21化学能转化为电能.docx
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21化学能转化为电能
《化学能转化为电能—电池》教学案
【课标研读】
1．体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池的工作原理，能写出原电池的电极反应和电池反应。
2．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作用。
3.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。
【考纲解读】
1．了解原电池的工作原理，能写出原电池的电极反应和电池反应。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
【教材分析】
本节是在前面学习电能转化为化学能——电解的基础上，学习化学能转化为电能的一种重要形式——电池。
本节在学生已经建立起电极反应的概念并能够正确的判断阴极和阳极的基础上，精心设计、构建了一个内容体系，以一个学生熟悉的自发氧化还原反应为研究对象，通过将其拆开在两个电极上分别进行氧化反应和还原反应并采用逐步深入的研究手段，来介绍原电池的工作原理，以及正极和负极、电池反应的概念。
利用原电池的工作原理设计出各种化学电源，实现理论应用于实践，注重与生产、生活的联系；金属的腐蚀与防护的设计具有更强的应用性，可以指导生活、生产中防腐蚀问题。
【学情分析】
学生在《必修2》中已简单学习了原电池的概念、原理，已经建立电极反应的概念，会书写简单的原电池电极反应式。
在此基础上深入学习原电池的工作原理，让学生体会到原电池与电解本质上是相同的，但二者存在一个重要区别:
原电池所发生的过程与电解所发生的过程方向相反。
【教学策略】
通过回顾锌铜稀硫酸的原电池，引出原电池的概念、工作原理；结合多组装置总结构成原电池的条件，引导书写较复杂原电池的两极反应及电池反应，进而总结书写规律；在原理建立的基础上，介绍常见化学电源及金属的腐蚀与防护，本节内容易学生书写电极反应为主。
【教学计划】三课时
第一课时：
原电池的工作原理
第二课时：
化学电源
第三课时：
金属的腐蚀与防护
第一课时授课时间
【教学目标】
〖知识与技能〗
1.了解原电池的工作原理，能判断原电池的正负极，能写出电极反应式。
2．通过实验与分析，初步掌握形成原电池的基本条件，会设计简单的原电池。
3．学习实验研究的方法，能设计并完成一些基本的化学实验。
〖过程与方法〗
1．经过对化学物质及其变化进行探究的过程，进一步理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高科学探究的能力。
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〗
1．在化学学习的过程中体验并享受探究带来的快乐，感受化学世界的奇妙。
2．关注与化学有关的社会热点问题和科技前沿问题，增强环境保护意识，逐步形成可持续发展的思想。
【教学重点与难点】
重点：
1．原电池的工作原理。
2．写出简单的电极反应及电池反应。
难点：
原电池的工作原理
【教学流程设计】
[引入]电解池是将电能转化为化学能的装置，在必修2中学习了一种将化学能转变为电能的装置——原电池，其工作原理与电解原理有何不同？
（外界提供电能）
[板书]第3节化学能转化为电能——电池
一、原电池的工作原理
[前知回顾]学生根据实验步骤，回忆相应实验现象，填入表格并完成思考题。
（9分钟）
实验步骤
现象
①锌片插入稀硫酸，插入温度计
锌片上有气泡生成，温度升高
②铜片插入稀硫酸
无明显现象
③锌片和铜片接在一起插入稀硫酸
铜片上有气泡，锌片质量减小
④锌片和铜片之间连一电流表
电流表指针发生偏转
思考：
1.在实验①中化学能转化热能。
在实验中③化学能转化电能。
2.在方框内画出实验④的装置图，注明正负极、电解质溶液，并写出两极反应和电池反应。
Zn-2e-→Zn2+、引导学生利用氧化还原反应分析
2H++2e-→H2↑，相应的变化
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
3.分析电子流向、电流流向、溶液中阴阳离子的移动方向。
电子流向负极到正极；电流流向正极到负极；
阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
[过渡]从能量转变的观点来分析，原电池是一种什么装置？
[板书]1.概念：
将化学能转化成电能的装置。
【交流·研讨】学习小组交流讨论工作原理、总结构成条件，并书写有关电极反应。
（10分钟）
2．工作原理：
如右图
负极（锌片）：
Zn-2e-→Zn2+正极（铜片）：
Cu2++2e-→Cu
电池反应：
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
3．原电池的构成条件
[观察分析]下列装置能否构成原电池？
总结构成原电池的条件。
理解应用原电池的形成条件
（1）能构成原电池的是（3）（4）
（2）原电池的构成条件：
一个前提：
有一个自发的氧化还原反应。
三个条件：
①活泼性不同的导体做电极
②有电解质溶液③形成闭合回路
（3）写出能形成原电池的两极反应和电池反应
【交流·研讨】装置（6）如何改进能形成原电池？
（6分钟）
