高中化学-第3节化学能转化为电能-电池学案-苏教版必修1.doc

第3节　化学能转化为电能－电池
[10考试说明]
1、了解原电池的工作原理，了解常见化学电源的种类及其工作原理。
2、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。
[课标要求]
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，能写出电极反应和电池反应方程式。
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应用。
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。
[活动与探究建议]
1、查阅资料并交流：“化学暖炉”、“热敷袋”的构造和发热原理；防止钢铁腐蚀的方法
2、实验探究：自制水果电池、音乐卡片
3、调查市场常见化学电池的种类、价钱、品质等，讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。
[教学内容增减建议]
1．建议补充必修二50页“活动•探究”内容，并增加原电池原理的应用内容；
2． 26页“追根寻源”的燃料电池作为重点内容来处理；
[重点与难点]
重点 原电池的工作原理，化学电源的种类，电极反应及电池反应，金属腐蚀及防护原理
难点　电极方程式的书写

[教学过程]
第一课时化学能转化为电能——电池（第一课时）
【学习目标】
通过对铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理，根据电流的方向判断原电池正极和负极的方法以及电极反应的概念
【学习重点】原电池的工作原理，电极反应和电池反应式的书写
【学习难点】原电池的工作原理 盐桥
【学习过程】
自主学习

1、写出锌与硫酸铜溶液反应的化学方程式，标出电子得失与氧化、还原的关系。

2、①锌片、铜片平行插入盛有稀硫酸的烧杯里，现象
②用导线把锌片、铜片连接起来（或铜片与锌片直接接触），现象 　
③在连接锌片、铜片的导线间连接电流计，现象：
合作探究

一、原电池的工作原理
【实验探究】课本P 19页“活动•探究”
【问题组一】
① 锌与硫酸铜的反应是吸热反应还是放热反应？
② 怎样证明有电流产生？
③ 如何确定电源的正负极？
④ 试分析图1-3-2的工作原理
【知识小结】
1、原电池的工作原理
电流的产生是由于电子从 流向 。
锌片（　　极）反应式　　　　　　　　　　，发生 （“氧化”或“还原”）反应
铜片（　　极）反应式　　　　　　　　　　，发生 （“氧化”或“还原”）反应
电池反应式：
【问题探究】
Cu
Zn
Cu
稀硫酸
AgNO3溶液
乙醇
Zn
Zn
Zn
稀硫酸
下列装置中能产生电流的是

【知识小结】
1、原电池形成的条件：（1）___________________________________
(2)_________________________________（3）______________________________________
2、电源正负极的判断方法：______________________________________________________
【活动与探究】 课本21页“观察•思考”
【问题组二】
1、 插入盐桥前后，现象有何不同？
2、 装置中盐桥的作用是什么？
3、 本实验的装置和图1-3-2所示的原电池，有何不同？
4、 试分析装置中电子和电流的流向
5、 写出实验中发生反应的化学方程式和离子方程式

【知识小结】
1、 正负极得失电子情况，电子和电流方向以及溶液中离子的流向

2、 盐桥的作用

3、 电极反应式的书写注意事项

问题解决

【例一】分析下图，哪个能构成原电池

【例二】请利用铜、银、FeCl3溶液设计原电池，画出装置的示意图，注明正负极和电子流向，并写出电极反应式和电池反应式。

课堂检测

1．原电池由是把______能转化为________能的装置。较活泼的金属是_____极，较不活泼的金属（或能导电的非金属）是_______极。
2、下列说法正确的是（ ）
A．原电池是把电能转化为化学能的装置
B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应
C．原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应
D．形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动
3、微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是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－
根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是：（ ）
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．Zn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
4、下列说法或实验现象的描述不正确的是（ ）。
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
C．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快
D．电子流出的极为电池的负极
5、100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（ ）。
A．加入适量的6mol/L的盐酸 B．加入数滴氯化铜溶液
C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的氯化钠溶液
6、Ａ、Ｂ、Ｃ是三种金属，根据下列①、②两个实验，确定它们的还原性强弱顺序为
①当Ａ与Ｂ浸在稀硫酸中用导线相连，Ａ上有气泡逸出，Ｂ逐渐溶解。
②物质的量浓度相同的Ａ、Ｃ盐溶液，Ｃ离子的氧化性大于Ａ离子
Ａ．Ａ>B>C B．B>C>A
C． C>A>B D．B>A>C

第三节化学能转化为电能——电池（第二课时）
【学习目标】
通过学习3种重要的化学电源，体会并了解原电池的实际应用，从能量的角度理解化学科学对人类生活的重要贡献。
【学习重点】简单的电极反应和电池反应的书写
【学习过程】
自主学习

