一、原電池、電解池的兩極
電子從負極通過導線流向正極,電子的定向移動形成電流,電流的方向是正極到負極,這是物理學規定的。
陰極、陽極是電化學規定的,失去電子的極即氧化極,也就是陽極;得到電子的極即還原極,也就是陰極。
原電池中陽極失去電子,電子由陽極通過導線流向陰極,陰極處發生得電子的反應,由於原電池是一種化學能轉化為電能的裝置,它作為電源,通常我們稱其為負極和正極。在電解池中,連着負極的一極是電解池的陰極,連着正極的一極是電解池的陽極,由於電解池是一種電能轉化為化學能的裝置,我們通常説明它的陽極和陰極。
二、原電池、電解池、電鍍池的判斷規律
(1)若無外接電源,又具備組成原電池的三個條件。①有活潑性不同的。兩個電極;②兩極用導線互相連接成直接插入連通的電解質溶液裏;③較活潑金屬與電解質溶液能發生氧化還原反應(有時是與水電離產生的H+作用),只要同時具備這三個條件即為原電池。
(2)若有外接電源,兩極插入電解質溶液中,則可能是電解池或電鍍池;當陰極為金屬,陽極亦為金屬且與電解質溶液中的金屬離子屬同種元素時,則為電鍍池。
(3)若多個單池相互串聯,又有外接電源時,則與電源相連接的裝置為電解池成電鍍池。若無外接電源時,先選較活潑金屬電極為原電池的負極(電子輸出極),有關裝置為原電池,其餘為電鍍池或電解池。
三、分析電解應用的主要方法和思路
1、電解質在通電前、通電後的關鍵點是:
通電前:電解質溶液的電離(它包括了電解質的電離也包括了水的電離)。
通電後:離子才有定向的移動(陰離子移向陽極,陽離子移向陰極)。
2、在電解時離子的放電規律是:
陽極:
金屬陽極>S2—>I—>Cl—>OH—>含氧酸根>F—
陰極:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(濃)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
3、電解的結果:溶液的濃度、酸鹼性的變化
溶液的離子濃度可能發生變化如:電解氯化銅、鹽酸等離子濃度發生了變化。
因為溶液中的氫離子或氫氧根離子放電,所以酸鹼性可能發生改變。
四、燃燒電池小結
在燃燒電池反應中確定哪一極發生的是什麼反應的關鍵是:
負極:化合價升高,失去電子,發生氧化反應;
正極:化合價降低,得到電子發生還原反應;
總反應式為:兩極反應的加合;
書寫反應時,還應該注意得失電子數目應該守恆。
五、電化學的應用
1、原電池原理的應用
a。原電池原理的三個應用和依據:
(1)電極反應現象判斷正極和負極,以確定金屬的活動性。其依據是:原電池的正極上現象是:有氣體產生,電極質量不變或增加;負極上的現象是:電極不斷溶解,質量減少。
(2)分析判斷金屬腐蝕的速率,分析判斷的依據,對某一個指定金屬其腐蝕快慢順序是:
作電解池的陽極>作原電池的負極>非電池中的該金屬>作原電池的正極>作電解池的陰極。
b。判斷依據:
(1)根據反應現象原電池中溶解的一方為負極,金屬活動性強。
(2)根據反應的速度判斷強弱。
(3)根據反應的條件判斷強弱。
(3)由電池反應分析判斷新的化學能源的變化,分析的思路是先分析電池反應有關物質化合價的變化,確定原電池的正極和負極,然後根據兩極的變化分析其它指定物質的變化。
2、電解規律的應用
(1)電解規律的主要應用內容是:依據電解的基本原理分析判斷電解質溶液。
(2)恢復電解液的濃度:
電解液應先看pH的變化,再看電極產物。欲使電解液恢復一般是:
電解出什麼物質就應該加入什麼,如:電解飽和食鹽水在溶液中減少的是氯氣和氫氣,所以應該加入的是氯化氫。
(3)在分析應用問題中還應該注意:
