人教版选修4 第4章 电化学基础 教学建议 课件（114张）.ppt

人教版选修4 第四章电化学基础教学建议 课标要求 体验化学能与电能相互转化的探究过程 了解原电池和电解池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 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 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 模块要求 通过进行化学能转化为电能的探究活动 了解原电池工作原理 能正确书写原电池的正 负极的电极反应式及电池反应方程式 通过电能转变为化学能的探究活动 了解电解池工作原理 能正确书写电解池的阴 阳极的电极反应式及电解反应方程式 通过查阅资料等途径了解常见化学电源的种类及工作原理 认识化学能转化为电能的实际意义 知道电解在氯碱工业 精炼铜 电镀 电冶金等方面的应用 认识电能转化为化学能的实际意义 了解金属腐蚀带来的危害 认识防止金属腐蚀的重要意义 了解化学腐蚀和电化学腐蚀的涵义 理解电化学腐蚀发生的条件 能解释金属发生电化学腐蚀的原因 认识钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理 会书写电极反应式和总反应式 通过实验探究防止金属腐蚀的措施 了解常见的防止金属腐蚀的方法及其原理 知识结构 对氧还反应的再认识 能量观 微粒观 解决正 负极和阴 阳极的判断 将电解和电池从电化学的角度上打通 充电电池 金属的电化学腐蚀与防护 本章的重点和难点 1 进一步了解原电池的工作原理 能写出其电极反应和电池反应方程式 2 化学电池的工作原理 一次电池 二次电池和燃料电池的反应原理 性能和应用 3 电解原理和应用 4 金属的电化腐蚀及金属的电化学防护 金属发生吸氧腐蚀的电化学原理 衔接内容 建议课时安排 第一节原电池1课时第二节化学电源2课时第三节电解池3课时第四节金属的电化学腐蚀与防护1课时检测复习2课时 教学建议 多角度充分拓宽学生的知识面 有助于三维目标的实现 2 充分利用比较法 深入理解概念原理 3 加强新旧知识联系 提升学生综合能力 4 注意科学思维的训练 教给学生思考的方法和解题的策略 教学建议1 多角度充分拓宽学生的知识面 有助于三维目标的实现 伏打电堆 巴格达电池 核电池 燃料电池汽车 燃料电池示范电站 教学建议2 充分利用比较法 深入理解概念原理 单液与双液电池比较 原电池与电解池比较 化学腐蚀与电化学腐蚀比较 析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 电镀池和精炼池比较 教学建议3 加强新旧知识联系 提升学生综合能力 氯碱工业中的食盐水精制 镁的冶炼时如何得到无水mgcl2 教学建议4 注意科学思维的训练 教给学生思考的方法和解题的策略 原电池的设计思路 电极反应式的书写方法 怎样区分原电池 电解池 电镀池和精炼池 电极的判断 第一节原电池 再探原电池 引入 趣味性思考性开放性针对性新颖性 设计原电池 教学资源的使用 已有经验的再认识 新的资源的使用 多以学生活动 探究为主 体验原电池 改进电池 应用原电池 运用已有知识体会化学电源的设计 教学内容衔接 通过已有知识 复习引入 过渡到原电池的设计 运用教材资源进行探究 引入1 巴格达电池 这意味着 在公元前248年至226年之间 居住在这些地区的波斯人就开始使用电池了 而公元1800年世界著名物理学家伏打才发明了世界第一个电池 一种推测 串联这些电池可以通过电解法将金涂在雕像或装饰品上 而另一种推测是这些电池的使用者是巴比伦的医生 在当时没有电鳐鱼时 他们把它作为替代品使用 从而能起到局部麻醉的作用 经过几次试验 证实了古人们使用的镀金雕像正是通过这种电解法镀上金的 