高二化学选修4第四章教学案.doc

第四章 电化学基础
第一节 原电池
【学习目标】
1、体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解盐桥的作用
2、进一步理解不同电解质条件下原电池的工作原理和构成原电池的条件
3、能够正确写出电极反应式和电池反应方程式
【温故知新】
1、原电池是 的装置。
原电池反应的本质是 反应。
形成原电池的条件：
(1) (注意：燃料电池两极可同选石墨或铂)
(2) 　　　　 　　　　 　
(3) 　 　　　　 　
(4)
2、电极名称及其判断：
（1）根据电极反应：失电子—氧化反应— ，得电子—还原反应—
（2）根据电子或电流流动方向（外电路）：
电子从 极流出流入 极，电流从 极流向 极。
（3）根据离子的定向移动（内电路）：阳离子向 移动，阴离子向 移动。
甲 乙
锌
锌
锌
硫酸铜
溶液
铜
铜
A
3、下列装置不能够形成原电池产生电流的是( )
Zn
Al
Zn
Fe
Cu
C
A B C D

Zn
稀硫酸
NaOH
CH3CH2OH

Cu
盐酸
酸HCl

E F
CuSO44

其中F装置:
　 Zn电极( 极),现象 ，其电极反应为　　　　　　　　　 　，是ｅ－　　的一极，该反应发生　　　　　　反应；
　Cu电极( 极),现象 　 ，其电极反应为　　　　　　　　　，是ｅ－　　　的一极，该反应发生　　　　　　反应；
　总反应离子方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　随着Ｆ装置反应的进行，电流计指针偏转的角度逐渐减小，最终没有电流通过，为什么？
【学习新知】
[思考]能否设法阻止溶液中的Cu２＋在负极（锌）表面还原，我们来设计一种更为科学的原电池装置。
[实验]在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液，将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥（如 ）连接起来，再用导线将锌片和铜片联接，并在导线中串联一个电流计，观察现象。

［思考交流］什么是盐桥？半电池？（预习教科书P72页）
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。盐桥可使由它连接的两溶液保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，使原电池不断地产生电流。取出盐桥，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＋而带上负电，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成无电流的现象。
【课堂练习】
1、用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂一KNO3的U型管)构成—个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极
②正极反应为：Ag+ + e- ＝ Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反
应相同
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
2、请写出下列原电池电极反应式及总反应式。
Al - Mg (氢氧化钠溶液) Fe-Cu( 稀硝酸)

3、请把 Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2,设计成原电池（画出装置图）。

第二节 化学电源
【学习目标】
1、了解一次电池与二次电池的区别
2、能够写出一次电池、二次电池的电极反应式和电池反应方程式
3、理解燃料电池的反应原理，掌握三类电池的基本构造、工作原理、性能和应用价值。
【温故知新】原电池的基本类型：
（1）只有一个电极参与反应的类型：
（2）两个电极都参与反应的类型：
（3）两个电极都不参与反应的类型：
【学习新知】

化学电源是将化学能转化为电能的装置，它包括一次电池、二次电池和燃料电池等。
1、 一次电池（又称干电池）
如：普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等。
（1）碱性锌锰电池，电解质是KOH，其电极反应：
负极（Zn）：
正极（MnO2）：
总反应：
（2）锌银电池的负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH，其电极总反应如下：
Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag
则：负极( )：
正极( )：
2、 二次电池（又称充电电池或蓄电池）
放电
如：铅蓄电池。反应方程式如下式：
充电
Pb (s)+ PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s) +2H2O(l)
①其放电电极反应：
负极( )：
正极( )：
②其充电反应是上述反应的逆过程，则电极反应：
（电化学上规定：发生氧化反应的电极为阳极，发生还原反应的电极为阴极）
阴极： 阳极：
3、 燃料电池（ 如：氢氧燃料电池 ）
燃料电池是一种持续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。它与一般的化学电源不同，一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包括活性物质，只是一个催化转化元件。
(1)中性介质时，电极反应：
负极： 正极：
总反应：
(2)酸性介质时，电极反应：
负极： 正极：
总反应：
(3)碱性介质时，电极反应：
负极： 正极：
总反应：

