第四章 電化學基礎(chǔ)
第一節(jié) 原電池
一、探究目標
體驗化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過程
二、探究重點
初步認識原電池概念、原理、組成及應用。
三、探究難點
通過對原電池實驗的研究，引導學生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，以及這種轉(zhuǎn)化的綜合利用價值。
四、教學過程
【引入】
電能是現(xiàn)代社會中應用廣泛，使用方便、污染小的一種二次能源，又稱電力。例如，日常生活中使用的手提電腦、手機、相機、攝像機……這一切都依賴于電池的應用。那么，電池是怎樣把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪?？我們這節(jié)課來一起復習一下有關(guān)原電池的相關(guān)內(nèi)容。
【板書】§4.1 原電池
一、原電池實驗探究
講：銅片、鋅片、硫酸都是同學們很熟悉的物質(zhì)，利用這三種物質(zhì)我們再現(xiàn)了1799年意大利物理學家----伏打留給我們的歷史閃光點！
【實驗探究】(銅鋅原電池)
實 驗 步 驟 現(xiàn) 象
1、鋅片插入稀硫酸
2、銅片插入稀硫酸
3、鋅片和銅片上端連接在一起插入稀硫酸
【問題探究】
1、鋅片和銅片分別插入稀硫酸中有什么現(xiàn)象發(fā)生？
2、鋅片和銅片用導線連接后插入稀硫酸中，現(xiàn)象又怎樣？為什么？
3、鋅片的質(zhì)量有無變化？溶液中c (H+)如何變化？
4、鋅片和銅片上變化的反應式怎樣書寫？
5、電子流動的方向如何？
講：我們發(fā)現(xiàn)檢流計指針偏轉(zhuǎn)，說明產(chǎn)生了電流，這樣的裝置架起了化學能轉(zhuǎn)化為電能的橋梁，這就是生活中提供電能的所有電池的開山鼻祖----原電池。
【板書】（1）原電池概念：學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。
問：在原電池裝置中只能發(fā)生怎樣的化學變化？
學生： Zn+2H+=Zn2++H2↑
講：為什么會產(chǎn)生電流呢？
答：其實鋅和稀硫酸反應是氧化還原反應，有電子的轉(zhuǎn)移，但氧化劑和還原劑熱運動相遇發(fā)生有效碰撞電子轉(zhuǎn)移時，由于分子熱運動無一定的方向，因此電子轉(zhuǎn)移不會形成電流，而通常以熱能的形式表現(xiàn)出來，激烈的時候還伴隨有光、聲等其他的形式的能量。顯然從理論上講，一個能自發(fā)進行的氧化還原反應，若能設(shè)法使氧化與還原分開進行，讓電子的不規(guī)則轉(zhuǎn)移變成定向移動，便能形成電流。所以原電池的實質(zhì)就是將氧化還原的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動形成電流。
（2）實質(zhì)：將一定的氧化還原反應的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動。即將化學能轉(zhuǎn)化成電能的形式釋放。
問：那么這個過程是怎樣實現(xiàn)的呢？我們來看原電池原理的工作原理。
（3）原理：（負氧正還）
問：在鋅銅原電池中哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得到電子？
學生：活潑金屬鋅失電子，氫離子得到電子
問：導線上有電流產(chǎn)生，即有電子的定向移動，那么電子從鋅流向銅，還是銅流向鋅？
學生：鋅流向銅
講：當銅上有電子富集時，又是誰得到了電子？
學生：溶液中的氫離子
講：整個放電過程是：鋅上的電子通過導線流向用電器，從銅流回原電池，形成電流，同時氫離子在正極上得到電子放出氫氣，這就解釋了為什么銅片上產(chǎn)生了氣泡的原因。
講：我們知道電流的方向和電子運動的方向正好相反，所以電流的方向是從銅到鋅，在電學上我們知道電流是從正極流向負極的，所以，鋅銅原電池中，正負極分別是什么？
學生：負極（Zn） 正極（Cu）
實驗：我們用干電池驗證一下我們分析的正負極是否正確！
講：我們一般用離子反應方程式表示原電池正負極的工作原理，又叫電極方程式或電極反應。一般先寫負極，所以可表示為：