引入2 第一个电池的诞生 volta 1799年 伏打把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片 平叠起来 用手触摸两端时 会感到强烈的电流刺激 伏打用这种方法成功的制成了世界上第一个电池 伏打电堆 原来物理学史真相是这样的 在历史上并无伏特这个人 倒是有伏打这个人 伏打 alessandrovolta 1745 1827 是意大利帕维亚大学的自然哲学教授 他在电学方面的主要贡献是 1 发明了一种能够测量微量电荷的验电器 2 利用静电感应的原理发明了起电盘 3 发明了 伏打电堆 伏打电堆的发明 为人们获得稳定的持续的电流提供了一个方法 是电学从对静电的研究进入到对动电的研究 对电学的研究具有深远的意义 后人为纪念这位物理学家 把电压的单位规定为volt 少字母a 音译为伏特 原来 人名volta音译为伏打 单位名volt音译为伏特 问题就出在从人名到单位名少了个字母a 出于习惯 在我们国家 物理上称他为伏特 化学上称他为伏打 所以伏特和伏打是同一个人 原来物理学史真相是这样的 采用新颖的视频 趣味性和思考性并重 创设学习情景 引入3 设计原电池 核心 1 氧化还原反应2 可自发的反应3 装置设计 cu2 zn zn2 cu 2h zn zn2 h2 体会原电池 抓住锌板产生气泡分析原因 找到提高效率的方法 1 利用电流表示数的改变分析衰减的原因2 抓住锌板产生金属分析原因 找到提高效率的方法 猜想 阻止溶液中的cu2 h 在锌表面还原 可提高电池效率 此处可用多种材料进行 如 滤纸 海绵 纸板 棉线 布 铜丝等 给出溶有饱和 的琼脂 znso4溶液 h2so4溶液 结论 改进后的原电池装置化学能不会自动释放 提高了能量转换率 对比原电池 盐桥的作用是什么 可使由它连接的两溶液保持电中性 盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移 使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行 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 盐桥的使用突破了氧化剂 还原剂只有直接接触才能发生电子转移的思维定式 能使氧化反应与还原反应彻底分开 在不同的区域进行 请将氧化还原反应cu 2ag cu2 2ag 设计成一个能产生稳定电流的原电池装置 并写出两个电极上的电极反应 1 装置可采用烧杯和盐桥 2 注明原电池的正极和负极 3 注明外电路中电子的流向 4 写出两个电极上的电极反应 提示与要求 总反应 电极反应 电极材料电解质溶液 连接 盐桥外电路 拆分 选择 氧化反应还原反应 落实 1 知识 总结原电池的组成 2 方法 形成设计原电池的思路 应用原电池 第二节化学电源 判断电池优劣或是否适合某种需要 主要看 电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 比能量 输出功率的大小 比功率 电池的可储存时间的长短等 放电过程 负极 氧化反应 pb so42 2e pbso4 正极 还原反应 pbo2 4h so42 2e pbso4 2h2o 总反应 pb pbo2 4h 2so42 2pbso4 2h2o 二次电池 铅蓄电池 阳极 pbso4 2e 2h2o pbo2 so42 4h 阴极 pbso4 2e pb so42 二次电池 铅蓄电池 充电过程 总反应 pb pbo2 4h 2so42 2pbso4 2h2o 聚合物锂离子电池 记忆效应 燃料电池 重视电解质环境 燃料电池 重视电解质环境 1 根据构成原电池的必要条件之一确定 活泼金属一般作负极 2 根据电子流向或电流方向确定 电子流出的一极或电流流入的一极为负极 3 