【课堂练习】
1、新型燃料电池，甲烷、氧气及KOH电解质溶液，用Pt作两个电极，写出两个电极的电极反应式和总反应式。

2、 乙醇、氧气及KOH电解质溶液，用石墨作两个电极，写出两个电极的电极反应式和总反应式。

第三节 电解池(第一课时)
【学习目标】
1、掌握电解池的构成条件，初步了解离子的放电顺序及电解规律
2、理解电解原理，能书写简单的电极反应式及总反应式
【温故知新】
1、电解质是指在 能够导电的化合物。
2、电离是指电解质在______或______状态下离解成________的过程。
3、原电池是__________ 的装置 。
4、写出下列物质的电离方程式
CuCl2 H2O NaHSO4
【学习新知】电解原理
[实验探究]
如图所示：与电源正极相连的电极叫 极，与电源负极相连的电极叫
极。
若烧杯中的液体为CuCl2溶液，合上电源开关，能否看到小灯泡发光？ 。
石墨 石墨
CuCl2溶液
A
给CuCl2溶液通电时现象：
阴极上： ，经检验该物质是
阳极上： ，经检验该物质是
两支电极上发生的反应为：
阳极： 反应类型： 反应。
阴极： 反应类型： 反应。
总反应式：
[过程分析]
CuCl2溶液能导电是因为存在 ，通电后这些自由移动的离子，在电场作用下作 移动，根据 相互吸引的原理，带负电的氯离子向 极移动，在阳极氯离子失去电子被 为氯原子，并两两结合成氯分子，从阳极放出；带正电的铜离子向 极移动，在阴极铜离子获得电子被 成铜原子，覆盖在阴极上。
[理解定义] 电解：使电流通过 溶液而在阴、阳两极引起 的过程。
该过程中 能转化为 能。这是一个 过程（物理或化学）,
所用电流一般为 电（直流或交流）。
电解池：将 能转化为 能的装置。
构成电解池的条件：
① ②
③ ④
[加强记忆]
放电顺序(得失电子的能力)
阴极上：由于阴极上要 电子，不管阴极材料是金属还是石墨，此时都不能得电子，因此只能是溶液中的 得电子。阳离子氧化性越强就越 得电子。
Ag+＞Hg2+＞Cu2+＞Fe2+＞Zn2+＞H+＞Al3+＞Na+＞K+
阳极上：电解池中阳极上要 电子，而 与溶液中的 都可失电子，因此阳极上的电极反应与 有关。由于一般的 比阴离子更容易失去电子，因此如果用一般的金属材料做阳极，电解时阳极上是
失去电子。而阳极如果用石墨或金属铂（Pt）等难失电子的物质做惰性电极时，则是溶液中 失去电子。阴离子还原性越强就越 失去电子。
活泼阳极(金属) ＞ S2- ＞I- ＞Br- ＞Cl- ＞OH－ >含氧酸根离子 >F―
[友情提醒] 分析电解反应思路：明确溶液中存在哪些离子———阴阳两极附近有哪些离子———放电顺序。
放电顺序这个考点不难，但要细心，极易出错。要能根据放电顺序判断阴、阳极产物，如果是惰性电极则直接考虑溶液中离子的放电顺序。如果阳极是较活泼金属，那一定要能想起：一般的 比阴离子更容易失去电子，因此如果用一般的金属材料做阳极，电解时阳极上是 失去电子。
【课堂练习】
1、在电解水实验中，常加入一定量的NaOH溶液或H2SO4溶液，对电解水的现象和结果有无影响？ 为何加入一定量的NaOH溶液或H2SO4液？
能否改为加入HCl溶液？
能否把阴极上的石墨改为Fe？
能否把阳极上的石墨改为Fe？
2、 电极方程式的书写：①标出电极名称—阴极或阳极 ；②写出电极方程式：阴、阳两极中得、失电子的总数要 ，每一极上都要满足 和 守恒，总方程式可根据阴、阳两极的物质变化写出。完成下列溶液的电极反应(以石墨为电极电解)：
硫酸溶液： NaOH溶液:
盐酸：
第三节 电解池(第二课时)
【学习目标】
1、会判断电极产物、电极周围溶液pH值及整个溶液pH值的变化
2、理解电解原理，能书写电极反应式及总反应式
3、了解电解的应用，会判断和设计简单的电解池
【温故知新】 分析下图，哪些是原电池，哪些是电解池（ ）
【学习新知】电解原理的应用
1.电解食盐水（氯碱工业）
[过程分析]
（1）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子?这些离子的运动情况怎样？
（2）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？
（3）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？
（4）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？
[知识总结]
氯碱工业：电解 ， 制 、 和 。
电极反应方程式：
阳极： ，阳极产物：
阴极： ，阴极产物：
总方程式
该电解池中阳极用 电极（金属、惰性）。怎样初步检验两极产物的生成?
2、电镀：
电镀是应用 原理在某些金属表面镀上一薄层其它金属或合金的方法。
电镀时，通常把 作阴极，把 作阳极，用 的溶液作电镀液。请画出在铁表面镀铜的实验装置，标出电极材料，写出电极反应式，分析电解质溶液的变化情况。