学生思考后交流，会有多种改进意见，教师重点分析加上盐桥后如何形成闭合回路？
（参照三维27页）
加入盐桥后现象是电流计的指针偏转，锌片质量减少，铜片质量增加。
正极是铜，负极是锌，电极反应式分别是ZnZn2++2e-、Cu2++2e-Cu，电池反应是Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu；电子的流向是负极流向正极，盐桥的作用是导电的作用。
4．原电池两极的判断方法：
【归纳总结】学生以小组为单位，归纳总结原电池两极的判断方法。
（4分钟）
（1）根据电极材料判断
一般，相对活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
（2）根据电流方向（或电子流向）判断：
电流是由正极流向负极，电子是由负极流向正极。
（3）根据溶液中离子的移动方向判断
在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
（4）根据发生的反应判断
原电池的负极上总是失电子发生氧化反应，正极上总是得电子发生还原反应。
[练一练]学生练习，教师引导总结两极反应的书写规律（8分钟）
1）．银锌电池广泛用做各种电子仪器的电源，它的电池反应为：
Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn（OH）2,则负极上发生反应的物质是（C）
A.AgB.Zn（OH）2C.ZnD.Ag2O
2）.将Al片和Cu片用导线相连，一组插入浓HNO3溶液中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成了原电池。
则在两个原电池中正极分别为：
（C）
A、Al片、Al片B、Al片、Cu片
C、Cu片、Al片D、Cu片、Cu片
5．原电池两极反应的书写规律
教师引导写出上题2）中的第一个原电池的两极反应，并总结书写规律。
书写规律：
先选择一个简单的变化情况写出电极反应（一般负极易写），再写出电池反应，最后用电池反应的离子方程式减去已写出的电极反应可得另一极的电极反应。
说明：
①写完后两极反应相加看是否是电池反应，可检查写的是否正确。
②如果感觉直接书写某一极反应有难度，可先写出电池反应的离子反应。
6、原电池原理的应用：
（6分钟）
学生画图，写两极反应，教师指导。
（１）制做化学电源：
从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池。
很多有实际应用的化学电源都是原电池原理的具体应用。
如：
用下列氧化—还原反应设计原电池
氧化—还原反应
请画出装置图
负极反应
正极反应
Cu+2FeCl3=2FeCl2
+CuCl2
Cu2++Fe=Fe2++Cu
[思考]试设计镁铝原电池
①若铝作正极，镁作负极，电解质溶液可为盐酸或硫酸,
负极反应，正极反应；
电池反应（写离方）。
②若镁作正极，铝作负极，电解质溶液可为氢氧化钠溶液，
负极反应，正极反应；
电池反应（写离方）。
（２）加快反应速率：
实验室用Zn与H2SO4制H2，用粗锌产生Ｈ2的速率比用纯Zn快，在稀H2SO4中加入少量硫酸铜溶液，也同样会加快Zn与稀H2SO4产生Ｈ2的速率。
（3）比较金属的活动性：
【例】：
把a,b,c,d4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池.若a,b相连时a为负极；c,d相连时，d上产生大量气泡；a，c相连时，电流由c经导线流向a；b、d相连时，电子由d经导线流向b，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为（）
A.a＞b＞c＞dB.a＞c＞d＞bC.c＞a＞b＞dD.b＞d＞c＞a
[课堂检测]（7分钟）
【基础部分】
1.用锌片、铜片和硝酸银组成的原电池，正极上发生的电极反应是（）
A．2H++2e-H2↑B．Zn-2e-Zn2+
C．2H2O+O2+4e-4OH-D．Ag++e-Ag
2.X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+和Z2+共存的溶液时，Y先析出；又知M2+的氧化性强于Y2+。
则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（）
A.X>Z>Y>MB．X>Y>Z>M
C．M>Z>X>YD．X>Z>M>Y
3.由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液PH怎样变化（）
A.不变B.先变小后变大C.逐渐变大D.逐渐变小
4.下列说法正确的是（）
A.原电池中较活泼金属作正极
B.原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应
C.原电池两极均发生氧化还原反应D.原电池中的阳离子向负极移动
5．某原电池，将两金属X、Y用导线连接，同时插入相应的电解质溶液中，发现Y电极质量增加，则可能是下列情况中的（）
A.X是负极，电解质溶液为CuSO4溶液
B.X是负极，电解质溶液为稀H2SO4溶液
C.X是正极，电解质溶液为CuSO4溶液
D.X是负极，电解质溶液为稀H2SO4溶液
6.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。
下列说法中不正确的是（）