根据内电路中自由离子的移动方向确定 在内电路中阴离子移向的电极为负极 阳离子移向的电极为正极 4 根据氧化还原反应确定 发生氧化反应 还原剂中元素化合价升高 的一极为负极 此外还可以借助氧化反应过程发生的一些特殊现象 如电极溶解 减重 电极周边溶液或指示剂的变化等 来判断 原电池正 负极的确定 注意 原电池的电极判断中的特殊情况 1 al mghcl溶液构成原电池负极 mg 2e mg2 正极 2h 2e h2 2 al mgnaoh溶液构成原电池负极 al 3e 4oh alo2 2h2o正极 2h2o 2e h2 2oh 原电池的负极不仅与金属活动性有关 还与电解质溶液有关 较易与电解质溶液反应的金属为原电池的负极 规律 原电池或电解池的两电极反应式之和即为总反应式 对于较复杂的 陌生的反应可用该方法解题并检验 写法 总反应式减去一电极反应式即为另一个电极反应式 书写注意事项 一看电极材料 二看环境介质 三看附加条件与信息 电极反应的书写 1 写出燃烧反应正确的化学方程式 2 根据电解液改写燃料电池总反应 3 写出正极的电极反应式 一般较简单 4 由燃料电池总反应式减去正极的电极反应式得到负极的电极反应式 书写燃料电池的电极反应式和总反应式的步骤 溶液中不存在o2 在酸性溶液中它与h 结合成h2o 在碱性或中性溶液中它与水结合成oh 关键是反应方向判断 然后是要弄清电解液是酸性还是碱性 h 和oh 如何书写充电电池的电极反应式 燃料电池 熔融盐电池 熔融盐燃料电池具有很高的发电效率 因而受到重视 可用li2co3和na2co3的熔融盐混合物作电解质 co为负极燃气 空气与co2的混合气体作为正极助燃气 制得650 下工作的燃料电池 总反应式 2co o2 2co2 2co 2co32 4e 4co2 2co2 o2 4e 2co32 燃料电池 甲醇燃料电池 甲醇 水与空气相互反应而产生电能 装置工作时只排出水蒸汽和碳氧化合物 因此比起传统的电池它常被视为一种绿色能源 只需要更换甲醇匣就可以在数秒之内重新补充能源 thisfuelcellwasusedtosupplyelectricityfortheapollospaceprogram 燃料电池汽车 燃料电池技术研发数十年 这项新能源技术早已获得各国重视并投入巨资研究 然而一直未能展开大范围推广 除了存在稳定性 耐久性等问题以外 高昂的成本价格也是阻碍燃料电池大规模商业化的瓶颈 国外质子交换膜燃料电池的价格高达每千瓦7万元人民币左右 给一辆小汽车安装一台50千瓦的电池系统 光电池就要350万元 而普通1 6l排量的小汽车发动机的功率大有都在70 100kw 因此 在技术攻关的同时 如何有效降低燃料电池的成本 也一直是课题组的重要研究内容 华南理工大学在质子交换膜燃料电池的核心技术攻关方面取得了一系列重要的成果 解决了许多质子交换膜燃料电池的国际性难题 由于各项新技术的使用 目前华南理工大学研发的燃料电池成本已降低至每千瓦6000 7000元人民币 仅是国际市场价格的十分之一 与传统的发电技术相比 这个投资成本还是偏高的 但是和其他新能源如太阳能等相比 成本价格却便宜了不少 价值3000万 尾气零排放 燃料电池 公交车 这座全球最大的质子交换膜燃料电池示范电站却选择落址在华南理工大学大学城校区内 示范电站可以实现24小时运转 产生的电流直接输送到学校的380v低压电网上 满负荷运行时可满足电站附件的豪华准五星级酒店 华工国际学术中心正常运营所需 示范电站副产热水为50度左右 非常适合作为生活用的热水 可以把热水输送到学生宿舍 在热和电都得到充分利用的情况下 燃料电池电站的能源利用率将达到百分之九十 天然气在这里首先转化成为氢气 氢气进入燃料电池发电机组产生电流和热水 华南理工大学设计开发的制氢工艺 天然气制氢效率可高达2 0以上 即1立方米天然气可以生成2立方米以上的氢气 比国内一些同类制氢设施的效率高20 