利用电镀的原理精炼铜：火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），可以采用电解法进行精炼。
精炼时，阳极是 ，阴极是 ；电解质溶液（电镀液）是 ，粗铜中的多数杂质沉积在电解槽底部，形成 ，可作为提炼 等贵重金属。
3、电冶金：
金属冶炼就是使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中 出来。
电解是最强有力的 手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要方法。像钠、钙、镁、铝这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的方法。
工业上用电解 的方法制取金属钠，方程式
工业上用电解 的方法制取金属镁，方程式
工业上用电解 的方法制取金属铝，方程式
【课堂练习】
1、 试从电解质、电解装置、电极反应、电解产物等方面比较电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠的异同。

2、 电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，
同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
① X极上的电极反应式为
X极附近观察到的现象是
② Y电极上的电极反应式
检验该电极反应产物的方法是
（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
① X电极的材料是 ，电极反应式是
② Y电极的材料是 ，电极反应式是
（说明：杂质发生的电极反应不必写出）

第四节 金属的电化学腐蚀与防护
【学习目标】
1、知道金属化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与程度比较
2、能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害
3、知道防护金属腐蚀的常见方法及其原理
【学习新知】
一、金属的电化学腐蚀
1、金属的腐蚀是金属与周围的气体或者液体物质 发生 而引起损耗的现象。一般可分为 腐蚀和 腐蚀，但本质都是金属被 。
化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体（如 、 、 等）或非电解质（如 ）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。如：钢管被原油中的 腐蚀，温度越高，化学腐蚀越 。
电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时。会发生 反应， 的金属失去电子而被 。如 在潮湿的空气中生锈。
两种腐蚀往往 发生，但 腐蚀更普遍，速度更快，危害更严重。
[理解记忆]钢铁发生电化学腐蚀的类型：
（1）析氢腐蚀 (酸性较强的溶液)
负极： （ 反应）
正极： （ 反应）
总方程式：
（2）吸氧腐蚀 (中性或弱酸性溶液)
负极： （ 反应）
正极： （ 反应）
总方程式：
Fe(OH)2继续与空气中的氧气作用：
铁锈的主要成分是 ， 阻止钢铁继续腐蚀。
食盐水
浸泡过
的铁钉
[实验探究]将经过酸洗除的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入具支试管中，观察水柱的变化。分析其原因。

影响金属腐蚀快慢的因素除了环境（腐蚀性气体，电解质溶液）影响，主要决定于：（1）金属的活动性：金属越 ，越容易被腐蚀。（2）纯度：不纯的金属比纯金属跟 腐蚀，如纯铁比钢 腐蚀。两电极活动性差别越大，氧化还原反应速率越 ，活泼金属被腐蚀得越快。（3）氧化膜：如果金属被氧化形成致密的氧化膜，那么会保护内层金属，如 、 ；如果金属被氧化形成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如 。（4）一般来说,电解原理腐蚀 > 原电池腐蚀 > 化学腐蚀
二、 金属的电化学防护
(1)覆盖保护膜（涂油漆，电镀，钝化等）
(2)改变金属的内部结构（钢→不锈钢，在钢中加入镍和铬）
(3)电化学保护:即将金属作为原电池的 极或电解池的 极而受到保护。
①牺牲阳极的阴极保护法：形成原电池反应时，让被保护金属做 极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。
锌
锌
经过酸化的
3%NaCl溶液
铁
V
[科学探究]按如图所示连接好装置，观察电压表和铁表面有什么现象发生？往铁电极区滴2滴K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液，观察烧杯内溶液颜色有无变化？

②外加电流法:将被保护金属与另一附加电极(惰性电极)作为电解池的两个极，使被保护的金属作为 极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。
【课堂练习】
1、表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是（ ）
A、白铁（镀锌铁） B、马口铁（镀锡铁） C、镀镍铁 D、镀铜铁
空气
水
Fe
C
Fe
Zn
Fe
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
2、如右图所示，铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的环境中，
铁被腐蚀的速率由大到小的顺序是

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