A．由Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，其负极反应式为：
Al－3e－Al3+
B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为：
Al－3e－＋4OH－[Al（OH）4]－
C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为：
Cu－2e－Cu2+
D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为：
Cu－2e－Cu2+
7.
下图各装置中，不能构成原电池的是（）
8.某原电池的总反应离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+,不能实现该反应的原电池是（）
A．正极为Cu、负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
B．正极为Fe、负极为Zn，电解质溶液为Fe2（SO4）3溶液
C．正极为Ag、负极为Fe，电解质溶液为Fe2（SO4）3溶液
D．正极为C、负极为Fe，电解质溶液为Fe（NO3）3溶液
【综合提高】
9．
（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应：
；银片上发生的电极反应：
。
（2）若该电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47g，试计算：
①产生氢气的体积（标准状况）；
②通过导线的电量。
（已知NA＝6.02×1023/mol，电子电荷为1.60×10－19C）
第二课时授课时间
A.B.C.D.
【教学目标】
〖知识与技能〗
1.了解常见化学电源的种类及其工作原理
2.学会判断常见电源的正负极
3.正确书写铅蓄电池和氢氧燃料电池的电极反应、电池反应
〖过程与方法〗
1.通过常见电池的结构装置图，正确判断两极材料
2．结合原电池工作原理，通过迁移应用学会书写常见电池的电极反应
3．在学习中，学会应用观察、类比等多种手段获取信息
〖情感态度与价值观〗
1．增强联系实际学习化学并将化学知识应用于生活的意识。
2．从能量的角度比较深刻的了解化学科学对人类的贡献，从而赞赏化学的作用。
【教学重点与难点】
重点：
三种重要的化学电源的电极反应、电池反应及工作原理
难点：
燃料电池的电极反应书写
【教学流程设计】
[前知复习听写]（9分钟）
[引入]化学电源与我们生活息息相关，它们的工作原理及两极反应是怎样的呢？
这是本节课重点学习的内容。
[板书]二、化学电源
[阅读]学生阅读课本23页—25页，并填空，教师加以指导点拨。
（10分钟）
1、分类：
化学电源有一次电池、可充电电池、燃料电池等，其中可充电电池也称为二次电池。
2、常见电池
（1）锌锰干电池
酸性锌锰干电池
碱性锌锰干电池
两极材料
锌、石墨
锌、石墨
电解质溶液
氯化铵和氯化锌混合液
氢氧化钾
两极反应负极
正极
电池反应
优缺点
优点：
制作简单、价格便宜
缺点：
新电池会发生自放电而使存放时间缩短、放电后电压下降较快。
单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电
（2）铅蓄电池：
电极材料铅和二氧化铅，电解质30%硫酸溶液
电极反应：
正极负极
电池反应：
优缺点：
性能优良，价格便宜，可多次充放电
注意：
铅蓄电池放电时为原电池，而充电时则为电解池，充电时的电极反应式及总式为：
阳极：
阴极：
总式：
例1锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为：
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O在此电池放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是（）
A、ZnB、碳棒C、MnO2和NH4+D、Zn2+和NH4+
例2铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为H2SO4，工作时的反应为：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，下列结论正确的是（）
A、Pb为正极被氧化B、PbO2为负极被还原
C、SO42-只向PbO2处移动D、电解液浓度不断减小
[阅读]学生阅读课本25页氢氧燃料电池部分，完成填空；教师引导写出在酸性条件下的两极反应。
（9分钟）
（3）氢氧燃料电池：
电极材料石墨，电解质溶液为KOH溶液
电极反应：
负极2H2+4OH-2H2O+4e-正极O2+2H2O+4e-4OH-
电池反应：
2H2+O2=2H2O
燃料电池的特点是电池的正负极反应物气体分别储存在电池之外的容器中。
燃料电池的优点是能量利用效率高，可连续使用和污染轻等。
[拓展]若氢氧燃料电池的电解质为酸性：
思考：
若把电解质换为H2SO4电极反应和电池反应如何呢？
电极反应：
负极2H24H++4e-正极O2+4H++4e-2H2O
电池反应：
2H2+O2=2H2O
例3阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应为2H2+O2==2H2O，电解液为KOH，反应保持在较高温度，使H2O蒸发，下列叙述正确的是（）
