第四章第四节原电池原理及其应用
一、学习目标
1、掌握原电池实质,原电池装置的特点,形成条件,工作原理
2、了解干电池、铅蓄电池、锂电池、燃料电池
3、了解金属的电化学腐蚀
二、知识重点、难点
原电池原理、装置特点、形成条件、金属的电化学腐蚀
三、教学过程
引入:你知道哪些可利用的能源?电池做为能源的一种,你知道
是怎么回事吗?它利用了哪些原理?你知道金属是如何生
锈的吗?
新授:原电池原理及其应用
实验:4-15:①将锌片插入稀硫酸中报告实验现象。
②将铜片插入稀硫酸中报告实验现象。
③将与铁锌铜片相互接触或用导线连接起来插入稀硫酸中报
告实验现象。
④在③中把锌片和铜片之间连上电流计,观察其指针的变化。
结论:①锌片能和稀硫酸迅速反应放出H2
②铜片不能和稀硫酸反应
③铜片上有气体生成
④电流计的指针发生偏转,说明在两金属片间有电流产生
结论:什么是原电池?(结论方式给出)它的形成条件是什么?
原电池定义:把化学能转化为电能的装置叫做原电池.
形成条件:①两个电极
②电解质溶液
③形成闭合电路
讨论:1、Zn|H2SO4|Cu形成装置后有电流产生,锌片上发生了什么
反应?铜片上发生了什么反应?(可以取锌片周围的溶液
用NaOH溶液鉴别;取铜片上生成的气体检验。)
结论:在锌片周围有锌离子生成;铜片上生成的是H2
讨论:可能造成此现象的原因?俩金属片上的反应式的书写。
结论:在Zn上:Zn–2e-=Zn2+
在Cu上:2H++2e-=H2
Zn失去电子流出电子通过导线--Cu--电解质中的离子获得电子
我们把:流出电子的一电极叫负极;
电子流入的一极叫做正极
两极反应的本质:还是氧化还原反应,只是分别在两极进行了。
负极失电子被氧化,发生氧化反应
正极得电子被还原发生还原反应
实验:分别用两个铜片和两个锌片做上述实验④。
结论:两种情况下电流计不发生偏转,说明线路中无电流生成,铜
片上无气体生成。即两电极必须是活泼性不同的金属与金属
或金属与非金属(能导电)
一名优秀负责的教师就要对每一位学生尽职尽责,作为教师就要精心准备好合适的教案。教案可以保证学生们在上课时能够更好的听课,有效的提高课堂的教学效率。怎么才能让教案写的更加全面呢?下面是由小编为大家整理的“高一化学教案:《再探原电池》教学设计”,欢迎您参考,希望对您有所助益!
高一化学教案:《再探原电池》教学设计
一、化学课程标准对原电池这部分内容的要求
《普通高中化学课程标准》对原电池这部分内容的要求——第一部分:体验化学能与电能转化的探究过程。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。第二部分:通过查阅资料,了解常见化学电源的种类及其工作原理,认识化学能与电能转化的实际意义及其重要应用。第三部分: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。
二、教材分析和学情分析
这一节内容是以必修2第二章第二节《化学能与电能》为基础,是对必修2基础的加深和提高——加深的是学生对原电池工作原理、原电池的形成条件的认识等,提高的是学生对原电池本质条件(氧化还原反应)、实用性开发等方面的认知发展。
具体说明如下:在化学必修2中,学生已经学习了原电池的相关知识,如锌铜(稀硫酸)原电池的工作原理,简单原电池的形成条件。但在理解原电池本质条件(氧化还原反应)、锌铜(稀硫酸)原电池作为化学电源开发的缺点等方面还有不足。所以本节教学的重点应该放在引导学生分析现象产生的原因,学生在加深理解原电池原理的基础之上,体会必修2中单液原电池的缺点,并根据实际需要,能设计出较为科学的原电池模型(双液或盐桥原电池),学生体会盐桥的设置不仅仅是一个普通的实验技术的改进,而是对旧的思维模式的一个质的突破,在有盐桥的原电池这种特定装置中氧化剂、还原剂近乎完全隔离却能实现电子的定向转移,其优点是能持续、稳定产生电流,这也为原电池原理的实用性开发奠定了理论基础。
