高中化学-第3节化学能转化为电能-电池学案-苏教版必修1.doc
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第3节 化学能转化为电能-电池 [10考试说明] 1、了解原电池的工作原理,了解常见化学电源的种类及其工作原理。 2、理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。 [课标要求] 1、体验化学能与电能相互转化的探究过程,了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。 2、通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理,认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 3、能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害,通过实验探究防止金属腐蚀的措施。 [活动与探究建议] 1、查阅资料并交流:“化学暖炉”、“热敷袋”的构造和发热原理;防止钢铁腐蚀的方法 2、实验探究:自制水果电池、音乐卡片 3、调查市场常见化学电池的种类、价钱、品质等,讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。 [教学内容增减建议] 1.建议补充必修二50页“活动•探究”内容,并增加原电池原理的应用内容; 2. 26页“追根寻源”的燃料电池作为重点内容来处理; [重点与难点] 重点 原电池的工作原理,化学电源的种类,电极反应及电池反应,金属腐蚀及防护原理 难点 电极方程式的书写 [教学过程] 第一课时化学能转化为电能——电池(第一课时) 【学习目标】 通过对铜锌原电池的分析,了解原电池的工作原理,根据电流的方向判断原电池正极和负极的方法以及电极反应的概念 【学习重点】原电池的工作原理,电极反应和电池反应式的书写 【学习难点】原电池的工作原理 盐桥 【学习过程】 自主学习 1、写出锌与硫酸铜溶液反应的化学方程式,标出电子得失与氧化、还原的关系。 2、①锌片、铜片平行插入盛有稀硫酸的烧杯里,现象 ②用导线把锌片、铜片连接起来(或铜片与锌片直接接触),现象 ③在连接锌片、铜片的导线间连接电流计,现象: 合作探究 一、原电池的工作原理 【实验探究】课本P 19页“活动•探究” 【问题组一】 ① 锌与硫酸铜的反应是吸热反应还是放热反应? ② 怎样证明有电流产生? ③ 如何确定电源的正负极? ④ 试分析图1-3-2的工作原理 【知识小结】 1、原电池的工作原理 电流的产生是由于电子从 流向 。 锌片( 极)反应式 ,发生 (“氧化”或“还原”)反应 铜片( 极)反应式 ,发生 (“氧化”或“还原”)反应 电池反应式: 【问题探究】 Cu Zn Cu 稀硫酸 AgNO3溶液 乙醇 Zn Zn Zn 稀硫酸 下列装置中能产生电流的是 【知识小结】 1、原电池形成的条件:(1)___________________________________ (2)_________________________________(3)______________________________________ 2、电源正负极的判断方法:______________________________________________________ 【活动与探究】 课本21页“观察•思考” 【问题组二】 1、 插入盐桥前后,现象有何不同? 2、 装置中盐桥的作用是什么? 3、 本实验的装置和图1-3-2所示的原电池,有何不同? 4、 试分析装置中电子和电流的流向 5、 写出实验中发生反应的化学方程式和离子方程式 【知识小结】 1、 正负极得失电子情况,电子和电流方向以及溶液中离子的流向 2、 盐桥的作用 3、 电极反应式的书写注意事项 问题解决 【例一】分析下图,哪个能构成原电池 【例二】请利用铜、银、FeCl3溶液设计原电池,画出装置的示意图,注明正负极和电子流向,并写出电极反应式和电池反应式。 课堂检测 1.原电池由是把______能转化为________能的装置。较活泼的金属是_____极,较不活泼的金属(或能导电的非金属)是_______极。 2、下列说法正确的是( ) A.原电池是把电能转化为化学能的装置 B.原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应 C.原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应 D.形成原电池后,原电池中的阳离子向正极移动 3、微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH,电极反应为: Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O;Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH- 根据上述反应式,判断下列叙述中正确的是:( ) A.在使用过程中,电池负极区溶液的pH减小 B.使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 C.Zn是负极,Ag2O是正极 D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应 4、下列说法或实验现象的描述不正确的是( )。 A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡 B.把铜片插入氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁 C.把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速度加快 D.电子流出的极为电池的负极 5、100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成氢气的总量,可采用的方法是( )。 A.加入适量的6mol/L的盐酸 B.加入数滴氯化铜溶液 C.加入适量蒸馏水 D.加入适量的氯化钠溶液 6、A、B、C是三种金属,根据下列①、②两个实验,确定它们的还原性强弱顺序为 ①当A与B浸在稀硫酸中用导线相连,A上有气泡逸出,B逐渐溶解。 ②物质的量浓度相同的A、C盐溶液,C离子的氧化性大于A离子 A.A>B>C B.B>C>A C. C>A>B D.B>A>C 第三节化学能转化为电能——电池(第二课时) 【学习目标】 通过学习3种重要的化学电源,体会并了解原电池的实际应用,从能量的角度理解化学科学对人类生活的重要贡献。 【学习重点】简单的电极反应和电池反应的书写 【学习过程】 自主学习 阅读课本P23~26,回答以下问题 1、什么是一次电池?二次电池?燃料电池? 2、我们常用的电池有哪些种类? 3、可充电电池在使用过程中,有哪些能量转化方式? 4、锂电池有什么特点,有什么用处? 5、酸性和碱性锌锰干电池的区别是什么? 6、铅蓄电池有什么优缺点? 7、燃料电池有什么优点? 合作探究 二、化学电源 1.锌锰干电池 【问题组1】观察课本P23图1-3-7和图1-3-8,回答下列问题 1、 酸性锌锰干电池的两极材料、电解质溶液是什么? 2、 试写出两极的反应式和总反应式 3、 碱性锌锰干电池的两极材料、电解质溶液是什么? 4、 试写出两极的反应式和总反应式 【例一】银锌纽扣电池 银锌纽扣电池的电极分别是Zn和Ag2O,电解质溶液是KOH溶液,电池反应的产物是ZnO和Ag,则其电极反应和电池反应为: 负极: 正极: 电池反应方程式: 2.重要的二次电池—铅蓄电池 铅蓄电池其电极分别是Pb、PbO2,电解质是一定浓度的硫酸 ⑴工作(放电)时的电极反应为: 负极: 正极: 总反应方程式: ⑵充电时的电极反应为: 阴极: 阳极: 充电时总反应方程式: 【例二】镍镉蓄电池 正极(镍)上有Ni(OH)3,负极主要是镉(含有一些铁),所用电解质为KOH溶液。放电时的电极反应式是(根据电极反应在空格上填写电极名称): 极:Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2 极:2Ni(OH)3 +2e-= 2Ni(OH)2+2OH- 电池总反应式: 3.氢氧燃料电池 燃料电池中,电极的导电材料一般为多孔的金属板,负极通入燃料气体,正极通入氧气等氧化性气体。 一般用30%KOH溶液作这种电池的电解质溶液,电极可用含有催化剂的多孔石墨电极。放电时电极反应:负极: 正极: 总反应: 【例三】甲烷燃料电池 甲烷燃料电池;电解质溶液为氢氧化钾溶液,电极反应为: 正极: 负极: CH4 + 10OH- -8e === CO32- + 7H2O 总反应: 反思提升 根据上述原电池电极反应,总结如何书写原电池的电极反应。 三.原电池的应用 【问题组】 1.锌与稀硫酸反应制取氢气,为加快反应速率,可采取什么方法? 2、铁片浸入稀硫酸中,采取哪些措施可以减缓铁的溶解? 3、把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中,用导线两两相连可以组成各种原电池.若a、b相连时,a为负极;c、d相连时,c为负极;a、c相连时, c为正极;b、d相连时,b为正极.则这四种金属的活动性顺序由大到小为 。 【小结】原电池的应用有: [反馈练习] 1.如图所示的装置能够组成原电池且产生持续电流的是 2.已知空气—锌电池的电极反应为: 锌片:Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O; 碳棒:O2+H2O+2e-=2OH- 据此判断,锌片是 A.正极,并被还原 B.正极,并被氧化 C.负极,并被还原 D.负极,并被氧化 3.将两个铂电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,即构成甲烷燃料电池。已知通入CH4的一极,其电极反应式是:CH4+10OH――8e=CO32-+7H2O;通入O2的另一极,其电极反应式是:O2+2H2O+4e=4OH-,下列叙述不正确的是( ) A.通入CH4的电极为负极 B.正极发生氧化反应 C.此电池工作时溶液中阴离子向负极移动 D.该电池使用一段时间后应补充 4.氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是: 根据此反应式判断,下列叙述中正确的是( ) (A)电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断增大 (B)电池放电时,镍元素被氧化 (C)电池充电时,氢元素被还原 5.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为H2SO4,工作时的反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,下列结论正确的是 A.Pb为正极被氧化 B.溶液的pH不断减小 C.只向PbO2处移动 D.电解质溶液pH不断增大 6.将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中,并经过一段时间后,下列各叙述正确的是( ) A. 负极有Cl-逸出,正极有H+逸出 B. 负极附近Cl-的浓度减小 C. 正极附近Cl-的浓度逐渐增大 D. 溶液中Cl-的浓度基本不变 7.我国首先研制的以铝-空气-海水电池为能源的新型航标灯已研制成功。这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液,靠空气中的氧使铝不断氧化而源源不断地产生电流,其能量比干电池高20~50倍。试推测此种新型电池可能的基本结构:__________是负极,__________是正极。电极反应式为 。 8.航天技术上使用的氢-氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢-氧燃料电池有酸式和碱式两种,它们放电时的电池总反应的化学方程式均可表示为2H2+O2=2H2O。酸式氢-氧燃料电池中的电解质是酸,其负极反应为2H2-4e-=4H+,则其正极反应为 ;碱式氢氧燃料电池中的电解质是碱,其正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-,则其负极反应为 。 第三节化学能转化为电能——电池(第三课时) 【学习目标】 通过对钢铁腐蚀的分析,了解金属腐蚀的原理以及防止金属腐蚀的方法 【学习重点】金属腐蚀的原理、防止金属腐蚀的方法 【学习难点】吸氧腐蚀 【学习过程】 自主学习 (1)你见过生活中有哪些金属被腐蚀的实例? (2)金属腐蚀的实质是什么? (3)金属的腐蚀可分为哪几种?