一要:不僅考慮陰極、陽極放電的先後順序,還應該注意電極材料(特別是陽極)的影響;
二要:熟悉用惰性電極電解各類電解質溶液的規律。
《原電池原理及其應用》評課稿
本學期聽了一節《原電池原理及其應用》的研討課,在此談談個人看法。
教學原述
通過銅—鋅原電池的演示實驗及動畫演示電子流動情況,幫助學生理解原電池的原理。考慮到學生的知識遷移能力和概括能力還不是很強,教師沒有讓學生馬上討論“構成原電池的條件”。教師對教材進行了處理,增加了一些演示實驗(如下表),按銅—鋅原電池的裝置,變化電極材料和燒杯裏的物質(其中實驗6中鋅和銅分別放在兩個燒杯中),讓學生通過預測、觀察、對比、分析、歸納、得出結論。
學生一邊興致勃勃地預測實驗結果,一邊仔細觀察實驗現象。教師一邊引導學生積極思考,一邊有序地做着實驗。隨着實驗的進行,學生順利的得出了構成原電池的條件。然後學生通過練習鞏固所學內容。從反饋來看,學生掌握得很還可以。
我的評價
本課例是典型的師導生學的教學模式,學生能很好地掌握知識點。在整個探究過程中,學生的學習熱情十分高漲,課堂氣氛相當活躍,最後提出的問題大大出乎意料。如有學生提問:在實驗中把導線連接的銅片與鋅片一同浸入稀硫酸中書本上説只有銅片上有氣泡,可實驗中明明鋅片上也有氣泡?銅—鋅原電池中稀硫酸在不斷的消耗,那手機上的電池為何不需要補充電解液?銅—鋅原電池的裝置改成銅—銀原電池(電解質仍為稀硫酸),現象是否一樣?教師引導學生自學課本內容,適當用課件輔助解決上述問題,並指導學生去查有關的資料。通過上述活動使學生增強了分析具體問題的能力,本課從提出問題到分析問題,解決問題後又誘使學生提出新的問題,從問題開始,最後又以問題結束,體現了一種全新的以問題為主鏈的'課堂學習模式。
我的反思
本課內容與生活聯繫很多,可以在對培養學生觀察能力,動手能力,發現問題方面都有很好的資源連接,例如音樂卡片、廢舊乾電池、電動玩具、手機、電子手錶、照相機、電動車、汽車等等。能不能調整課堂模式,讓學生從生活中來提升學習知識能力呢?學生在實際生活中有關原電池最關注的是什麼?選擇什麼作為活動的切入點,怎樣利用好所有的資源與活動內容進行最佳組合?怎樣的形式來展開才能真正從學生的興趣能力出發更好地引領學生?找準切入點後整個活動的順序安排怎樣?從時間、材料、內容、重點難點、學生情況進行有機整合。
我的建議
課堂活動模式可以嘗試改為:創設情境→探究活動→分析問題→探究加深→掌握新知
在一陣音樂賀卡的音樂聲中開始新的學習,學生們馬上充滿了好奇,音樂賀卡的工作原理是什麼?然後教師就順水推舟的告訴學生要探究的主題。教師在每個桌子上提供以下材料:電極有鐵、銅、鋅、石墨;溶液有稀硫酸、氫氧化鈉溶液、硫酸銅溶液、無水乙醇;還有塑料繩、電線、電流計。學生從中挑選材料設計出原電池。學生先分組討論,擬訂實驗方案,然後利用實驗探究。教師參與其中,加以有效地引導、啟發。學生實驗完畢後,各小組彙報實驗研究情況,小組間互相交流,從而理解原電池的原理及構成條件。最後教師設計問題情景讓學生分析實際問題。課後佈置家庭小實驗——水果的原電池實驗。
判斷正負極的方法
方法一:根據兩極材料判斷。一般活潑金屬為負極,活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極;
方法二:根據電極現象判斷。一般情況下電極逐漸溶解為負極,電極增重可放出氣體的為正極;
方法三:根據電子液動方向來判斷。電子流出的為負極、電子流入的為正極或電流流出的正極、電流流入的負極;
方法四:根據原電池裏電解質溶液內離子的定向移動方向判斷。陰離子流向的為負極、陽離子流向的為正極;
方法五:根據原電池兩極發生的變化來判斷。失去電子發生氧化的是負極、得到電子發生還原反應是正極;
