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选修4第四章第一节原电池教案教学目标知识与技能：进一步了解原电池的工作原理，了解设计原电池、选用正负极的原则，以及电极反应的概念。过程与方法：1.通过分组实验让学生体验化学能与电能相互转化的探究过程，培养学生观察能力与分析思维能力；2.实验引导学生掌握以问题为中心的学习方法，学会发现问题、解决问题的方法.情感态度与价值观：使学生进一步从能量的角度理解化学科学对人类生活的重要贡献。教学重点：原电池的工作原理，写电极反应式和电池反应式。教学难点：原电池的工作原理。教学方法：实验探究法。课时安排：1课时【温习旧知】1原电池是借助氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。分析下图所示原电池装置并填空。原电池总反应的离子方程式：Zn2H=Zn2H2。ZnCu1、原电池是_的装置。原电池反应的本质是_反应。2、如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀H2SO4时： Zn电极是_（填“正”或“负”）极，其电极反应为_，该反应是_（填“氧化”或“还原”，下同）反应； Cu电极是_极，其电极反应为_,该反应是_反应。（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极是_极，其电极反应为_，该反应是_反应；Cu电极是_极，其电极反应为_,该反应_反应.3、原 电 池 原 理 ： 填写页表中的空白教学过程：知识点一原电池1下列装置中能构成原电池产生电流的是()答案B解析A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；B项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是Zn2e=Zn2，2H2e=H2；C项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。2下列各装置能形成原电池的是()答案D解析判断一个装置能否构成原电池，要看是否符合原电池的构成条件：电极材料(活动性不同的金属、金属与非金属、金属与金属氧化物)；电解质溶液；构成闭合回路；能自发进行的氧化还原反应。A装置：由于两个电极是同种金属，不能形成原电池；B装置：酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；C装置：没有形成闭合回路，不能形成原电池；D装置：符合原电池构成的条件，能形成原电池。知识点二原电池的原理3将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的pH均增大D产生气泡的速率甲比乙慢答案C解析因乙杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，A、B皆错；因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池，加快了Zn的溶解，故D错；又因两杯中的Zn都能与稀H2SO4反应产生H2而消耗H，故C正确。4把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为()AABCD BACBD CACDB DBDCA答案C解析金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性AB、AC、CD、DB，故正确答案为C。知识点三原电池的应用5一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是()A通入乙烷的电极为正极B参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为72C放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减少D负极反应式为C2H66H2O14e=2CO18H答案C解析乙烷燃烧的化学方程式为2C2H67O24CO26H2O，在该反应中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故A答案错误；反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为27，故B答案错误；考虑到该电池是以KOH为电解质溶液的，生成的CO2会和KOH反应转化成K2CO3，反应中消耗KOH，KOH的物质的量浓度减少，故C答案正确；由于该电池是以KOH溶液为电解液的，D答案中负极生成的H显然在溶液中是不能存在的，故D答案错误。考虑到电解质溶液的影响，此时该电池的总反应式应为2C2H68KOH7O24K2CO310H2O，正极反应式为14H2O7O228e=28OH(正极氧气得电子，理论上形成O2，但该粒子在水中不稳定，必须以OH形式存在)，负极反应式可用总反应式减去正极反应式得到：2C2H636OH28e=4CO24H2O。6已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因_。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？_。若能，请写出电极反应式，负极：_，正极：_。(若不能，后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。答案(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀(2)能Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(3)解析(1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，反应为Cu2e=Cu2，正极为石墨，电极反应式为2Fe32e=2Fe2。(3)因为总反应式为FeH2SO4=FeSO4H2，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。2控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上的Fe3被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极答案D解析由反应2Fe32I2Fe2I2可知，反应开始时，甲中Fe3发生还原反应，乙中I发生氧化反应；当电流计读数为零时，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入FeCl2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中I2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选D。 3.以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是()A锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2B两极上溶解和析出的物质的质量相等C锌片溶解了31 g，铜片上析出了1 g H2D锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了0.5 mol答案A解析在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应式看：负极：Zn2e=Zn2；正极：2H2e=H2。