阅读课本P23~26，回答以下问题
1、什么是一次电池？二次电池？燃料电池？

2、我们常用的电池有哪些种类？

3、可充电电池在使用过程中，有哪些能量转化方式？

4、锂电池有什么特点，有什么用处？

5、酸性和碱性锌锰干电池的区别是什么？

6、铅蓄电池有什么优缺点？

7、燃料电池有什么优点？

合作探究

二、化学电源
1．锌锰干电池
【问题组1】观察课本P23图1-3-7和图1-3-8，回答下列问题
1、 酸性锌锰干电池的两极材料、电解质溶液是什么？
2、 试写出两极的反应式和总反应式
3、 碱性锌锰干电池的两极材料、电解质溶液是什么？
4、 试写出两极的反应式和总反应式

【例一】银锌纽扣电池
银锌纽扣电池的电极分别是Zn和Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，电池反应的产物是ZnO和Ag，则其电极反应和电池反应为：
负极： 正极：
电池反应方程式：
2.重要的二次电池—铅蓄电池
铅蓄电池其电极分别是Pb、PbO2，电解质是一定浓度的硫酸
⑴工作（放电）时的电极反应为：
负极： 正极：
总反应方程式：
⑵充电时的电极反应为：
阴极： 阳极：
充电时总反应方程式：
【例二】镍镉蓄电池
正极(镍)上有Ni(OH)3，负极主要是镉(含有一些铁)，所用电解质为KOH溶液。放电时的电极反应式是（根据电极反应在空格上填写电极名称）：
　　极：Cd+2OH－-2e－=Cd(OH)2　 　　极：2Ni(OH)3 +2e－= 2Ni(OH)2+2OH－
电池总反应式：
3.氢氧燃料电池
燃料电池中，电极的导电材料一般为多孔的金属板，负极通入燃料气体，正极通入氧气等氧化性气体。
一般用30％KOH溶液作这种电池的电解质溶液，电极可用含有催化剂的多孔石墨电极。放电时电极反应：负极： 正极：
总反应： 　　　
【例三】甲烷燃料电池
甲烷燃料电池；电解质溶液为氢氧化钾溶液，电极反应为：
正极： 负极： CH4 + 10OH- -8e === CO32- + 7H2O
总反应：

反思提升

根据上述原电池电极反应，总结如何书写原电池的电极反应。

三．原电池的应用
【问题组】
1．锌与稀硫酸反应制取氢气，为加快反应速率，可采取什么方法？

2、铁片浸入稀硫酸中，采取哪些措施可以减缓铁的溶解？
3、把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池．若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时， c为正极；b、d相连时，b为正极．则这四种金属的活动性顺序由大到小为 。
【小结】原电池的应用有：

[反馈练习]
1．如图所示的装置能够组成原电池且产生持续电流的是

2．已知空气—锌电池的电极反应为：
锌片：Zn＋2OH－－2e－＝ZnO＋H2O； 碳棒：O2＋H2O＋2e－＝2OH－
据此判断，锌片是
A．正极，并被还原 B．正极，并被氧化
C．负极，并被还原 D．负极，并被氧化
3．将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即构成甲烷燃料电池。已知通入CH4的一极，其电极反应式是：CH4+10OH――8e=CO32－+7H2O；通入O2的另一极，其电极反应式是：O2+2H2O+4e=4OH－，下列叙述不正确的是（ ）
A．通入CH4的电极为负极 B．正极发生氧化反应
C．此电池工作时溶液中阴离子向负极移动 D．该电池使用一段时间后应补充
4．氢镍电池是近年来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：
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
5．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为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．溶液的pH不断减小
C．只向PbO2处移动 D．电解质溶液pH不断增大
6．将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中，并经过一段时间后，下列各叙述正确的是( )
A. 负极有Cl-逸出，正极有H+逸出 B. 负极附近Cl-的浓度减小
C. 正极附近Cl-的浓度逐渐增大 D. 溶液中Cl-的浓度基本不变
7．我国首先研制的以铝-空气-海水电池为能源的新型航标灯已研制成功。这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而源源不断地产生电流，其能量比干电池高20～50倍。试推测此种新型电池可能的基本结构：__________是负极，__________是正极。电极反应式为 。
8.航天技术上使用的氢-氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢-氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应的化学方程式均可表示为2H2+O2=2H2O。酸式氢-氧燃料电池中的电解质是酸，其负极反应为2H2-4e-=4H+，则其正极反应为 ；碱式氢氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应为 。
第三节化学能转化为电能——电池（第三课时）
【学习目标】
通过对钢铁腐蚀的分析，了解金属腐蚀的原理以及防止金属腐蚀的方法
【学习重点】金属腐蚀的原理、防止金属腐蚀的方法
【学习难点】吸氧腐蚀
【学习过程】
自主学习