三、设计思路和教学流程
指导思想:充分调动学生的积极性和主动性,以学生为主体,让学生自主地参与知识的获得过程,并给学生充分的表达自己想法的机会。以实验为载体,创设问题情境,将设计原电池与知识回顾、新知识引入融为一体,将实验探究与思考交流交替进行,充分利用学生的好奇心和求知欲,设计层层实验和问题情境,使学生在自主实验、积极思考和相互讨论中自己发现问题、分析问题和解决问题。在教学内容的安排上,按照从易到难,从实践到理论再到实践的顺序,首先通过橙子电池视频,引人课题。在实验——观察——讨论——推测——验证的过程中,学习和理解原电池的概念和原理。在此基础上,通过实验探索能产生持续稳定电流的原电池的条件。最后,让学生体会盐桥原电池在实用性开发方面的积极意义。根据学生的知识结构、心理特点和教学内容的实际需要,采取了启发、讨论、实验探究等教学方法,并采用多媒体进行教学。
教学流程图:
四、教学设计
课 题
《再探原电池》
授课人
淮北市实验高级中学 马 辉
教学目标
[知识与技能目标]
1.学生进一步认识原电池,了解原电池的工作原理;
2.通过设计简单原电池,学生加深对形成原电池本质条件的认识;
3.通过实验与分析,了解简单原电池的缺点和改进方法。知道原电池输出电能的能力与氧化还原反应等有关;
4.了解盐桥原电池的功能与价值。
[过程与方法目标]
1.经过对简单原电池装置的优化过程,进一步理解科学探究的意义;
2.在科学探究的过程中要具有较强的问题意识,敢于质疑,勤于思考;
3.在学习中,学会运用观察、实验等多种手段获取信息,并运用比较等方法对信息进行加工。
[情感态度与价值观目标]
1.在学习中体验并享受探究带来的快乐,感受化学世界的奇妙;
2.增强联系实际学习化学并将化学知识应用于生活的意识。
教学重点
简单原电池的优化方法
教学难点
盐桥原电池的功能与价值
教学方法
诱思——探究——实验,分析一推理——归纳
仪器、药品
药品:锌片、铜片、硫酸铜、硫酸锌等
仪器:电流表、导线、原电池槽、烧杯、盐桥等
教学环节
教师活动预设
学生活动预设
设计意图
引入新课
[播放]橙子电池视频
[提问]视频中,你看到了什么?想到了什么?
[板书]再探原电池
学生认真观看
学生交流观看视频后的感受
体会化学学科源
于生活,而又用
于生活的学科价
值。
设计原电池
[过渡]由于橙子中的电池反应发生在果肉内,不便于观察,因此我们的首要任务是选择一个合适的化学反应,并进行装置设计。
[投影]选择合适的化学
反应
1.HCl+Na0H一
2.C+C02—
3.Zn+Cu2+-
[说明]自发的氧化还原
反应是形成原电池的本质
条件
[讲解]分析锌和铜离子
反应的能量转换和氧化反
应与还原反应
[提问]怎样将此反应设
计成原电池反应呢?
[投影]
学生选择反应
学生讨论,并确定实验方案
预测现象:
1.锌片溶解
2.铜片上红色物质产生
3.电流表指针偏转
加深对形成原电
池本质条件的认
识——自发的氧
化还原反应
培养学生设计简单原电池的能力。
通过现象预测,为实验真实情况
预设认知冲突
体验原电池
应用原电池
[说明]请同学们根据设计,完成实验探究
[投影]注意事项
1.使用温度计(精确度0.1℃)测量反应前后溶液的温
度;
2.观察锌片、铜片、电流表和温度计的变化并如实记录
3.注意合作分工,讲究效
率
[质疑1]你发现了什么问
题?
[质疑2]锌片上产生大量铜对原电池电能的提供有没有影响?
[质疑3]如何改进这套装置?
[质疑4]盐桥原电池的优点有哪些?
