2013鲁科版选修四《化学能转化为电能——电池》word教案2.doc

1、ZnCu 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 初步认识原电池概念、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、教学过程 【引入】 电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、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、摄像机这一切都依赖于电池的应用。 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

2、关内容。 试验探究：铜片、锌片、硫酸都是同学们很熟悉的物质，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！ 【实验探究】(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、电子流动的方向如何？ 讲：我们发现检流计指针偏转，说明产生了电流，这样的装置架起了化学能转化为电能的

3、 桥梁，这就是生活中提供电能的所有电池的开山鼻祖-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？ 学生： 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，由于分子热运动无一定的方向，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。显然从 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 不规则转移变成定向移动，便能形成电流。所以原电

4、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：将一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？ 学生：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？ 学生：锌流向铜 讲：当铜上有电子富集时，又是谁得到了电子？ 学生：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

5、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原因。 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？ 学生：负极 （Zn ） 正极（Cu） 实验：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）：Zn2eZn 2 （氧化） 正极（Cu）：2H 2eH 2（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。 注意：电极方程式要注明

6、正负极和电极材料 满足所有守衡 总反应是：Zn+2H +=Zn2+H2 讲：原来一个自发的氧化还原反应通过一定的装置让氧化剂和还原剂不规则的电子转移变 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？ 学生：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-分组实验活动- 课件展示 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

7、） 思考：如何根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 + Cu 2+ = Cu + Zn2+设计成电池：有学生板演画出装置图， 讲述：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减少了 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继续进 行。 导线的作用是传递电子，沟通外

8、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（NH 4Cl 糊状物为电解质） 负极（锌筒）：Zn-2e =Zn2+， 正极（石墨）2NH 4+2MnO2 + 2e-=2NH3+Mn2O3+H2O 总反应：Zn+2NH 4+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：Ag 2O+H2O+

9、2e-=2Ag+2OH- 总反应：Zn+Ag 2O+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+SO 42-2e-=PbSO4， 正极（PbO 2）：PbO 2+4H+ SO42-+2e-=PbSO4+2H2O 总反应：Pb+P bO2+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

10、性。 电解质溶液一般为 40%的 KOH溶液。 电极反应式为：负极 H 2 2H 2H2OH 2 e 2H 2O 正极 22H 2O4 e 4OH 电池总反应式为：2H 2 22H 2O 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：CH 410OH 8e 7H 2O；C3- 正极：4H 2O2O 28e 8OH 。 电池总反应式为：CH 42O 22KOHK 2CO33H 2O 四、 金属的电化学腐蚀与防护 【学生看书讨论】 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. 钢铁腐蚀的两种情况？电极反应的书写？ 4. 金属的防护的方法有哪些？