方法六:根據電解質溶液來判斷電極。能與電解質溶液反應的電極為負極,不能與電解質溶液反應的為正極。例如:鎂、鋁為電極,氫氧化鈉溶液為電解質溶液,雖然鎂比鋁活潑,但是由於鎂不與氫氧化鈉溶液反應,鋁能與氫氧化鈉溶液反應,所以鋁為負極、鎂為正極。
原電池是什麼
把化學能轉化為電能的裝置。流經整個體系的電流是由金屬導體中的自由電子和溶液中離子的遷移以及電極和溶液界面上伴隨發生的氧化、還原反應而進行的。
所以,根據定義,普通的乾電池、蓄電池、燃料電池都可以稱為原電池。
構成原電池的條件
1、活動性不同的兩種金(或一種金屬,一種為能導電的非金屬)作為兩個電極;
2、兩個電極必須以導線相連或直接接觸;
3、電極插入電解質溶液中形成閉合迴路。
論文精選:《原電池原理》
文章摘要:本文全面講解原電池的知識,包括最簡單的原電池、構成原電池的條件、原電池正負極判斷、電極方程式書寫和原電池應用。正負極判斷和電極方程式書寫是重點。
原電池是的大學聯考中的重點知識,也是電化學知識的基礎。
傳統的發電是通過燃燒加熱水,產生蒸汽,推動發電機,產生電能。能量轉化為化學能→熱能→機械能→電能,能量經過多次轉化,最終轉化率很低。而原電池是直接將化學能轉化為電能,能量轉化率較高。
一、簡單的原電池
將鋅片與銅片用導線連接,導線中間接一電流表,平行插入盛有稀硫酸的燒杯中,此時電流表指針有偏轉,説明有電流通過。
二、構成原電池的條件
通過上面銅鋅原電池,我們得出構成原電池的條件有:
(1)電極材料。兩種金屬活動性不同的金屬或金屬和其他導電性物質;
(2)電解質溶液,兩電極同時浸沒在電解質溶液中;
(3)兩電極要用導線連接,形成閉合迴路。
注意:
①電流表不是必需的,只是檢驗是否有電流通過。
②極活潑的金屬單質一般不作做原電池的負極,如K、Ca、Na等。
三、原電池正負極的判斷
(1)由組成原電池的兩極材料判斷
一般來説,較活潑的金屬為負極,較不活潑的金屬為正極。本質上能和電解質溶液反應的金屬為負極。但具體情況還要看電解質溶液。如鎂、鋁電極在稀硫酸在中構成原電池,較活潑的鎂為負極,鋁為正極;但鎂、鋁電極在氫氧化鈉溶液中形成原電池時,由於是鋁和氫氧化鈉溶液發生反應,失去電子,因此鋁為負極,鎂為正極。
(2)根據外電路電流的方向或電子的流向判斷
在原電池的外電路,電流由正極流向負極,電子由負極流向正極。
(3)根據內電路離子的移動方向判斷
在原電池電解質溶液中,陽離子移向正極,陰離子移向負極。
(4)根據電極上產生的氣體判斷
原電池工作後,如果一電極上產生氣體,通常是因為該電極發生了析出氫的反應,説明該電極為正極,活動性較弱。
(5)根據電極質量的變化判斷
原電池工作後,若某一極質量增加,説明溶液中的陽離子在該電極得電子,該電極為正極,活潑性較弱;如果某一電極質量減輕,説明該電極溶解,電極為負極,活潑性較強。
(6)根據原電池兩極發生的化學反應判斷
原電池中,發生氧化反應的是負極,發生還原反應的是正極。因此可以根據總化學方程式中化合價的升降來判斷。
(7)根據某電極附近pH的變化判斷
析氫或吸氧的電極反應發生後,均能使該電極附近電解質溶液的pH增大,因而原電池工作後,該電極附近的pH增大了,説明該電極為正極,金屬活動性較弱。
四、電極反應式的書寫
(1)準確判斷原電池的正負極是書寫電極反應的關鍵
如果原電池的正負極判斷失誤,電極反應式的書寫一定錯誤。上述判斷正負極的方法是一般方法,但不是絕對的'。
鋁片和銅片同時插入濃硝酸溶液中,由於鋁片表明的鈍化,這時銅失去電子,是負極,其電極反應為:
負極:Cu-2e-=Cu2+
正極:2NO3-+4H++2e-=2H2O+2NO2↑