[师生总结]盐桥原电池的优点。
1.能量转换率高
2.产生持续、稳定的电流
3.防止自放电
[质疑5]氧化剂与还原剂不直接接触,就一定不能发生化学反应吗
[投影]盐桥原电池与化学电源的关系
【投影】手机隔膜锂电池新能源汽车动力电池
学生实验探究
现象交流
1.锌片上有红色物质产生
2.铜片上有红色物质产生
3.电流表指针偏转且逐渐减小
4.溶液的温度升高
学生质疑:为什么实验现象和预期的现象有的地方不同?(具体略)
学生思考、讨论、交流
1.锌片本身不纯
2.锌片与硫酸铜溶液因为直接接触而发生氧化还原反应,在锌片上产生少量铜,致使锌片与析出的铜形成了原电
这种原电池的工作效率低
学生提出改进的实验方案
师生共同完成实验二
主要现象记录
1.锌片上没有明显现象
2.电流表指针恒定氧化剂和还原剂可以不直接接触,在有盐桥的特定原电池装置下,也能发生氧化还原反应,这为原电池原理的实用性开发奠定了理论基础。
发挥想象
倾听与思考
培养观察、记录
实验现象的能力。
提高学生的问题
意识,敢于质疑,
勤于思考。
培养学生利用信
息、分析问题的
能力培养学生运用比较的方法加工信息
体会盐桥原电池
的功能与价值
板书设计
主板书
副板书
再探原电池
一、设计原电池
二、体验原电池
三、应用原电池
负极:Zn一2e-=Zn2+
正极:Cu2++2e-=Cu
总反应:
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
一名优秀的教师在每次教学前有自己的事先计划,作为教师就要精心准备好合适的教案。教案可以让学生更好的吸收课堂上所讲的知识点,帮助教师缓解教学的压力,提高教学质量。那么,你知道教案要怎么写呢?为此,小编从网络上为大家精心整理了《高二化学原电池原理及其应用16》,欢迎大家与身边的朋友分享吧!
第四章第四节原电池原理及其应用本文题目:高二化学教案:原电池的工作原理
原电池的工作原理
一.知识再现
1.原电池定义:
2.原电池构成条件:1)
2)
3)
4)
3.按你的理解画出一个原电池,写出电极反应和总反应
4.完成课本13页、14也活动与探究
二、讨论完成例1. 银器皿日久表面逐渐变黑色,这是由于生成硫代银,有人设计用原电池原理加以除去,其处理方法为:将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,黑色会褪去而银不会损失。
试回答:在此原电池反应中,负极发生的反应为 ;正极发生的反应为 ;
反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体,原电池总反应方程式为
三、自我检测
1. 氢氧燃料电池是将H2和O2分别通入电池,穿过浸入20%~40%的KOH溶液的多孔碳电极,其电极反应式为:H2+2OH--2e-=2H2O和1/2O2+H2O+2e-=2OH-,则下列叙述正确的是( )
A.通H2的一极是正极,通O2的一极是负极
B.通O2的一极是正极,通H2的一极是负极
C.工作一段时间后电解质溶液pH增大
D.工作时负极区附近pH减小
2. 将锌片和银片接触放入相同物质的量浓度的下列溶液中,反应一段时间后,溶液质量减轻的是( )
A.氯化铝 B.硫酸铜 C.硝酸银 D.稀硫酸
3. 在空气中,钢铁与食盐水接触,发生电化腐蚀,在正极上发生的电极反应是( )
A.Fe-2e- === Fe2+ B.2H+2e- ==== H?2↑
C.Na++e- === Na D.2H2O+O2+4e- ==== 4OH-
4. 锂电池是新型高能电池,它以质轻.容量大而受到重视。目前已经制成多种功能的锂电池。某种锂电池的总反应可表示为:Li+MnO2 LiMnO2。若该电池提供0.5C电量,则消耗正极材料的质量约为(其他损耗忽略不计)( )
A.3.5g B.7g C.4.52×10-4g D.43.5g
5.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可以表示为( )
2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O
在此电池放电时,负极上发生反应的物质是( )
A. Ag B. Zn(OH)2 C. Ag2O D. Zn
6.下图各容器中盛有海水,铁在其中腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A.(4)>(2)>(1)>(3) B.(2)>(1)>(3)>(4)
C.(4)>(2)>(3)>(1) D.(3)>(2)>(4)>(1)
7.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器,用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使Cl2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液,设计了如图的装置,则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )
A. a为正极,b为负极;NaClO和NaCl
B. a为负极,b为正极;NaClO和NaCl
C. a为阳极,b为阴极;HClO和NaCl
D. a为阴极,b为阳极;HClO和NaCl
8. 右图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是( )
A. a为负极、b为正极
B. a为阳极、b为阴极
C. 电解过程中,d电极质量增加
D. 电解过程中,氯离子浓度不变
9. 随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是( )