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。情景导入： 同学们，请你们学校的夜晚，我们除了感叹学校美丽之外 ，你有没有想过：是谁给我们燃亮了黑夜、送来了光明？对！是电，正因为电，也让我们的生活世界变得五彩斑斓。我们在化学必修2中已经认识了一种可以让化学能直接转化成电能的装置原电池。这节课我们将继续探讨有关原电池的知识。板 书：第一节 原电池一、对锌铜原电池工作原理的进一步探究过 渡： 我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。为了避免发生这种现象，设计如右图（书P71图4-1）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？实验探究： 书P71实验4-1，用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流计，观察有什么现象？取出盐桥，又有什么现象？归纳总结：1、实验现象：有盐桥存在时：电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。 取出盐桥时： 电流计指针即回到零点，说明没有电流通过思考交流1：参考教材72页，改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？讲解分析： 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。 因盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。归纳总结：2、盐桥的作用：（1）、使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。（导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。）（2）、可使由它连接的两溶液保持电中性。思考交流2： 上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。归纳总结：3、电极反应式：负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反应） 正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）4、电池总反应方程式：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 5、电池符号： Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极 盐桥 正极过 渡：那么，原电池反应与普通化学反应相比，有何特点？板 书：二、由两个半电池组成原电池的工作原理1、把氧化反应和还原反应分开，在不同区域进行，再以适当方式连接，可获得电流。、在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。 、在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。 典型例题：例1、锌铜原电池产生电流时，阳离子 （ B ）A、移向Zn 极，阴离子移向Cu 极 B、移向Cu 极，阴离子移向Zn 极 C、和阴离子都移向Zn极 D、和阴离子都移向Cu 极 例2、判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？（可以） （可以） （可以） （不可以）归纳总结： 2、组成原电池的条件 、有两种活动性不同的金属（或一种是非金属）作电极。(第1组实验) 、电极材料均插入电解质溶液中。 (第二组实验) 、两极相连形成闭合电路。 (第三组实验)、具有能自发发生的氧化还原反应。典型例题：例3、下列8个装置中，能发生原电池反应的是 ( )；若能构成原电池，请判定出原电池正负极（ ）过 渡： 据你所学知识，你知道导线中的电子是怎样流动的吗？你又如何判定装置的正负极？归纳小结：3、原电池的正负极的判断方法：、据电极材料：较活泼的电极材料负极；较不活泼的电极材料正极、据电极发生的反应：氧化反应的极负极；还原反应的极正极、据电极增重还是减重：工作后质量减少的电极负极工作后质量增加的电极正极、根据电极有气泡冒出：工作后，有气泡冒出的电极为正极、根据电流方向或电子流向：电流(外电路)，由正极流向负极；电子则由负极经内电路流向原电池的正极。、据内电路离子的迁移方向：阳离子流向电池正极阴离子流向原电池负极。 典型例题：例4、下列关于原电池的叙述正确的是（C ）A、构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B、原电池是将化学能转变为电能的装置C、原电池中电子流出的一极是负极，该极被还原D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极例5、如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是 （ C ）aA、a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸 GB、b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C、a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸 D、b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液例6、某原电池的总反应的离子方程式为：2Fe3+Fe = 3Fe2+，不能实现该反应的原电池组成是 （ CD ）A、正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl3溶液B、正极为碳，负极为铁，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液C、正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液D、正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO4溶液归纳小结：4、电解质溶液和电极材料的选择：、电解质溶液：一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。、电极材料：、活泼性不同的两种金属。、金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极、金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极、惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt典型例题：例7、请根据氧化还原反应 :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+设计成原电池。