A、此电池能发出蓝色火焰
B、H2为正极，O2为负极
C、工作时，电解液的pH不断减小
D、电极反应为：
负极2H2+4OH-4H2O+4e-，正极O2+2H2O+4e-4OH-
（4）其它燃料电池：
燃料电池的燃料除了氢气外，还有甲烷、甲醇和乙醇等。
[点拨]以例4为典题，引导其它燃料电池的两极反应、总反应的书写，学生再练。
（12分钟）
例4用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH3OH和O2，写出电池反应的离子反应及两极反应。
电池反应：
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
负极：
2CH3OH+16OH-2CO32-+12H2O+12e-
正极：
3O2+6H2O+12e-12OH-
[难点突破]燃料电池的总反应和两极反应的书写规律
先写正极反应，总反应的离子方程式，最后用总的离子反应减去正极反应可得负极反应。
[尝试练习，大胆书写]把例4中的甲醇换成甲烷。
电池反应：
CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O
负极：
CH4+10OH-CO32-+7H2O+8e-
正极：
2O2+4H2O+8e-8OH-
[升华提高]一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。
回答：
（1）这种电极放电时发生的化学反应方程式是2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
（2）此电池的正极发生的电极反应式是3O2+12H++12e-6H2O，负极发生反应的电极反应式是2CH3OH+2H2O2CO2+12H++12e-；
（3）电解质溶液中的H+向正极移动；向外电路释放电子的电极是负极。
（4）比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：
首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是对环境无污染。
【课堂检测】（10分钟）
【基础练习部分】
1.下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述正确的是（）
A、a电极是负极
B、b电极的电极反应为：
4OH-2H2O＋Ｏ2+4e－
C、电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D、氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
2.已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。
铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“+”，另一个接线柱旁标有“—”。
关于标有“+”的接线柱，下列说法中正确的是
A．充电时作阳极，放电时作正极B．充电时作阳极，放电时作负极
C．充电时作阴极，放电时作负极D．充电时作阴极，放电时作正极
3.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。
锌—锰碱性电池以氢
氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn（s）+2MnO2（s）+H2O（l）==Zn（OH）2（s）+Mn2O3（s）
下列说法错误的是
A、电池工作时，锌失去电子
B、电池正极的电极反应式为：
2MnO2（s）+H2O
（1）+2e-Mn2O3（s）+2OH-（aq）
C、电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D、外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g
4.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）2Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）
A．AgB．Zn（OH）2C．Ag2OＤ．Zn
5.如图所示装置，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变粗、B极逐渐变细，C为电
解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（）
A．A是Zn，B是Cu，C为稀H2SO4B．A是Cu，B是Zn，C为稀H2SO4
C．A是Fe，B是Ag，C为AgNO3液D．A是Ag，B是Fe，C为AgNO3
6．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。
氢镍电池的总反应式是H2+2NiO（OH）2Ni（OH）2。
根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（）
A.电池放电时，电池负极周围溶液的PH不断增大B.电池放电时，镍元素被氧化
C.电池充电时，氢元素被还原D.电池放电时，H2充到正极
7.
