电化学基础普及读物.docx

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电化学基础普及读物

第四章电化学基础

Ⅰ原电池

教学目标

知识与技能

1.让学生体验化学能与电能相互转化的探究过程；

2.使学生进一步了解原电池的工作原理和构成原电池的条件；

3.能够写出电极反应式和电池反应方程式.

过程与方法 

1.通过分组实验培养学生观察能力与分析思维能力。

2.实验引导学生以问题为中心的学习方法，学会发现问题、解决问题的方法。

3.加深理解实践→认识→再实践→再认识的辨证唯物主义的思维方法

情感态度与价值观

通过一些实验和科学探究过程，使学生增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。

教学重点：

进一步了解原电池的工作原理和构成条件；

能够写出电极反应式和电池反应方程式.

教学难点：

原电池的工作原理

教学方法：

实验探究法

教学过程：

引入、介绍电化学

播放图片，帮助学生对电化学的研究领域形成一些感性认识，了解电化学是研究化学能与电能的相互转换装置、过程和效率的科学。

1、电化学——研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学

2、电化学过程（及其装置）的分类：

（1）产生电流的装置——原电池

（2）借助电流而发生的反应——电解池

课前复习：

必修2P32—37化学能与电能

熟悉：

氧化还原本质、金属活动性顺序表、原电池的电极反应

演示实验：

实验一：

将铜片与锌片分别通过导线与电流计连接，并使铜片与锌片直接接触，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。

现象：

铜片表面明显有铜析出，电流计指示无电流通过。

问题：

上述实验装置构成原电池了吗？

如果没有原电池反应，为什么铜片表面明显有铜析出？

而且锌片逐渐溶解？

如果实验装置就是原电池，为什么电流计指示无电流通过？

分析：

根据“铜片表面明显有铜析出”，说明该反应是原电池反应，电流计指示无电流通过，可能与铜片与锌片直接接触有关。

问题：

如果要证明以上装置就是原电池，确实实现了化学能与电能之间的转换，就必须证明铜片与锌片之间有电流流过，如何证明？

实验二：

将铜片与锌片分别通过导线与电流计连接，并使铜片与锌片不直接接触，再同时浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。

现象：

电流计指针偏转，有电子有锌片流向铜片，铜片表面有红色的铜析出。

结论：

发生原电池反应，肯定实验一装置构成了原电池，且锌为负极，铜为正极。

问题：

由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，不可避免地有铜离子在锌片表面直接被还原，使锌片被覆盖，在负极也开始构成原电池，使输出的电流强度减弱，当锌片被铜完全覆盖，反应终止，就再无电流产生。