鋁片和鎂片同時插入氫氧化鈉溶液中,雖然鎂比鋁活潑,但由於鎂不與氫氧化鈉反應,而鋁卻反應,失去電子,是負極,其電極反應為:
負極:2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O
正極:6H2O+6e-=6OH-+3H2↑
(2)要注意電解質溶液的酸鹼性[]
在正負極上發生的電極反應不是孤立的,它往往與電解質溶液緊密聯繫,如氫氧燃料電池有酸式和鹼式,在酸溶液中,電極反應式中不能出現OH-,在鹼溶液中,電極反應式中不能出現H+,像CH4、CH3OH等燃料電池,在鹼溶液中碳(C)元素以CO32-離子形式存在,而不是放出CO2氣體。
(3)要考慮電子的轉移數目
在同一個原電池中,負極失去電子數必然等於正極得到的電子數,所以在書寫電極反應時,一定要考慮電荷守恆。防止由總反應方程式改寫成電極反應式時所帶來的失誤,同時也可避免在有關計算中產生誤差。
(4)要利用總的反應方程式
從理論上講,任何一個自發的氧化還原反應均可設計成原電池,而兩個電極反應相加即得總反應方程式。所以只要知道總反應方程式和其中一個電極反應,便可以寫出另一個電極反應方程式。
四、原電池原理的應用
原電池原理在工農業生產、日常生活、科學研究中具有廣泛的應用。
1.化學電源
人們利用原電池原理,將化學能直接轉化為電能,製作了多種電池。如干電池、蓄電池、充電電池以及高能燃料電池,以滿足不同的需要。在現代生活、生產和科學研究以及科學技術的發展中,電池發揮的作用不可代替,大到宇宙火箭、人造衞星、飛機、輪船,小到電腦、電話、手機以及心臟起搏器等,都離不開各種各樣的電池。
2.防止金屬的腐蝕
金屬的腐蝕指的是金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體發生化學反應,使金屬失去電子變為陽離子而消耗的過程。
在金屬腐蝕中,我們把不純的金屬與電解質溶液接觸時形成的原電池反應而引起的腐蝕稱為電化學腐蝕,電化學腐蝕又分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕:在潮濕的空氣中,鋼鐵表面吸附一層薄薄的水膜,裏面溶解了少量的氧氣、二氧化碳,含有少量的H+和OH-形成電解質溶液,它跟鋼鐵裏的鐵和少量的碳形成了無數個微小的原電池,鐵作負極,碳作正極,發生吸氧腐蝕:
負極:2Fe-4e-=2Fe2+
正極:O2+4e-+2H2O=4OH-
電化學腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因。因此可以用更活潑的金屬與被保護的金屬相連接,或者讓金屬與電源的負極相連接均可防止金屬的腐蝕。
3.加快反應速率
如實驗室用鋅和稀硫酸反應制取氫氣,用純鋅生成氫氣的速率較慢,而用粗鋅可大大加快化學反應速率,這是因為在粗鋅中含有雜質,雜質和鋅形成了無數個微小的原電池,加快了反應速率。
原電池原理的教學設計
教學目標:
一、知識與技能:
1、瞭解原電池的工作原理,原電池的構成條件並能設計簡單的原電池。
2、理解原電池的本質和原電池的正負極與氧化還原反應的關係。
二、過程與方法
1、通過對比實驗的探究認識到原電池在化學能轉變為電能過程中所起到的作用。
2、通過探究實驗,分析並歸納出形成原電池的條件。
3、通過多媒體動畫分析原電池中微觀粒子的移動,深入理解原電池的本質。
三、情感態度與價值觀
1、學會通過對比的方法來處理實驗結果,由具體的實驗現象描述逐漸形成抽象概括。
2、認識到科學對人類產生的影響是多方面的,要有辯證看待事物的眼光。
3、認識到個體與羣體是密切相關的',從而形成“環保從我做起”的意識。
教學重難點:
1、本節教學重點:初步認識原電池概念、原理、組成及應用。
2、本節教學難點:通過對原電池實驗的探究,引導學生從電子轉移角度理解化學能向電能轉化的本質以及這種轉化的綜合利用價值。
學情分析:
學生在必修1中已經學習了氧化還原反應,對氧化還原反應的特徵——“反應中有電子的得失”有較好的認識。並掌握了氧化反應、還原反應與電子得失(化合價升降)的聯繫。這將有助於學習者理解並掌握原電池的本質——氧化還原反應,以及原電池正負極與電極得失電子的關係。
教材分析:
本節課講授的是《化學—必修二》中第二章第二節——化學能與電能。在高中化學中關於原電池的內容有兩部分,分別是必修二第二章第二節(化學能與電能)以及選修四第四章第一節(原電池)。本節課作為必修內容中的一部分,在知識的深度上偏低,要符合所有學習者的學習情況;在廣度上要有一定的拓展,使得學習者能夠有一個較為開闊的學習視野;而在學習知識上要把握好基礎知識的框架,為部分學習者的後續學習奠定基礎。
教學過程:
【引入】同學們好,你們看這是什麼?(展示手電筒、手機、MP3等電器。)
【學生回答】電筒、手機、MP3。
【引導】這些電器的工作需要什麼樣的能源?從哪裏獲得?
【學生回答】電能,電池。
【引導】那麼電池如何能產生電能呢?要解決這個問題我們先回顧一下上節課所學的知識,各種形式能量之間可以相互轉化,比如化學反應中化學能可以轉化為熱能。那麼電能可以由什麼能量轉化來,你們瞭解哪些發電方式吧?
【學生回答】有火力發電、水力發電、風力發電、核能發電等。
【講述】閲讀教材40頁圖2—7、2—8及第二段瞭解我國發電方式和發電總量構成,以及火力發電過程中的能量轉化。
【分組討論】我國發電總量構成説明什麼問題?火力發電過程中涉及哪些形式的能量轉化?分析火力發電的缺點?
【學生回答】以火力發電為主,火力發電就是通過化石燃料燃燒,使化學能轉變成為熱能,加熱水使之汽化為水蒸汽以推動蒸汽輪機,然後帶動發電機發電。即存在化學能→熱能→機械能→電能幾種能量的轉化。
缺點包括:煤是不可再生能源、煤燃燒對環境的污染大、火力發電能量轉化過程多,能量損耗多能量利用率低。
【引導】從上面討論可知火力發電事實上將化學能最終轉化為了電能,只不過所需的能量轉化過程多,能量利用率低。那麼我們能不能找到一種直接將化學能轉化為電能的方法呢?
我們再來分析一下火力發電過程中的能量轉化過程。
化學能→熱能→機械能→電能
大家覺得這一系列的能量轉化過程中最重要的一步是哪一步?為什麼?
【學生回答】化石燃料的燃燒即化學能→熱能因為只有將化學能以熱能。
形式釋放出去後才可能實現後續過程中的能量形式轉化。
【引導】非常正確,由此我們可以看出在火力發電中,化石燃料的燃燒(發生氧化還原反應)是使化學能轉化為電能的關鍵。那麼誰能告訴我氧化還原反應的本質是什麼?
【學生回答】還原劑和氧化劑之間存在電子的轉移。
【引導】對!因此電子轉移的結果是引起物質化學鍵重新組合,同時將化學能以熱能釋放。那麼如果我們能將氧化還原反應中的化學能直接以電能形式釋放,是否就可以實現化學能直接轉化為電能呢?
下面請同學們完成以下幾個探究實驗,並討論完成相關實驗報告。
【學生分組實驗】
實驗一取60mL稀硫酸置於200mL燒杯中,用pH試紙。
測定其pH值。然後將一塊鋅片插入稀硫酸中,觀察實驗現象。
一段時間後再測溶液的pH值,並用手觸摸燒杯外壁。
【學生總結】
Zn片逐漸溶解,Zn片表面有氣泡產生,溶液的。
pH值增大,燒杯外壁有一定温度。
結論:Zn與稀H2SO4發生了化學反應。
【引導】請同學們思考並討論幾個問題:
①根據相關實驗現象,寫出反應方程式。
②反應過程中有無電子轉移,如果有,分析誰得電子,誰失電子?