30 产生的电量比直接燃烧天然气发电至少高30 污染物的排放则同比减少了60 燃料电池发电高效率和低排放的优点展露无遗 质子交换膜燃料电池示范电站 未来的电池 可用一辈子的电池 核能电池 钢铁侠 现场直击 嫦娥3号卫星亮相采用核电池供电在珠海航展上 中国航天科技集团不仅展出了风头正劲的嫦娥二号探月卫星模型 还首次公开了探月二期和三期工程探测器的模型 嫦娥三号探测器的主要任务是实现月面软着陆和月面巡视勘察 此外它还将使用rtg同位素电池 这将是中国首次将核能用于航天器 据 下一代能源新闻 的报道 由美国空军正在试图打造出一款能让笔记本电脑持续运行30年的核能电池 如果研究进展顺利 我们有望在2到3年内用上 现在美国密苏里大学的研究小组对外宣称 外观仅有硬币大小 使用寿命可达普通电池100万倍的微型 核电池 已经被研发出来 人教版课本要求讲清碱性电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池 有关废电池污染防治 1m2土地 600吨水 废旧电池处理工艺流程 第三节电解池 初步了解电解原理 电解 电流通过电解质溶液而在阴 阳两极引起氧化还原反应的过程 把电能转变为化学能的装置 电解池 发生电解的条件 1 电流 2 电解质溶液 3 两个电极 4 形成闭合回路 电解的结果 发生氧化还原反应两极有新物质生成 深入了解电解原理 阳极 在电解过程中发生氧化反应的电极 阴极 在电解过程中发生还原反应的电极 在电解池中两极由电源决定 阳极与电源的正极相连的电极 阴极与电源的负极相连的电极 放电顺序 阴极 阳离子得电子能力 阳极 失电子能力 利用初中已有知识引入 再认识电解水 电解水的意义 为了将电能转化为化学能 而化学能的又可以在需要的时候转化为电能 利用水做载体实现能量的循环转化 引入1 今年初开始 有人拿着一种纯水机到居民家中进行所谓的 水之电解 实验 将纯净水与自来水进行对比 实验结果是 通电后将该纯水机插入水样中数分钟 纯净水略微发黄 而自来水却泛泡并生成白色混浊 继而变成灰绿色 最后变成红色的不溶物 于是推销商称自来水中含有某些有害物质 建议居民购买其纯水机 据查 上海 昆明等城市均出现过类似情况 蒙骗了一些居民 水之电解 水质检验法的真相 电解水时 两极发生了怎样的变化 书写电极反应 讨论 交流 电解池结构名称 接通电源后 阳离子和阴离子各向哪个反向移动 移到两极表面的阳离子和阴离子将发生什么变化 学生讨论 填写对实验现象的预测 交流 观看实验 验证推论 书写电极反应 初步总结离子放电顺序 活动2 探究nacl cucl2电解过程并分析 更换铁做阳极接通电源后 阳离子和阴离子各向哪个反向移动 移到两极表面的阳离子和阴离子将发生什么变化 学生讨论 填写对实验现象的预测 交流 观看实验 验证推论 书写电极反应 初步总结离子放电顺序 活动3 再次探究nacl电解过程并分析 再次提升电解原理的理解 离子的放电顺序 阳极上失电子的顺序 活性金属 s2 i br cl oh 含氧酸根离子 如no3 so42 f cu在氯气中燃烧 问题1 将反应逆过来 使cucl2分解生成铜和氯气 请你设想可能有哪些实验方法 理论依据是什么 cu s cl2 g cucl2 s h 206kj mol 引入2 g h t s 0 设想一 加热 cucl2 s cu s cl2 g 设想二 通电 h 206kj mol s 128j k mol 实验一 实验用品 淀粉ki试纸 注意事项 在学案 表一 中记录实验现象 实验时间不要过长 阴极 发生还原反应的电极 阳极 发生氧化反应的电极 放电 离子在电极失去或得到电子 发生氧化还原反应的过程 a 石墨 阴极 写出阴 阳极的电极反应式和总反应的化学方程式 b 石墨 阳极 阴极 2h 2e h2 阳极 4oh 4e o2 2h2o 问题 给cucl2溶液通电时 