作为原电池，上述负极的反应必然影响原电池的供电效果，如何阻止反应的发生呢？

实验三：

课本P70实验4-1

现象：

改进后的装置能持续、稳定地产生电流。

3、原电池：

（1）、功能：

将化学能转换成电能

（2）、组成：

电极材料、电解质溶液、盐桥、导线

（3）、电子流向：

外电路：

负极——导线——正极

内电路：

盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，

盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。

（4）、电极反应：

以锌铜原电池为例：

负极：

氧化反应：

Zn—2e—==Zn2+（较活泼金属）

正极：

还原反应：

Cu2++2e—==Cu↓（较不活泼金属）

总反应式：

Zn+Cu2+==Zn2++Cu↓

（5）、正、负极的判断：

较活泼金属为负极；或金属为负极，

非金属为正极。

（6）、电解质溶液的选择：

选择与电极越容易反应的电解质溶液越好。

思考：

P72科学探究

Ⅱ化学电池

教学目标

知识与技能

1.一次电池与二次电池的不同2.一次电池、二次电池电极反应式的书写

3.明确充电与放电电极反应式的书写

过程与方法 

1.紧紧抓隹“化合价”这一主线，明确正极反应、负极反应

2.注重与生活化学相联系、特别是铅蓄电池等　

情感态度与价值观

通过学习，进一步认识到一次电池、二次电池在工业、国防、生活中的重要应用，特别是氢氧燃料电池，既提供了能源又不污染环境，同时应注意对其它电池的回收，保护环境

教学重点：

一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理、性能和应用

教学难点：

化学电池的反应原理

教学方法：

启发诱导法、讨论法等

教学过程：

课前复习：

必修2P37—39发展中的化学电源

思考：

P73学与问

1、电池的分类：

化学电池、太阳能电池、原子能电池

2、化学电池：

将化学能转化为电能的装置

3、化学电池的分类：

一次电池、二次电池、燃料电池

4、判断电池优劣的标准：

电能和输出功率的大小、电池储存时间的长短等

一、一次电池

1、一次电池：

活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度，就不能使用的电池，也叫干电池。

2、常见一次电池：

锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等

3、电极反应：

碱性锌锰电池

负极：

锌：

Zn+2OH—–2e—==Zn（OH）2

正极：

氧化锰：

2MnO2+2H2O+2e—==2MnOOH+2OH—

总反应式：

Zn+2MnO2+2H2O==2MnOOH+Zn（OH）2

二、二次电池

1、二次电池：

放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。

2、电极反应：

铅蓄电池

放电：

负极：

铅：

Pb（s）+SO42—（aq）—2e—==PbSO4（s）

正极：

氧化铅PbO2（s）+4H+（aq）+SO42—（aq）+2e—==PbSO4（s）+2H2O（l）

总反应式：

Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）==2PbSO4（s）+2H2O（l）

充电：

阴极：

PbSO4（s）+2e—==Pb（s）+SO42—（aq）

阳极：

PbSO4（s）+2H2O（l）—2e—==PbO2（s）+4H+（aq）+SO42—（aq）

总反应式：

2PbSO4（s）+2H2O（l）==Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）

两式可以写成一个可逆反应：

Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq）2PbSO4（s）+2H2O（l）

三、燃料电池

1、燃料电池：

连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。

2、电极反应：

以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极

负极：

通入氢气：

H2—2e—==2H+

正极：

通入氧气：

1/2O2+2H++2e—==H2O总反应式：

H2+1/2O2==H2O

3、燃料电池的优点：

能量转换率高、废弃物少、运行噪音低

四、废弃电池的处理：

回收利用

Ⅲ电解池

教学目的：

知识与技能

1.使学生理解电解原理，初步掌握一般电解反应产物的判断方法。

2.使学生了解铜的电解精炼和电镀铜的原理。

3.培养学生的实验操作能力、团结协作能力、观察能力、分析能力、归纳总结能力以及运用知识解决问题的能力。

4.通过电镀工业废水处理的简单介绍，增强学生的环境保护意识。

过程与方法

将离子放电顺序与阴极反应紧密结合起来，正确写出电极反应式和总化学方程式

情感、态度与价值观

通过本节书的学习，更加深该认识到电解原理在式业中的重要作用；更拉近了化学与生活的距离

教学重点难点：

电解原理及其应用

教学方法：

实验分析法、讨论法等　

教学过程：

一、电解原理

实验：

P79实验4-2

分步：

（1）、将两根碳棒分别插进U型管内的CuCl2溶液中，观察现象

现象：

碳棒表面无明显现象

（2）、将两根碳棒用导线相连后，浸入U型管内的CuCl2溶液中，观察现象

现象：

碳棒表面无明显现象

（3）、将两根碳棒分别跟直流电源的正、负极相连接，浸入U型管内的CuCl2溶液中，接通电流，观察现象

现象：