③反應過程中的能量轉化形式如何?
【討論並總結】pH值增大即説明溶液中的c(H+)減小,H+。
數目減少,有氣泡產生。因此反應為:
Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑。
Zn–2e— Zn2+發生氧化反應。
2H+2e H2↑發生還原反應。
化學能轉化為熱能。
實驗二另取60mL稀硫酸置於200mL燒杯中,用pH試紙+—Zn稀H2SO4Cu稀H2SO4。
測定其pH值。然後將一塊銅片插入稀硫酸中,觀察實驗現象。
一段時間後再測溶液的pH值,並用手觸摸燒杯外壁。
【學生總結】
無明顯現象,溶液的pH不變,燒杯外壁無温度變化。此過程中未發生反應,實驗三另取60mL稀硫酸置於200mL燒杯中,用pH試紙。
測定其pH值。然後將一塊鋅片和一塊銅片同時插入稀硫酸中,觀察實驗現象。一段時間後再測溶液的pH值。
【學生總結】
同實驗一Zn片逐漸溶解,Zn片表面有氣泡產生,溶液的pH值增大,燒杯外壁有一定温度。Cu片無明顯現象。
結論:Zn與稀H2SO4發生了化學反應。
Cu與稀H2SO4不發生化學反應。實驗四另取60mL稀硫酸置於200mL燒杯中,用pH試紙測定其pH值。然後將一塊鋅片和一塊銅片;同時插入稀硫酸中,用導線連接,並在導線中間連接一個電流計。觀察實驗現象。
【學生總結】
Zn片逐漸溶解,Cu片不溶解,Cu片表面有氣泡產生,溶液的pH值增大,電流表的指針發生偏轉。
【引導】這裏出現了兩個比較特殊的現象,其一
Cu片表面有氣泡產生,其二電流表的指針發生了偏轉。請同學們結合實驗一的現象和結論分析為什麼Cu片表面有氣泡產生,電流表的指針偏轉説明什麼?並思考該過程中得、失電子的物質是什麼?寫出相關化學反應。
【討論並總結】
1、Zn片逐漸溶解,Cu片不溶解,説明失電子的還是Zn片,Cu片並未失電子。
2、Cu片表面有氣泡產生,溶液的pH值增大,説明該氣泡仍然是H2,只不過氫ZnCu稀H2SO4離子是在銅片上獲得電子,而不是在鋅片上獲得電子。
3、發生的化學反應還是Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑
4、電流表的指針偏轉説明有電流產生,該過程獲得了電流,即實現了化學能轉化為電能。
【引導】通過同學們的討論,我們確定了在實驗四中實現了化學能轉化為電能,在此過程中發生的化學反應和實驗一相同,因此我們有必要分析一下為什麼同一個化學反應經過不同的實驗裝置設計實現了化學能轉化為了兩種不同形式的能量(熱能、電能)。這種實驗裝置的設計有什麼特殊之處?
思考這樣幾個問題:
①為什麼失去電子的是Zn片,而不是Cu片?
②對比實驗一和實驗四得失電子的位置差別?
③Cu片並未失電子,而氫離子是在銅片上獲得電子,那麼Cu片上的電子是從什麼地方來的?