（1）燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。
它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能，目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是：
x极O2（气）+2H2O（液）+4e-4OH-
y极H2（气）+2OH-2H2O（液）+2e-
回答下列问题：
①x是极，发生反应（填“氧化”或“还原”）
②y是极，发生反应（填“氧化”或“还原”），总反应式为。
③若反应后得到5.4g液态水，此时氢氧燃料电池转移的电子数为。
（2）铅蓄电池是化学电源，其电极材料是Pb和PbO2，电解质溶液为稀硫酸。
工作时，该电池的总反应为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，根据上述情况判断：
①蓄电池的负极是，电极反应式为。
②蓄电池的正极是，电极反应式为。
③蓄电池工作时，其电解质溶液的PH（填“增大”、“减小”或“不变”）
【综合提高】
8、锂电池用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（
）中形成的，以下电池的总反应方程式为：
8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S，下列叙述中正确的是（）
A．电解质溶液中混入水，对电池反应无影响
B．金属锂作电池的负极，石墨作电池的正极
C.电池工作过程中，亚硫酰氯（SOCl2）被还原为Li2SO3
D．电池工作过程中，金属锂提供电子的物质的量与析出硫的物质的量之比为4：
1
10.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应为：
3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn（OH）2+2Fe（OH）3+4KOH
下列叙述不正确的是（）
A．放电时负极反应为Zn+2OH-Zn（OH）2+2e-
B．充电时的阳极反应为Fe（OH）3+5OH-FeO42-+4H2O+3e-
C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
第三课时授课时间
【教学目标】
〖知识与技能〗
1．继续透彻理解原电池的工作原理，掌握原电池的电极反应式及其总式的书写
2.了解金属的化学腐蚀，理解金属的电化学腐蚀。
〖过程与方法〗
1.通过“交流研讨”培养学生的动脑能力以及获取信息的能力。
2．在学习中，学会应用观察、类比等多种手段获取信息
〖情感态度与价值观〗
1．通过本节知识的教学，使学生培养科学的思维态度和良好的环保意识。
2．通过进一步了解化学科学的研究特点，激发学生对化学科学的兴趣。
。
【教学重点与难点】
重点：
金属腐蚀的电化学原理以及据此而设计的防护原理
难点：
金属的电化学腐蚀
【教学流程设计】
[复习听写]（10分钟）
[引入]铁生锈的现象到处可见，你有没有想过，铁在什么环境中更容易生锈？
有哪些措施可防止铁生锈?
[板书]三、金属的腐蚀与防护
【阅读】课本第27页，回答下列问题：
（2分钟）
（1）什么叫金属腐蚀？
金属腐蚀的实质是金属原子失去电子被氧化。
（2）金属腐蚀分为哪几类？
1．金属电化学腐蚀的原理
【阅读】课本第27-28页，完成表格及问题。
（10分钟）
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
溶液呈弱酸性或中性
溶液呈较强的酸性
电极
反应
正极
O2+2H2O+4e-4OH-
2H＋＋2e－H2↑
负极
2Fe2Fe2＋+4e－
FeFe2＋+2e－
总反应
2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2
Fe+2H＋=Fe2＋+H2↑
相互关系
往往同时进行，同时以吸氧腐蚀为主
【学生讨论】化学腐蚀和电化学腐蚀（3分钟）
化学腐蚀
电化学腐蚀
反应情况
金属
升级会员 