与电源负极相连的碳棒表面变红（析出铜），与电源正极相连的碳棒表面有气泡产生（产生氯气）

结论：

在直流电的作用下，溶液中CuCl2的被分解了，在阴极、阳极分别产生了铜与氯气，证明电能转变成了化学能。

分析：

（1）、通电前，溶液中存在哪些离子，它们如何运动？

（由于电离，溶液中存在着Cu2+、Cl—、H+、OH—，在溶液中做自由运动）

（2）、通电后，电子运动有什么变化？

（电子由自由运动改作定向运动，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极）

（3）、当离子定向移到电极表面时，发生什么变化？

（离子在电极表面放电，发生氧化还原反应）

1、电解池：

电能转变成化学能的装置，也叫电解槽

2、电解：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极发生氧化还原反应

的过程

3、放电：

当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应

的过程

4、电子流向：

（电源）负极——（电解池）阴极——（离子定向运动）电解质溶液——（电解池）阳极——（电源）正极

5、电极名称及反应：

阳极：

与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应

阴极：

与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应

6、电解CuCl2溶液的电极反应：

阳极：

2Cl——2e—==Cl2↑（氧化反应）

阴极：

Cu2++2e—==Cu（还原反应）

总反应式：

Cu2++2Cl—

Cu+Cl2↑

7、电解本质：

电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程

思考：

P82思考与交流

1、电解与电离的比较

电离

电解

条件

电解质溶于水或熔化状态

电解质电离后，再通直流电

过程

电解质电离成为自由移动的离子

阴、阳离子定向移动，在两极上放电

举例

CuCl2==Cu2++2Cl—

CuCl2

Cu+Cl2↑

特点

只产生自由移动的离子

发生氧化还原反应，形成新物质

联系

电解必须建立在电离的基础上

2、原电池与电解池的比较

装置类别

原电池

电解池

举例

锌铜原电池

电解氯化铜溶液

形成条件

1、活泼性不同的两电极

（用导线相连）

2、电解质溶液（电极插入其中并与

电极自发反应）

3、形成闭合回路

1、两电极接直流电源

2、两电极插入电解质溶液中

3、形成闭合回路

电极名称

负极：

较活泼金属

正极：

较不活泼金属

（或能导电的非金属）

（由电极本身决定）

阳极：

与电源正极相连的极

阴极：

与电源负极相连的极

（由外加电源决定）

电极反应

负极：

氧化反应，金属失电子

正极：

还原反应，溶液中的阳离子得电子

阳极：

氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子

阴极：

还原反应，溶液中的阳离子

得电子

电子流向

负极——导线——正极

电源负极阴极

电源正极阳极

能量转变

化学能转换为电能

电能转换为化学能

能否自发进行

反应能够自发进行

反应不能够自发进行

主要应用

1、金属电化腐蚀分析

2、金属牺牲阳极的阴极保护法

3、制造多种新化学电源

1、电解食盐水（氯碱工业）

2、冶炼活泼金属

3、电解精练

实质

使氧化还原反应中的电子

通过导线定向转移形成电流

使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

二、电解原理的应用

思考及实验：

P82科学探究，

问题：

（1）、通电前，饱和食盐水中存在哪些离子？

它们的运动情况如何？

（自由移动的离子：

H+、OH—、Cl—、Na+

H2OH++OH—，NaCl==Na++Cl—）

（2）、在电解装置中，可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？

（可以用铜做阴极，不能用铜做阳极，否则，阳极溶解）

（3）、通电后，溶液中的离子发生了什么变化？

（通电后，电子由自由运动改作定向运动，阴离子移向阳极，阳离子移

向阴极，在电极表面放电）

（4）、溶液中的Na+是否可能被还原为金属钠，为什么？

（不能，放电的离子有一定的顺序，金属越活泼，越难放电，溶液中的H+比Na+容易放电，故生成氢气，不生成金属钠。

）

（5）、电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？

如何证明？

（阴极：

氢气，收集后在火焰上产生爆鸣；阳极：

氯气，产生刺激性气味气体，令湿润的淀粉碘化钾试纸边蓝，若在两极附近溶液滴入酚酞试液，阴极区的溶液变红）

1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气

（1）、通电前，溶液中的离子：

H+、OH—、Cl—、Na+

（2）、通电后，H+、Cl—优先放电

阳极：

2H++2e—==H2↑

阴极：

2Cl——2e—==Cl2↑

总反应式：

2NaCl+2HO

2NaOH+H2↑+Cl2↑

2、电镀

补充实验：

铁钉电镀铜。

（1）铁钉处理：

水洗、碱洗除油污、酸除铁锈、水洗，立即进行电镀

（2）、铁定做阴极，铜棒做阳极，电解质溶液：

铜氨溶液

（铜氨溶液：

1mol/L的硫酸铜溶液中，边搅拌边加入浓氨水至溶液全部变成深蓝色，即为铜氨溶液）

（3）、用铜氨溶液做电镀液，通电约10秒（通电时用玻璃棒轻轻搅拌）即可见到铁钉表面光亮的紫红色