【討論並總結】
1、Zn和Cu的金屬活潑性不一樣,Zn比Cu的失電子能力強。
2、實驗一中得失電子的位置均在Zn片表面,而實驗四中失電子的位置在Zn片表面(發生氧化反應),得電子的位置在Cu片(發生還原反應)。
3、Cu片上的電子來自於Zn片,電子經導線從Zn片流向Cu片從而獲得電流。
【歸納】從同學們的討論可知,只要具有類似實驗四這種把一個氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應使之在不同區域進行,並通過導線傳遞氧化還原反應中的轉移電子的實驗裝置就能實現化學能直接轉化為電能。因此我們把這種將化學能轉變為電能的裝置叫做原電池。另外,根據物理學知識我們知道電流(正電荷)由正極流向負極,那麼電子(負電荷)就應該從負極流向正極,因此我們可以規定實驗四中的鋅片作為負極,銅片作為正極。它們發生的反應稱為電極反應。
【繼續探究】
現在我給大家一些材料,各小組可以自己設計原電池,然後彙報設計結果與心得。
(材料:導線、炭棒、鐵片若干、銅片若干、燒杯、稀硫酸、檢流計、蔗糖溶液、硫酸銅溶液。)
[學生實驗,教師指導]
[學生思考的問題]
(1)鋅和稀H2SO4直接反應的實質是什麼?
(2)插入銅絲接觸到鋅粒後,為什麼在銅絲上出氣泡?
(3)銅絲上的電子由何處而來,出來的是什麼氣體?
學生根據實驗,建議討論步驟:現象(易)——解釋(難)——結論(難)
一、原電池
對比銅鋅原電池與直流電源或乾電池的實驗,得出有關的電極名稱,電流流動方向,電子流動方向等。
電極反應:負極(鋅片) Zn - 2e = Zn2+(氧化反應)
正極(銅片)2H+ + 2e = H2↑(還原反應)
原電池反應:Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
定義:把化學能轉變為電能的裝置叫做原電池。
原電池中:電子流入的一極是正極(較不活潑金屬),電子流出的一極是負極(較活潑金屬)。
原理:較活潑的金屬發生氧化反應,電子從較活潑的金屬(負極)流向較不活潑的金屬(正極)。
原電池組成:①兩塊相連的活潑性不同的金屬(或可以導電的其它材料);②電解質溶液(中學只侷限活潑金屬與電解質溶液能自發進行氧化還原反應的情況)。
原電池形成電流的條件:兩塊相連的活潑性不同的金屬(或可以導電的其它材料)與電解質溶液接觸構成閉合迴路。
經常用做惰性電極材料的物質是Pt(鉑)或C(石墨),如下圖兩個裝置的電極反應是相同的。
説明:教學軟件不能代替教學實驗,不過可以在總結時用演示教學軟件。
[練習]判斷下列裝置那些能構成原電池,標出電極名稱,寫出電極反應。
二、化學電源
(教師可以佈置課外文獻檢索,課堂時間有限,不可能涉及過多內容,侷限於教材即可)
1、乾電池
家庭常用電池。
常見的是鋅-錳乾電池。如圖:
2、鉛蓄電池
目前汽車上使用的電池。
鉛蓄電池的構造是用含銻5%—8%的。鉛銻合金鑄成格板。PbO2作為陽極,Pb作為陰極,二者交替排列而成。電極之間充有密度為1.25%—1.28%gcm-3的硫酸溶液。
3、鋰電池
鋰電池是一種高能電池,鋰作為負極,技術含量高,有質量輕、體積小、電壓高、工作效率高和壽命長等優點。常用於電腦筆記本、手機、照相機、心臟起博器、火箭、導彈等的動力電源。
4、新型燃料電池
還原劑(燃料)在負極失去電子,氧化劑在正極得到電子。
目前常見的有,氫氣、甲烷、煤氣、鋁等燃料與空氣、氯氣、氧氣等氧化劑組成的燃料電池。
特點是能量大、使用方便、不污染環境和能耗少等。
三、金屬的腐蝕和防護
(1)金屬的腐蝕
金屬腐蝕是指金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。
◇ 析氫腐蝕(在酸性條件下)
説明:析氫腐蝕備有Flash演示教學軟件,請查閲或選用。
鋼鐵在潮濕的空氣中,鋼鐵表面吸附的水膜由於溶入二氧化碳,使H+增多。
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-
構成的原電池:鐵(負極)——碳(正極)——酸性電解質薄膜
負極(鐵)Fe – 2e = Fe2+ (被氧化)
正極(碳)2H+ + 2e = H2↑(被還原)
◇ 吸氧腐蝕(在弱酸性或中性條件下)
説明:吸氧腐蝕備有Flash演示教學軟件,請查閲或選用。
鋼鐵在潮濕的空氣中,鋼鐵表面水膜溶解了氧氣。
構成的原電池:鐵(負極)——碳(正極)——電解質薄膜
負極(鐵)2Fe – 4e = 2Fe2+ (被氧化)
正極(碳)2H2O + O2 + 4e = 4OH-(被還原)
◇ 析氫腐蝕和吸氧腐蝕往往同時發生,一般情況下,鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕。
[討論] 析氫腐蝕或吸氧腐蝕鋼鐵表面水膜溶液的PH值會有什麼變化?