你有哪些可行方案?并写出正负极的材料和电解质溶液是什么？若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。讲解分析：负极：Cu Cu 2e- = Cu2+ 正极：比Cu不活泼的金属或石墨2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ 电解质溶液： Fe2(SO4 )3、FeCl3等例8、把a、b、c、d四块金属片浸入稀酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、a 相连时，a为负极，c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为 ( B )A、abcd B、 acdb C、cabd D、bdca归纳小结：5、原电池的主要应用：、进行金属活动性强弱比较；（做负极的金属；电子流出的一极的金属）、改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；、利用原电池原理设计新型化学电池课堂小结： 这一节课我们比较深入的学习和探究了原电池的相关知识，如果将原电池反应中的氧化反应与还原反应分开在两个不同区域内进行，再以适当的方式连接起来，从而获得了稳定持续的电流。 作业布置：课后作业P73面 第2、3、6题板书设计： 第一节：原电池一、原电池的概念：直接将化学能转变成电能的装置。二、原电池的本质：氧化还原反应三、构成原电池的条件：1、两极：活性不同的两极电极材料（可以是两种活性不同的金属或金属与非金属）2、电解质溶液：要求电极材料在电解质溶液中能自发的发生氧化还原反应3、要形成一个闭合的回路。 简称“两极一液一线”四、实验探究问题：请同学们根据Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu这个氧化还原反应，参照构成原电池的条件，设计一个原电池，实验仪器和药品任选，并组织学生实验。五、对实验的改进：发现问题寻求解决的方法从而对实验进行改进CuSO4 溶液两个半电池反应的电极方程式及总方程式：（）：锌片 Zn-2e-=Zn2+（）：铜片 Cu2+2e-= Cu 总电极方程式：Zn+ Cu2+=Zn2+ Cu盐桥组成：充满饱和溶液的琼胶盐桥作用：.使整个装置构成闭合回路，避免两溶液直接接触平衡电荷探究点一原电池的工作原理1.按右图所示装置，完成实验并回答下列问题：(1)有关的实验现象是锌片溶解，铜片加厚变亮，CuSO4溶液颜色变浅；电流表的指针发生偏转，该装置中的能量变化是化学能转化为电能。(2)电子流动方向和电流方向外电路：电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极。内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。(3)电极反应：负极反应式是Zn2e=Zn2；正极反应式是Cu22e=Cu；电池总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu。(4)用温度计测量溶液的温度，其变化是溶液的温度略有升高，原因是还有Cu2直接在锌电极上得电子被还原，部分化学能转化成热能。第一节 原电池教学过程教师活动学生活动设计意图【引入】以灯光图片电 夜间图片绚丽多彩，灯火通明， 我们在感叹我们校园魅力的同时我要感谢电能给我们的黑烟带来了光明，并结合现实生活引入本节主题原电池。观察图片并聆听引入图片激发学生探究科学的兴趣第一节：原电池【引导学生复习】：1. 基本知识：原电池的反应本质原电池的形成条件2.基础实验：根据装置图，写出该原电池的电极反应式和电池反应方程式总反应方程式：Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2（负极）锌片：Zn2e -= Zn 2+（正极）铜片：2H+2e-= H2【投影】探究任务请根据Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu这个氧化还原反应，设计一个原电池，试剂和仪器：,锌片 ，铜片，电流表，导线，烧杯 投影展示学生成果：选择方案硫酸铜溶液都发现随着上述实验时间的延续，电流计的指针偏转的角度逐渐减小，最终又没有电流通过，同时芯片表面逐渐被全部铜覆盖。分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不在构成原电池了，也就没有电流在产生。思考：作为原电池，其功能就是将化学能转换为电能，上述实验中在负极上的变化趋势影响了供电效率，不能做使用电源，如何改进呢？是否可以设法阻止溶液中的铜离子在负极锌片上被还原？如何改进： ？投影展示交流学生草案，分析可行性（组织学生自己解决观察到的现象）利用幻灯片引导学生探讨预测方案.用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流计，【动画演示】【投影】盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。（2）平衡电荷。【归纳并分析】由两个半电池组成原电池的工作原理（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得持续稳定电流。在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。 在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。 从而得到持续稳定地电流 有关发展中的化学电源的图片展示看幻灯片 复习原电池学习的基础知识回答小组讨论方案，画草图实施方案并记录实验现象 方案：将锌片和铜片用导线连接（导线中间插入一个电流表）， 平行插入盛有硫酸铜溶液的烧杯中，如右图实验： 按照方案进行 观察并记录实验现象：电流表指针发生偏转，锌片和铜片表面都有红色物质生成结论：构成了原电池，发现问题; 锌片表面也有红色的铜生成 ， 且电流表指针偏转的角度逐渐减小,这样的原电池不能用做实用电源思考找到改进办法：导线 电解质溶液图4-1学生实验观察记录实验现象并描述现象思考分析并组内讨论盐桥的作用：使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。学生讨论，小组之间交流 引起学生的记忆，为新课的传授埋下伏笔培养学生的实验探究能力培养学生动手实验能力和观察能力明确要讨论的问题，使学生的思维过程有序，重点突出培养学生动手能力，能够会利用实验现象，揭示本质，培养分析问题能力。理清思路，帮助学生构建知识培养学生灵活解决问题，锻炼学生语言交流能力铺垫内容1有如图所示的两个原电池装置，下列说法不正确的是()AA池中负极的电极反应为Mg2e=Mg2BMg在A池中为负极，在B池中为正极CB池中电子的流向：MgAlD原电池工作一段时间后，A池溶液的pH会增大【解析】判断原电池正负极，除考虑活泼性还要注意电解质溶液对正负极的影响。对于稀硫酸来说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来说，铝是比镁更活泼的金属，所以A池中镁是负极，B池中铝是负极，B对；