A. 利用电池外壳的金属材料
B. 防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C. 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D. 收其中石墨电极
10. 钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应是( )
A. 2H++2e- H?2? B. 2H2O+O2+4e- 4OH-
C. Fe-2e- Fe2+ D. 4OH--4e- 2H2O+O2
11.下列叙述正确的是( )
①锌跟稀硫酸反应制取氢气,加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率
②镀层破损后,白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀
③电镀时,应把镀件置于电解槽的阴极
④冶炼铝时,把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解
⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3?nH2O
A.①②③④⑤ B.①③④⑤ C.①③⑤ D.②④
12.燃料电池是燃料(例如CO,H2,CH4等)跟氧气或空气起反应,将此反应的化学能转变为电能的装置,电解质通常是KOH溶液。下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是( )
A. 负极反应式为CH4+10OH--8e=CO32-+7H2O
B. 正极反应式为O2+2H2O+4e=4OH-
C. 随着不断放电,电解质溶液碱性不变
D. 甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大
13. 如图所示,在大试管里放入一段光亮无锈的弯成螺旋状的铁丝,把试管倒插入水中,把这个装置这样放置
约一周后,观察到铁丝发生的变化是 ,
原因是 。试管里的水面会上升,
最终上升高约为 ,原因是 。
14. 从某铝镁合金上剪下一小片(其质量为2.0g),立刻投入盛有20mL5mol?L-1氢氧化钠溶液的小烧杯中。
(1)由反应开始到反应结束,可能观察到烧杯中的现象依次为 。
(2)反应开始时,合金片表面产生气泡较慢,其原因是 ,一段时间后反应速率相当快,其原因是 。
(3)写出合金片与溶液反应时可能形成的微电池的负极材料是 正极的电极反应式: 。
(4)若要利用该反应来测定合金中铝的质量分数,还应测定哪些数据(如有多种可能,请逐一写出)?答:
15. 有人设计以铂和锌为电极材料,埋入人体作某种心脏病人的心脏起搏器的能源,它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。
(1)正极材料是 ,电极反应为 。
(2)负极材料是 ,电极反应为 。
16. 工业上处理含Cr2O72-的酸性工业废水用以下方法:①往工业废水中加入适量的NaCl,搅拌均匀;②用Fe为电极进行电解,经过一段时间有Cr(OH)3和Fe(OH)?3沉淀生成,③过滤回收沉淀,废水达排放标准,试回答:
(1)电解时的电极反应,阳极 ,阴极 。
(2)写出Cr2O72-转变成Cr3+的离子反应
(3)电解过程中Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀是怎样产生的?
(4)能否将Fe电极改成石墨电极?为什么?
17. 碘缺乏症遍及全球,多发于山区,为控制该病的发生,我国政府规定在食盐中添加碘酸钾(KIO3)。据此回答下列问题。
(1)可用盐酸酸化的碘化钾淀粉溶液检验食盐中的碘酸钾,反应的化学方程式为 ,现象是 。
(2)可用电解方法制得碘酸钾。以石墨为阳极,不锈钢为阴极来电解KI溶液,总反应方程式为KI+3H2O====KIO3+3H2↑。若计划每分钟生产5.35g KIO3,电流强度应不低于 A。
(3)碘元素位于周期第 周期 主族。其最高价氧化物的水化物酸性比HClO4 (填强或弱),其氢化物的还原性比HCl (填强或弱)。
18. 航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种,它们放电时的总反应均可表示为:2H2+O2 2H2O。酸式燃料电池中的电解质是酸,其负极反应为:2H2-4e- 4H+。电池的电解质是碱,其正极反应为:O2+2H2O+4e- 4OH-,则负极反应为 。
19. 铅蓄电池放电时的总反应方程式为:PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
据此判断其正极是 ,负极是 ,电解质溶液是 ,正极反应是 ,负极反应是 ,当转移0.5N?A个电子时,蓄电池内消耗H2SO4的物质的量为 。
20. 由铜片、锌片和200mL稀H2SO4组成的原电池中,若锌片发生电化学腐蚀,则当铜片上放出3.36L(标态)气体时,硫酸恰好全部作用完。试计算:
(1)产生这些气体消耗了多少克锌
(2)有多少个电子通过了导线
(3)200mL稀H2SO4的物质的量浓度是多少。
五. 能力提高
1. 常用的钮扣式银锌电池,放电时的电极反应式分别为:
Zn极:Zn+2OH-+2e- Zn(OH)2
Ag2O极:Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-则下列说法中不正确的是( )
A.放电过程中[OH-]不变 B. Zn为负极而Ag2O为正极