（1）你见过生活中有哪些金属被腐蚀的实例？

（2）金属腐蚀的实质是什么？

（3）金属的腐蚀可分为哪几种？分类依据是什么？

________腐蚀
________腐蚀
相同点

不同点
条件

现象

合作探究

四、金属的腐蚀与防护
1、金属电化学腐蚀的原理
【问题组一】
1、铁生锈的现象随处可见，为什么铁在潮湿的环境中比在干燥的环境中更容易生锈？

2、为什么当一块铜板上有铁铆钉时，铁铆钉特别容易生锈，而铜不易生锈？

3、在上述腐蚀过程中，组成原电池的正负极分别是什么？

4、如果水膜酸度不高或者呈中性，会发生什么样的电极反应？如果水膜酸度较高，又会发生什么电极反应？

【知识小结】比较钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀，完成表格
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件

电极
反应
式
负极

正极

总反应式

2、金属的防护
【问题组二】
1、在生产生活中有那些防止金属腐蚀的措施？举例说明。
2、金属防护的思路应该是什么？
3、如何利用原电池原理进行防护？
4、如果分别在铁制品表面镀上锌保护层和锡保护层，请根据三种金属的原子失电子能力的大小分析：当镀层金属局部破损时，锌镀层和锡镀层还能对铁制品起保护作用吗？
5、牺牲阳极保护法和阴极电保护法有什么区别

【小结】防止金属腐蚀的方法：

问题解决

【例一】下列叙述中正确的是（ ）
①锌跟稀硫酸制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率
②镀层破坏后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀
③钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·xH2O
A.都正确 B.①③ C.① D.②③
【例二】如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
反思提升

金属腐蚀快慢的判断：
(1)与构成微电池两极的材料有关。两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越 ，活泼金属被腐蚀的速度越 。
(2)与腐蚀原理有关，电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀，
（3）与电解质溶液有关，金属的腐蚀在强电解质中 弱电解质中 非电解质中。
注意：在钢铁的腐蚀过程中，电化学腐蚀更严重，在电化学腐蚀中，吸氧腐蚀更普遍。
课堂检测

1、下列叙述正确的是（ ）
A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。
B.由Cu、Zn作电极与CuSO4溶液组成的原电池中Cu是负极。
C.马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触，锡先被腐蚀。
D.铜锌原电池工作时，若有13g锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过
2、下列关于钢铁锈蚀的叙述中，错误的是( )
A.酸雨能使钢铁更容易发生电化腐蚀　　
B.钢铁在潮湿的地窖中较易发生析氢腐蚀
C.铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O
D.钢铁锈蚀时，铁失电子成为Fe3+ ，后生成Fe(OH)3，再部分脱水为氧化铁的水合物
3、铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为( )
A.形成原电池铝作负极 B.形成原电池时铜作负极
C.形成原电池时，电流由铝经导线流向铜 D.铝质铆钉发生了化学腐蚀
4、以下现象与电化腐蚀无关的是( )
A.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜锈 B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈
C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈 D.银质奖牌久置后表面变暗
5、埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀速率最慢的是( )
A.在含铁元素较多的酸性土壤中 B.在潮湿疏松的碱性土壤中
C.在干燥致密不透气的土壤中 D.在含碳粒较多、潮湿透气的中性土壤中
6、下列叙述中不正确的是(     )
A.金属的电化腐蚀比化学腐蚀普遍 B.钢铁在干燥空气里不易腐蚀
C.用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀 D.原电池中电子由正极流入负极
7、自来水管与下列材料做成的水龙头连接，锈蚀最快的铁水管连接的是（ ）
A.铜水龙头 B.铁水龙头 C.塑料水龙头 D.陶瓷水龙头
8、 铁生锈是比较常见的现象，某实验小组为研究铁生锈的条件，设计了以下快速、易行的方法：

首先检查制氧气装置的气密性，然后按图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3分钟左右，观察到的实验现象为：①直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。
试回答以下问题：
(1)由于与接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于______________。能表示其原理的反应方程式为________________________________
(2)仪器A的名称为_______________，其中装的药品可以是__________________，
其作用是______________________________________________________________
(3)由实验可知，该类铁生锈的条件为_____________________________________。
决定铁生锈快慢的一个重要因素是________________________________________