負極（Zn）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化）
正極（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（還原）
講：其中負極上發(fā)生的是氧化反應，正極上發(fā)生的是還原反應，即負氧正還。
注意：電極方程式要①注明正負極和電極材料 ②滿足所有守衡
總反應是：Zn+2H+=Zn2++H2↑
講：原來一個自發(fā)的氧化還原反應通過一定的裝置讓氧化劑和還原劑不規(guī)則的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動就形成了原電池。
轉(zhuǎn)折：可以看出一個完整的原電池包括正負兩個電極和電解質(zhì)溶液，及導線。那么銅鋅原電池中的正負極和硫酸電解質(zhì)能否換成其他的物質(zhì)呢？
學生：當然能，生活中有形形色色的電池。
過渡：也就是構(gòu)成原電池要具備怎樣的條件？
二、原電池的構(gòu)成條件
1、活潑性不同的兩電極
2、電解質(zhì)溶液
3、形成閉合回路（導線連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液
4、自發(fā)的氧化還原反應(本質(zhì)條件)
思考：鋅銅原電池的正負極可換成哪些物質(zhì)？保證鋅銅原電池原理不變，正負極可換成哪些物質(zhì)？（ C、Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au等）
問：鋅銅原電池中硫酸能換成硫酸鈉嗎？
判斷是否構(gòu)成原電池，是的寫出原電池原理。
（1）鎂鋁/硫酸；鋁碳/氫氧化鈉；鋅碳/硝酸銀 ；鐵銅在硫酸中短路；鋅銅/水；鋅鐵/乙醇；硅碳/氫氧化鈉
（2）[鋅銅/硫酸（無導線）；碳碳/氫氧化鈉] 若一個碳棒產(chǎn)生氣體11.2升，另一個產(chǎn)生氣體5.6升，判斷原電池正負極并求鋅片溶解了多少克？設(shè)原硫酸的濃度是1mol/L，體積為3L，求此時氫離子濃度。
（3）銀圈和鐵圈用細線連在一起懸在水中，滴入硫酸銅，問是否平衡？（銀圈下沉）
（4）Zn/ZnSO4//Cu/CuSO4鹽橋（充滿用飽和氯化鈉浸泡的瓊脂）
（5）鐵和銅一起用導線相連插入濃硝酸中
鎂和鋁一起用導線相連插入氫氧化鈉中
思考：如何根據(jù)氧化還原反應原理來設(shè)計原電池呢？
請將氧化還原反應 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+設(shè)計成電池：
此電池的優(yōu)點：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。
其中，用到了鹽橋
什么是鹽橋？
鹽橋中裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出。
鹽橋的作用是什么？
可使由它連接的兩溶液保持電中性，否則鋅鹽溶液會由于鋅溶解成為Zn2+而帶上正電，銅鹽溶液會由于銅的析出減少了Cu2+而帶上了負電。
鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移，使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進行。
導線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內(nèi)電路。
三、原電池的工作原理：
正極反應：得到電子 （還原反應）
負極反應：失去電子 （氧化反應）
總反應：正極反應+負極反應
想一想：如何書寫復雜反應的電極反應式？
較繁電極反應式=總反應式-簡單電極反應式
例：熔融鹽燃料電池具有高的放電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，已制得在6500C下工作的燃料電池，試完成有關(guān)的電極反應式：
• 負極反應式為：2CO+2CO32--4e-=4CO2
正極反應式為：2CO2+O2+4e-=2CO32-
電池總反應式：2CO+O2=2CO2
四、原電池中的幾個判斷
1.正極負極的判斷：
正極：活潑的一極 負極：不活潑的一極
思考：這方法一定正確嗎？
2.電流方向與電子流向的判斷