C.电解质溶液呈碱性 D. 电子从Ag2O流出经用电器流入Zn极
2. 下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
3. 铁钉和碳棒用导线连接后,浸入0.01mol?L-1的食盐溶液中,可能发生( )
A.碳棒上放出Cl2 B.碳棒附近产生OH-
C.碳棒上放出O2 D.铁钉被氧化
4. 以下现象与电化腐蚀无关的是( )
A.黄铜(铜锌)制作的铜锣不易产生铜绿
B.生铁比纯铁易生锈
C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈
D.银质奖牌久置后表面变暗
5. 关于金属腐蚀的如下各叙述中,正确的是( )
A.金属被腐蚀的本质是:M+nH2O=M(OH)n+ H2↑
B.马口铁(锡铁)镀层破损后被腐蚀时,首先是镀层被氧化
C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D.常温下,置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
6. 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池,其电极分别为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-,总反应式为:Ag2O+Zn ==== 2Ag+ZnO。根据上述反应式,下列说法正确的是( )
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.Z n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
7 有甲、乙、丙、丁四种金属。将甲、乙用导线相连放入稀H2SO4中可以看到乙慢慢地溶解,而甲的表面有气体逸出。把丁放到乙的硝酸盐溶液中后,丁的表面覆盖一层乙的单质。用石墨电极电解含相同物质的量浓度的甲和丙两种金属的盐溶液,丙的单质先析出。将甲放入稀盐酸中有H2析出。已知四种金属中有一种是铜。根据以上实验判断铜是( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
8.在25℃时,将两个铂电极插入一定量的饱和Na2SO4溶液中,进行电解,通电一段时间后,在阳极逸出amol气体,同时有WgNa2SO4?10H2O析出,若温度不变,则此时剩余硫酸钠溶液的质量百分比浓度为( )
A. B.
C. D.
9. 美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池
是一种新型的化学电池,其构造如图所示;两个电极
均由多孔性碳制成,通入的气体由孔隙中逸出,并在
电极表面放电。
(1)a极是 极,b极是 极,电极
反应式分别为 , 。
(2)飞船上宇航员的生活用水由燃料电池提供。已知这种电池发1度电时能生成350g水,试计算能量转化率。
[2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)+572kJ]
(3)这种电池的输出电压为1.2V。要使标有1.2V,1.5W的小灯泡连续发光0.5h,应消耗标准状况下的H2多少升?
(4)氢气是燃料电池最简单的燃料,虽然使用方便,却受到价格和来源的限制。常用的燃料,往往是某些碳氢化合物,如甲烷(天然气)、汽油等。请写出将图中H2换成CH4时所构成的甲烷燃料电池中a极的电极反应式: 。此时电池内总的反应方程式为 。
10. 将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液(分别为1mol/L)用铂电极电解,且电解足够长的时间。有以下结论:
①溶液中几乎没有Br-;②电解液变为无色;③最终溶液显碱性;④K+、Na+和SO42-的浓度几乎没有变化。其中正确的是( )
A.①②③ B.只有③ C.①④ D.①②③④
六、高考聚焦
1. 镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用,它的充放电反应按下式进行:
Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知,该电池放电时的负极材料是( )
A.Cd(OH)2 B.Ni(OH)?2 C.Cd D.NiO(OH)
2. 熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关的电池反应式:
阳极反应式:2CO+2CO32- 4CO2+4e-
阴极反应式:
总电池反应:
3. 下列关于铜电极的叙述不正确的是( )
A. 铜锌原电池中铜是正极 B. 用电解法精炼铜时铜作阳极
C. 在镀件上镀铜时可用铜作阳极 D. 电解稀H2SO4制H2、O2时铜做阳极
解析:由题意“黑色褪去而银不会损失”发生变化Ag2S→Ag,显然这是考察原电池的正极反应:Ag2S+2e-=2Ag+S2-,负极反应为活泼金属发生氧化反应:Al-3e-=Al3+。正极生成的S2-和负极生成的Al3+在溶液中发生双水解:2Al3++3S2-+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑。
答案:Al-2e-=Al3+ Ag2S+2e-=2Ag+S2-
3Ag2S+2Al+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑
文章来源:http://m.jab88.com/j/108699.html
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