(2)金屬的防護
[通過研究討論學習]
1、改變金屬的內部組織結構。
2、在金屬表面覆蓋保護層。
塗油脂、油漆,覆蓋搪瓷、塑料,電鍍、熱鍍、噴鍍,在鋼鐵表面形成緻密而穩定的氧化膜。
3、電化學保護法。
Ⅲ作業——教材69頁:一、二、三題
[課後研究課題]
通過查找資料(包括上網)瞭解一種新型電池的詳細化學原理和優缺點。(如海水電池、氫氧燃料電池、鈕釦電池、鋰電池等)
實驗:4-15:①將鋅片插入稀硫酸中報告實驗現象。
②將銅片插入稀硫酸中報告實驗現象。
③將與鐵鋅銅片相互接觸或用導線連接起來插入稀硫酸中報
告實驗現象。
④在③中把鋅片和銅片之間連上電流計,觀察其指針的變化。
結論:①鋅片能和稀硫酸迅速反應放出H2
②銅片不能和稀硫酸反應
③銅片上有氣體生成
④電流計的指針發生偏轉,説明在兩金屬片間有電流產生
結論:什麼是原電池?(結論方式給出)它的。形成條件是什麼?
原電池定義:把化學能轉化為電能的裝置叫做原電池。
形成條件: ①兩個電極
②電解質溶液
③形成閉合電路
討論:1、Zn|H2SO4|Cu形成裝置後有電流產生,鋅片上發生了什麼
反應?銅片上發生了什麼反應?(可以取鋅片周圍的溶液
用NaOH溶液鑑別;取銅片上生成的氣體檢驗。)
結論:在鋅片周圍有鋅離子生成;銅片上生成的是H2
討論:可能造成此現象的原因?倆金屬片上的反應式的書寫。
結論:在Zn上:Zn C 2e- =Zn2+
在Cu上:2H++2e-=H2
Zn失去電子流出電子通過導線--Cu--電解質中的離子獲得電子
我們把: 流出電子的一電極叫負極;
電子流入的一極叫做正極
兩極反應的本質:還是氧化還原反應,只是分別在兩極進行了。
負極失電子 被氧化 ,發生氧化反應
正極得電子 被還原 發生還原反應
實驗:分別用兩個銅片和兩個鋅片做上述實驗④。
結論:兩種情況下電流計不發生偏轉,説明線路中無電流生成,銅
片上無氣體生成。即兩電極必須是活潑性不同的金屬與金屬
或金屬與非金屬(能導電)
第四章 第四節 原電池原理及其應用
一、學習目標
1、掌握原電池實質,原電池裝置的特點,形成條件,工作原理
2、瞭解乾電池、鉛蓄電池、鋰電池、燃料電池
3、瞭解金屬的電化學腐蝕
二、知識重點、難點
原電池原理、裝置特點、形成條件、金屬的電化學腐蝕
三、教學過程
引入: 你知道哪些可利用的能源?電池做為能源的一種,你知道
是怎麼回事嗎?它利用了哪些原理?你知道金屬是如何生
鏽的嗎?
電池電動勢是指單位正電荷從電池的負極到正極由非靜電力所作的功,其數值也可以描述為電池內各相界面上電勢差的代數和。任何兩種不同的導電物質接觸,在其相界面上都要產生電勢差。
電池電動勢的測量方法:
測定電池的電動勢,應當在可逆的條件下進行,即通過電池的`電流為無限小。若有電流通過電池,由於電池的內電阻,要產生內電勢降,測得的只能是兩電極間的端電壓,其數值要小於電池的電動勢。