電流方向：正→負 電子流向：負→正
電解質(zhì)溶液中離子運動方向的判斷
陽離子:向正極區(qū)移動 陰離子:向負極區(qū)移動
第一節(jié) 原電池
一、探究目標
體驗化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過程
二、探究重點
初步認識原電池概念、原理、組成及應用。
三、探究難點
通過對原電池實驗的研究，引導學生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，以及這種轉(zhuǎn)化的綜合利用價值。
四、教學過程
【引入】
電能是現(xiàn)代社會中應用廣泛，使用方便、污染小的一種二次能源，又稱電力。例如，日常生活中使用的手提電腦、手機、相機、攝像機……這一切都依賴于電池的應用。那么，電池是怎樣把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪?？我們這節(jié)課來一起復習一下有關(guān)原電池的相關(guān)內(nèi)容。
【板書】§4.1 原電池
一、原電池實驗探究
講：銅片、鋅片、硫酸都是同學們很熟悉的物質(zhì)，利用這三種物質(zhì)我們再現(xiàn)了1799年意大利物理學家----伏打留給我們的歷史閃光點！
【實驗探究】(銅鋅原電池)
實 驗 步 驟 現(xiàn) 象
1、鋅片插入稀硫酸
2、銅片插入稀硫酸
3、鋅片和銅片上端連接在一起插入稀硫酸
【問題探究】
1、鋅片和銅片分別插入稀硫酸中有什么現(xiàn)象發(fā)生？
2、鋅片和銅片用導線連接后插入稀硫酸中，現(xiàn)象又怎樣？為什么？
3、鋅片的質(zhì)量有無變化？溶液中c (H+)如何變化？
4、鋅片和銅片上變化的反應式怎樣書寫？
5、電子流動的方向如何？
講：我們發(fā)現(xiàn)檢流計指針偏轉(zhuǎn)，說明產(chǎn)生了電流，這樣的裝置架起了化學能轉(zhuǎn)化為電能的橋梁，這就是生活中提供電能的所有電池的開山鼻祖----原電池。
【板書】（1）原電池概念：學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。
問：在原電池裝置中只能發(fā)生怎樣的化學變化？
學生： Zn+2H+=Zn2++H2↑
講：為什么會產(chǎn)生電流呢？
答：其實鋅和稀硫酸反應是氧化還原反應，有電子的轉(zhuǎn)移，但氧化劑和還原劑熱運動相遇發(fā)生有效碰撞電子轉(zhuǎn)移時，由于分子熱運動無一定的方向，因此電子轉(zhuǎn)移不會形成電流，而通常以熱能的形式表現(xiàn)出來，激烈的時候還伴隨有光、聲等其他的形式的能量。顯然從理論上講，一個能自發(fā)進行的氧化還原反應，若能設(shè)法使氧化與還原分開進行，讓電子的不規(guī)則轉(zhuǎn)移變成定向移動，便能形成電流。所以原電池的實質(zhì)就是將氧化還原的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動形成電流。
（2）實質(zhì)：將一定的氧化還原反應的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動。即將化學能轉(zhuǎn)化成電能的形式釋放。
問：那么這個過程是怎樣實現(xiàn)的呢？我們來看原電池原理的工作原理。
（3）原理：（負氧正還）
問：在鋅銅原電池中哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得到電子？
學生：活潑金屬鋅失電子，氫離子得到電子
問：導線上有電流產(chǎn)生，即有電子的定向移動，那么電子從鋅流向銅，還是銅流向鋅？
學生：鋅流向銅
講：當銅上有電子富集時，又是誰得到了電子？
學生：溶液中的氫離子
講：整個放電過程是：鋅上的電子通過導線流向用電器，從銅流回原電池，形成電流，同時氫離子在正極上得到電子放出氫氣，這就解釋了為什么銅片上產(chǎn)生了氣泡的原因。
講：我們知道電流的方向和電子運動的方向正好相反，所以電流的方向是從銅到鋅，在電學上我們知道電流是從正極流向負極的，所以，鋅銅原電池中，正負極分別是什么？
學生：負極（Zn） 正極（Cu）
實驗：我們用干電池驗證一下我們分析的正負極是否正確！