（1）、电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或

合金的方法

（2）、电极、电解质溶液的选择：

阳极：

镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液

M—ne—==Mn+

阴极：

待镀金属（镀件）：

溶液中的金属离子得到电子，

成为金属原子，附着在金属表面

Mn++ne—==M

电解质溶液：

含有镀层金属离子的溶液做电镀液

（3）、电镀应用之一：

铜的精炼

阳极：

粗铜；阴极：

纯铜；电解质溶液：

CuSO4

思考：

电镀铜（用硫酸铜溶液做电解质）和电解氯化铜（用氯化铜

溶液做电解质）的比较

电镀铜

电解氯化铜溶液

能量转换

将电能转变为化学能

阳极材料

镀层金属——铜

石墨

阴极材料

待镀金属

石墨

电镀时

阳极反应

铜溶解

溶液中的Cl—在阳

极氧化为Cl2放出

阴极反应

溶液中的Cu2+在阴极析出

溶液中的Cu2+在阴极析出

电解质溶液

及其变化

CuSO4溶液，电镀过

程中溶液浓度不变

CuCl2溶液，电解过程中

溶液浓度逐渐减小

3、电冶金

（1）、电冶金：

使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物

中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝

（2）、电解氯化钠：

通电前，氯化钠高温下熔融：

NaCl==Na++Cl—

通直流电后：

阳极：

2Na++2e—==2Na

阴极：

2Cl——2e—==Cl2↑

Ⅳ金属的电化学腐蚀与防护

教学目的：

知识与技能

1.化学腐蚀与电化学腐蚀

2.析氢腐蚀和吸氧腐蚀

3.金属的防护方法

过程与方法

将原电池反应、电解反应与金属的腐蚀与防护结合起来，理论联系实际

情感、态度与价值观

通过本节书的学习，了解金属的腐蚀给工业生产，人民生活带来的害，同时更需要利用电化学知识去防止金属腐蚀，增强保护金属、仪器设备的意识

教学重点：

金属的电化学腐蚀及金属的电化学防护

教学难点：

金属发生吸氧腐蚀的电化学原理

教学方法：

实验分析法、讨论法等　

教学过程

一、金属的电化学腐蚀

实验：

P85实验4-3

（1）金属腐蚀：

金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

（2）金属腐蚀的本质：

都是金属原子失去电子而被氧化的过程

（3）金属腐蚀的分类：

化学腐蚀——金属跟接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。

电化学腐蚀——不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。

思考：

化学腐蚀与电化学腐蚀的比较：

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属跟氧化性物质直接接触

不纯金属或合金跟电解

质溶液及氧化剂接触

现象

无电流产生

有微弱的电流产生

本质

金属被氧化的过程

较活泼的金属被氧化的过程

相互关系

化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学

腐蚀比化学腐蚀要普遍得多，腐蚀速度也快得多。

（4）、电化学腐蚀的分类：

析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出

①、条件：

潮湿空气中形成的水膜

（水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体）

②、电极反应：

负极：

Fe—2e—==Fe2+（氧化反应）

正极：

2H2O+2e—==H2↑+2OH—（还原反应）

总反应式：

Fe+2H2O==Fe（OH）2+H2↑

③、生成的Fe（OH）2被空气中的O2氧化，生成Fe（OH）3

Fe（OH）2+O2+2H2O==4Fe（OH）3

④、Fe（OH）3脱去一部分水就生成

Fe2O3·xH2O（铁锈主要成分）

⑤、铁锈不能阻止钢铁继续腐蚀

吸氧腐蚀——反应过程吸收氧气

①、条件：

水膜的酸性很弱或中性

②、电极反应：

负极：

2Fe—4e—==2Fe2+（氧化反应）

正极：

2H2O+O2+4e—==4OH—（还原反应）

总反应式：

2Fe+O2+2H2O==2Fe（OH）2

③、生成的Fe（OH）2被空气中的O2氧化，生成Fe（OH）3，

再形成铁锈

思考：

钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较：

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜酸性较强

水膜呈弱酸性或中性

正极反应

2H2O+2e—==H2↑+2OH—

2H2O+O2+4e—==4OH—

负极反应

Fe—2e—==Fe2+

二、金属的电化学防护

1、利用原电池原理进行金属的电化学防护

（1）、牺牲阳极的阴极保护法

原理：

原电池反应中，负极被腐蚀，正极不变化

应用：

在被保护的钢铁设备上装上若干锌块，腐蚀锌块

保护钢铁设备

负极：

锌块被腐蚀；正极：

钢铁设备被保护

（2）、外加电流的阴极保护法

原理：

通电，使钢铁设备上积累大量电子，使金属原电池反应产生的电流不能输送，从而防止金属被腐蚀

应用：

把被保护的钢铁设备作为阴极，惰性电极作为辅助阳极，均存在于电解质溶液中，接上外加直流电源。

通电后电子大量在钢铁设备上积累，抑制了钢铁失去电子的反应。

2、改变金属结构：

把金属制成防腐的合金

3、把金属与腐蚀性试剂隔开：

电镀、油漆、涂油脂、表面钝化等