性电极电解电解质溶液时的规律
1. 电解水型:含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)的电解。
阴极:
阳极:
总反应:
2. 分解电解质型:无氧酸(除HF外)、不活泼的无氧酸盐(氟化物除外)(如HCl、CuCl2等)溶液的电解。
阴极:
阳极:
总反应:
3. 放氢生碱型:活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)(如NaCl、MgBr2)溶液的电解。
阴极:
阳极:
总反应:
4. 放氧生酸型:不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。
阴极:
阳极:
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