講：我們一般用離子反應方程式表示原電池正負極的工作原理，又叫電極方程式或電極反應。一般先寫負極，所以可表示為：
負極（Zn）：Zn－2e＝Zn2＋ （氧化）
正極（Cu）：2H＋＋2e＝H2↑（還原）
講：其中負極上發(fā)生的是氧化反應，正極上發(fā)生的是還原反應，即負氧正還。
注意：電極方程式要①注明正負極和電極材料 ②滿足所有守衡
總反應是：Zn+2H+=Zn2++H2↑
講：原來一個自發(fā)的氧化還原反應通過一定的裝置讓氧化劑和還原劑不規(guī)則的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動就形成了原電池。
轉(zhuǎn)折：可以看出一個完整的原電池包括正負兩個電極和電解質(zhì)溶液，及導線。那么銅鋅原電池中的正負極和硫酸電解質(zhì)能否換成其他的物質(zhì)呢？
學生：當然能，生活中有形形色色的電池。
過渡：也就是構(gòu)成原電池要具備怎樣的條件？
二、原電池的構(gòu)成條件
1、活潑性不同的兩電極
2、電解質(zhì)溶液
3、形成閉合回路（導線連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液
4、自發(fā)的氧化還原反應(本質(zhì)條件)
思考：鋅銅原電池的正負極可換成哪些物質(zhì)？保證鋅銅原電池原理不變，正負極可換成哪些物質(zhì)？（ C、Fe、 Sn、 Pb、 Ag、 Pt、 Au等）
問：鋅銅原電池中硫酸能換成硫酸鈉嗎？
判斷是否構(gòu)成原電池，是的寫出原電池原理。
（1）鎂鋁/硫酸；鋁碳/氫氧化鈉；鋅碳/硝酸銀 ；鐵銅在硫酸中短路；鋅銅/水；鋅鐵/乙醇；硅碳/氫氧化鈉
（2）[鋅銅/硫酸（無導線）；碳碳/氫氧化鈉] 若一個碳棒產(chǎn)生氣體11.2升，另一個產(chǎn)生氣體5.6升，判斷原電池正負極并求鋅片溶解了多少克？設(shè)原硫酸的濃度是1mol/L，體積為3L，求此時氫離子濃度。
（3）銀圈和鐵圈用細線連在一起懸在水中，滴入硫酸銅，問是否平衡？（銀圈下沉）
（4）Zn/ZnSO4//Cu/CuSO4鹽橋（充滿用飽和氯化鈉浸泡的瓊脂）
（5）鐵和銅一起用導線相連插入濃硝酸中
鎂和鋁一起用導線相連插入氫氧化鈉中
思考：如何根據(jù)氧化還原反應原理來設(shè)計原電池呢？
請將氧化還原反應 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+設(shè)計成電池：
此電池的優(yōu)點：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。
其中，用到了鹽橋
什么是鹽橋？
鹽橋中裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的膠凍，膠凍的作用是防止管中溶液流出。
鹽橋的作用是什么？
可使由它連接的兩溶液保持電中性，否則鋅鹽溶液會由于鋅溶解成為Zn2+而帶上正電，銅鹽溶液會由于銅的析出減少了Cu2+而帶上了負電。
鹽橋保障了電子通過外電路從鋅到銅的不斷轉(zhuǎn)移，使鋅的溶解和銅的析出過程得以繼續(xù)進行。
導線的作用是傳遞電子，溝通外電路。而鹽橋的作用則是溝通內(nèi)電路。
三、原電池的工作原理：
正極反應：得到電子 （還原反應）
負極反應：失去電子 （氧化反應）
總反應：正極反應+負極反應
想一想：如何書寫復雜反應的電極反應式？
較繁電極反應式=總反應式-簡單電極反應式
例：熔融鹽燃料電池具有高的放電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為負極燃氣，空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣，已制得在6500C下工作的燃料電池，試完成有關(guān)的電極反應式：
• 負極反應式為：2CO+2CO32--4e-=4CO2
正極反應式為：2CO2+O2+4e-=2CO32-
電池總反應式：2CO+O2=2CO2
四、原電池中的幾個判斷
1.正極負極的判斷：
正極：活潑的一極 負極：不活潑的一極
思考：這方法一定正確嗎？
2.電流方向與電子流向的判斷
電流方向：正→負 電子流向：負→正
電解質(zhì)溶液中離子運動方向的判斷
陽離子:向正極區(qū)移動 陰離子:向負極區(qū)移動