为什么不是水电离出的h 和oh 放电生成氢气和氧气 实验二 nacl cuso4 naoh 问题 水是极弱电解质 导电能力很弱 但是初中进行电解水实验时 我们看到产生气泡的速率却很快 这是由于老师在水中加入了某种电解质 你认为老师加入的是哪些物质 这些物质的组成有何规律 英国化学家尼科尔森和卡里斯尔获知伏打的发明后 立即着手用伏打电池进行电解水的试验 当他们接通电流后 两电极上都有气泡产生 经收集 鉴定 这两种气体分别是氢气和氧气 且其体积比约为2 1 引入3 戴维改用熔融的苛性钾做电解实验 在电流作用下 熔融的苛性钾发生了明显变化 在导线与苛性钾接触的地方不停地出现紫色火焰 后来 戴维用相同的方法相继发现了钠 镁 钙 锶和钡五种元素 仅溶剂水电解 阳极 4oh 4e o2 2h2o 溶质和溶剂同时电解 阴极 4h 4e 2h2 阳极2cl 2e cl2 阴极 4h 4e 2h2 阳极2cl 2e cl2 阴极 cu2 2e cu 阳极2cl 2e cl2 阴极 2h 2e h2 阳极 4oh 4e o2 2h2o 阴极 2cu2 4e 2cu 减小 增大 不变 增大 增大 增大 减小 仅溶质电解 原电池与电解池比较 正 负极 阴 阳极 惰性材料或活性材料 负氧正还 阳氧阴还 电解池阴 阳极的判断 可根据电极与电源两极相连的顺序判断阴极 与直流电源的负极相连接的电解池中的电极 其反应时 溶液中氧化能力强的阳离子首先在阴极上得到电子 发生还原反应 阳极 与直流电源的正极直接连接的电极 若是惰性电极 pt au c ti 在该极上 溶液中还原性强的阴离子首先失去电子被氧化 若是活性电极 电极材料参与反应 自身失去电子被氧化而溶入溶液中 电解原理的应用 氯碱工业 目的 电解饱和nacl溶液 制取naoh h2 cl2 并以它们为原料生产一系列化工产品 技术上必须考虑的问题 1 nacl溶液的精制2 cl2对naoh溶液的影响3 h2与空气 cl2的安全问题 解决 粗盐水中的主要杂质 so42 co32 ca2 mg2 fe3 bacl2 aq na2co3 aq naoh aq hcl aq 阳离子交换膜 粗盐的成份 泥沙 ca2 mg2 fe3 so42 杂质 会与碱性物质反应产生沉淀 损坏离子交换膜 精制食盐水 杂质的除去过程 粗盐水 含少量ca2 mg2 精制盐水 氯碱工业 电解原理示意 阳离子交换膜电解食盐水原理示意图 cl2 cl2 cl h2 h oh 淡盐水 naoh溶液 精制饱和nacl溶液 h2o 含少量naoh 离子交换膜 阳极室 阴极室 氯碱工业 阳离子交换膜 阳离子交换膜的特点 只允许阳离子通过阻止阴离子和气体分子通过 作用 1 阻止了h2 cl2混合 避免了爆炸 2 阻止了cl2与naoh反应 3 极大地降低了碱液中nacl的含量 名称 家用型次氯酸钠消毒液发生器产品规格 qzx500a型 家用型 消毒液发生器是利用食盐和水来产生高效 广谱的次氯酸钠消毒液的生产设备 主要技术及使用参数食盐 15克水 500 800ml电 8w 0 008度制作时间 20分钟适应范围 家庭 小型餐馆 美容室使用寿命 10 12年 家用次氯酸钠消毒液发生器原理 交流讨论根据电解原理 某同学制作一个家用简易环保型消毒液发生器 通过电解食盐水使产生的cl2与naoh反应生成次氯酸钠 石墨电极哪端与电源正极相连 为什么 金属冶炼 钠的冶炼 原料 nacl阴极材料 不锈钢阳极材料 石墨电极反应 阴极 2na 2e 2na阳极 2cl 2e cl2 电池反应 2nacl2na cl2 注意 该方法只可延伸到li 但k rb cs都不是用电解法制得 置换 镁的冶炼 原料 mgcl2阴极材料 不锈钢阳极材料 石墨电极反应 阴极 mg2 2e mg阳极 2cl 2e cl2 遇到的主要问题 如何得到无水的mgcl2 电池反应 mgcl2mg cl2 铝的冶