2020年高中化学同步教案：《化学能转化为电能——电池》2(鲁科版选修4).docx

第三节 化学能转化为电能--原电池
一、教学目标
1.体验化学能与电能相互转化的探究过程
2.金属的电化学腐蚀
3. 电极反应式的写法
二、教学重点
初步生疏原电池概念、原理、组成及应用。电极反应式的写法。
三、教学难点
通过对原电池试验的争辩，引导同学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、教学过程
【引入】
电能是现代社会中应用最广泛，使用最便利、污染最小的一种二次能源，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依靠于电池的应用。那么，电池是怎样把化学能转变为电能的呢？我们这节课来一起复习一下有关原电池的相关内容。
试验探究：铜片、锌片、硫酸都是同学们很生疏的物质，利用这三种物质我们再现了1799年意大利物理学家----伏打留给我们的历史闪光点！
Zn

Cu

×

【试验探究】(铜锌原电池)
实  验  步  骤
现         象
1、锌片插入稀硫酸

2、铜片插入稀硫酸

3、锌片和铜片上端连接在一起插入稀硫酸

【问题探究】
1、锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生？
2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，现象又怎样？为什么？
3、锌片的质量有无变化？溶液中c (H+)如何变化？
4、锌片和铜片上变化的反应式怎样书写？
5、电子流淌的方向如何？
讲：我们发觉检流计指针偏转，说明产生了电流，这样的装置架起了化学能转化为电能的桥梁，这就是生活中供应电能的全部电池的开山鼻祖----原电池。
一、原电池
（1）原电池概念：学能转化为电能的装置叫做原电池。
问：在原电池装置中只能发生怎样的化学变化？
同学： Zn+2H+=Zn2++H2↑
讲：为什么会产生电流呢？
答：其实锌和稀硫酸反应是氧化还原反应，有电子的转移，但氧化剂和还原剂热运动相遇发生有效碰撞电子转移时，由于分子热运动无确定的方向，因此电子转移不会形成电流，而通常以热能的形式表现出来，激烈的时候还伴随有光、声等其他的形式的能量。明显从理论上讲，一个能自发进行的氧化还原反应，若能设法使氧化与还原分开进行，让电子的不规章转移变成定向移动，便能形成电流。所以原电池的实质就是将氧化还原的电子转移变成电子的定向移动形成电流。
（2）实质：将确定的氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能的形式释放。
问：那么这个过程是怎样实现的呢？我们来看原电池原理的工作原理。
（3）原理：（负氧正还）
问：在锌铜原电池中哪种物质失电子？哪种物质得到电子？
同学：活泼金属锌失电子，氢离子得到电子
问：导线上有电流产生，即有电子的定向移动，那么电子从锌流向铜，还是铜流向锌？
同学：锌流向铜
讲：当铜上有电子富集时，又是谁得到了电子？
同学：溶液中的氢离子
讲：整个放电过程是：锌上的电子通过导线流向用电器，从铜流回原电池，形成电流，同时氢离子在正极上得到电子放出氢气，这就解释了为什么铜片上产生了气泡的缘由。
讲：我们知道电流的方向和电子运动的方向正好相反，所以电流的方向是从铜到锌，在电学上我们知道电流是从正极流向负极的，所以，锌铜原电池中，正负极分别是什么？
同学：负极（Zn） 正极（Cu）
试验：我们用干电池验证一下我们分析的正负极是否正确！
讲：我们一般用离子反应方程式表示原电池正负极的工作原理，又叫电极方程式或电极反应。一般先写负极，所以可表示为：
负极（Zn）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化）
正极（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（还原）
讲：其中负极上发生的是氧化反应，正极上发生的是还原反应，即负氧正还。
留意：电极方程式要①注明正负极和电极材料 ②满足全部守衡
总反应是：Zn+2H+=Zn2++H2↑
讲：原来一个自发的氧化还原反应通过确定的装置让氧化剂和还原剂不规章的电子转移变成电子的定向移动就形成了原电池。
转折：可以看出一个完整的原电池包括正负两个电极和电解质溶液，及导线。那么铜锌原电池中的正负极和硫酸电解质能否换成其他的物质呢？
同学：当然能，生活中有形形色色的电池。
过渡：也就是构成原电池要具备怎样的条件？
二、原电池的构成条件的探究---分组试验活动--- 课件呈现
思考：锌铜原电池的正负极可换成哪些物质？保证锌铜原电池原理不变，正负极可换成哪些物质？（ C、Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au等）
思考：如何依据氧化还原反应原理来设计原电池呢？
请将氧化还原反应 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+设计成电池：有同学板演画出装置图
叙述：设计成盐桥的原理及有点
此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。其中，用到了盐桥
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。
盐桥的作用是什么？
可使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出削减了Cu2+而带上了负电。
盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以连续进行。 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。
结论：
1、活泼性不同的两电极
2、电解质溶液
3、形成闭合回路（导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液
4、自发的氧化还原反应(本质条件)
三、 化学电源
(1) 干电池（NH4Cl糊状物为电解质）
负极（锌筒）：Zn-2e—=Zn2+，
正极（石墨）2NH4++2MnO2 + 2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O
总反应：Zn+2NH4++2MnO2= Zn2++2NH3↑+Mn2O3+H2O
(2) 银锌电池（电解质为KOH）
负极：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2（或Zn+2OH--2e- =ZnO+H2O）
正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag （或 Zn+Ag2O=ZnO+2Ag）
(3) 铅蓄电池（电解质溶液为稀硫酸）
负极（Pb）：Pb+SO42--2e-=PbSO4，
正极（PbO2）：PbO2+4H++ SO42-+2e-=PbSO4+2H2O
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
(4) 燃料电池：当前广泛应用于空间技术的一种典型燃料电池就是氢氧燃料电池，它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化电极，碳电极上嵌有微细分散的铂等金属作催化剂，如铂电极、活性炭电极等，具有很强的催化活性。电解质溶液一般为40%的KOH溶液。
电极反应式为：负极 H22H
2H＋2OH-－2 e-＝2H2O
正极 Ｏ2＋2H2O＋4 e-＝4OH-
电池总反应式为：2H2＋Ｏ2＝2H2O
另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷(燃料)和氧气(氧化剂)。电极反应式为：
负极：CH4＋10OH－－8e- ＝＋7H2O；
正极：4H2O＋2O2＋8e- ＝8OH-。
电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O
四、 金属的电化学腐蚀与防护 【同学看书争辩】
1. 什么是金属的腐蚀?金属腐蚀的本质是什么?
2. 化学腐蚀与电化学腐蚀的共同点和不同点是什么?
3. 钢铁腐蚀的两种状况？电极反应的书写？
4. 金属的防护的方法有哪些？