分类依据是什么? ________腐蚀 ________腐蚀 相同点 不同点 条件 现象 合作探究 四、金属的腐蚀与防护 1、金属电化学腐蚀的原理 【问题组一】 1、铁生锈的现象随处可见,为什么铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈? 2、为什么当一块铜板上有铁铆钉时,铁铆钉特别容易生锈,而铜不易生锈? 3、在上述腐蚀过程中,组成原电池的正负极分别是什么? 4、如果水膜酸度不高或者呈中性,会发生什么样的电极反应?如果水膜酸度较高,又会发生什么电极反应? 【知识小结】比较钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀,完成表格 类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 电极 反应 式 负极 正极 总反应式 2、金属的防护 【问题组二】 1、在生产生活中有那些防止金属腐蚀的措施?举例说明。 2、金属防护的思路应该是什么? 3、如何利用原电池原理进行防护? 4、如果分别在铁制品表面镀上锌保护层和锡保护层,请根据三种金属的原子失电子能力的大小分析:当镀层金属局部破损时,锌镀层和锡镀层还能对铁制品起保护作用吗? 5、牺牲阳极保护法和阴极电保护法有什么区别 【小结】防止金属腐蚀的方法: 问题解决 【例一】下列叙述中正确的是( ) ①锌跟稀硫酸制取氢气,加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率 ②镀层破坏后,白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀 ③钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·xH2O A.都正确 B.①③ C.① D.②③ 【例二】如图各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( ) A.②①③④ B.④③①② C.④②①③ D.③②④① 反思提升 金属腐蚀快慢的判断: (1)与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性差别越大,氧化还原反应的速率越 ,活泼金属被腐蚀的速度越 。 (2)与腐蚀原理有关,电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀, (3)与电解质溶液有关,金属的腐蚀在强电解质中 弱电解质中 非电解质中。 注意:在钢铁的腐蚀过程中,电化学腐蚀更严重,在电化学腐蚀中,吸氧腐蚀更普遍。 课堂检测 1、下列叙述正确的是( ) A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。 B.由Cu、Zn作电极与CuSO4溶液组成的原电池中Cu是负极。 C.马口铁(镀锡铁)破损时与电解质溶液接触,锡先被腐蚀。 D.铜锌原电池工作时,若有13g锌被溶解,电路中就有0.4mol电子通过 2、下列关于钢铁锈蚀的叙述中,错误的是( ) A.酸雨能使钢铁更容易发生电化腐蚀 B.钢铁在潮湿的地窖中较易发生析氢腐蚀 C.铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O D.钢铁锈蚀时,铁失电子成为Fe3+ ,后生成Fe(OH)3,再部分脱水为氧化铁的水合物 3、铜制品上的铝质铆钉,在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为( ) A.形成原电池铝作负极 B.形成原电池时铜作负极 C.形成原电池时,电流由铝经导线流向铜 D.铝质铆钉发生了化学腐蚀 4、以下现象与电化腐蚀无关的是( ) A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜锈 B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生锈 D.银质奖牌久置后表面变暗 5、埋在地下的铸铁输油管道,在下列各种情况下,被腐蚀速率最慢的是( ) A.在含铁元素较多的酸性土壤中 B.在潮湿疏松的碱性土壤中 C.在干燥致密不透气的土壤中 D.在含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中 6、下列叙述中不正确的是( ) A.金属的电化腐蚀比化学腐蚀普遍 B.钢铁在干燥空气里不易腐蚀 C.用铝质铆钉铆接铁板,铁板易被腐蚀 D.原电池中电子由正极流入负极 7、自来水管与下列材料做成的水龙头连接,锈蚀最快的铁水管连接的是( ) A.铜水龙头 B.铁水龙头 C.塑料水龙头 D.陶瓷水龙头 8、 铁生锈是比较常见的现象,某实验小组为研究铁生锈的条件,设计了以下快速、易行的方法: 首先检查制氧气装置的气密性,然后按图连接好装置,点燃酒精灯给药品加热,持续3分钟左右,观察到的实验现象为:①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀;②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮,没有发生锈蚀;③烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。 试回答以下问题: (1)由于与接触的介质不同,金属腐蚀分成不同类型,本实验中铁生锈属于______________。能表示其原理的反应方程式为________________________________ (2)仪器A的名称为_______________,其中装的药品可以是__________________, 其作用是______________________________________________________________ (3)由实验可知,该类铁生锈的条件为_____________________________________。 决定铁生锈快慢的一个重要因素是________________________________________- 配套讲稿:
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