2014年高中化学选修四教学案4-1 原电池

第一节原电池●课标要求1．体验化学能与电能相互转化的探究过程。

2．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。

●课标解读1.通过实验体验由化学能转为电能的探究。

2．掌握原电池的工作原理。

3．能正确书写电极反应和电池反应方程式。

●教学地位本节内容则以必修2第二章第二节《化学能与电能》所涉及的原电池常识为基础，通过进一步分析原电池的组成和探究其中的原理，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念，恰好很好地全面体现本册教材的目标特点。

是本章重点内容之一。

●新课导入建议某化学兴趣小组为了体验水果电池电流的存在进行了下列实验。

用橘子一个，铝片和锌片各一片，电灯泡一个，按图连接好。

在实验前，先用砂纸擦去金属表面的氧化膜，实验时保持两金属插在橘子上不能直接接触。

你知道在上述水果电池中，电流的强弱与两极的距离有什么关系吗？影响电流的因素还可能有哪些呢？【提示】距离越近，电流越大。

另外，电流大小还与两金属片宽度以及两电极金属性相对强弱等因素有关。

●教学流程设计课前预习安排：(1)看教材P 71～72页，填写【课前自主导学】中的“知识1，原电池”，并完成【思考交流1】；(2)看教材P 72页，填写【课前自主导学】中的“知识2，原电池的设计”，并完成【思考交流2】。

⇒步骤1：导入新课、本课时教材地位分析。

⇒步骤2：建议对【思考交流】1、2多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。

⇓步骤6：师生互动完成“探究2”，可利用【问题导思】中的问题由浅入深地进行。

建议教师除【例2】外，再变换一下命题角度，使用【教师备课资源】中例题，以拓展学生的思路。

⇐步骤5：在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的1、2、3题，验证学生对探究点的理解掌握情况。

⇐步骤4：教师通过【例1】和教材P 71～72页讲解研析对“探究1”中的注意事项进行总结。

⇐步骤3：师生互动完成“探究1”，可利用【问题导思】设置的问题由浅入深地进行。

⇓步骤7：教师通过【例2】和教材P 72页讲解研析“探究2”中的问题进行总结。

⇒步骤8：在老师指导下由学生自主完成【当堂双基达标】中的4题，验证学生对探究点的理解掌握情况。

⇒步骤9：先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确掌握已学的内容。

安排学生课下完成【课后知能检测】。

课 标 解 读重 点 难 点1.了解原电池的工作原理和构成原电池的条件。

2.能够写出电极反应式。

3.体验化学能与电能相互转化。

1.通过设计铜锌原电池两种方案的对比，加深原电池原理的理解。

(重点)2.正确书写电极反应与电池反应方程式。

(难点)3.会设计简单原电池。

(重点)原电池1.原理(以铜、锌原电池为例)原电池是利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。

装置举例2.电极反应锌片负极，发生氧化反应电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋铜片正极，发生还原反应电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu总电极反应式为：Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋3．构成条件条件两个活泼性不同的电极，较活泼的做负极电解质溶液形成闭合回路能自发地发生氧化还原反应1．(1)原电池的两电极必须是金属吗？(2)Cu与稀H2SO4能否设计成原电池？【提示】(1)不一定。

如可用石墨做电极。

(2)不能。

Cu与稀H2SO4不能自发发生氧化还原反应。

原电池的设计1.用还原性较强的物质作负极，向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作正极，从外电路得到电子。

2．将两极浸在电解质溶液中，通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。

3．放电时负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中离子移动形成的内电路构成闭合回路。

2．在内电路中，阴、阳离子分别向哪个极板移动？【提示】阴离子→负极，阳离子→正极。

原电池正、负极的判断方法【问题导思】①原电池中，电子流出的极是正极还是负极？【提示】负极。

②若某电极在反应过程中增重，是原电池的正极还是负极？【提示】正极。

1．由组成原电池的两极材料判断较活泼的金属为负极，较不活泼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外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。

3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

4．根据原电池中两极发生的反应判断原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。

若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。

5．根据电极质量的变化判断原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。

6．根据电极上有气泡产生判断原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活动性较弱。

7．根据某电极(X)附近pH的变化判断生成H2或吸收O2电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较弱。

原电池中，活泼性强的金属不一定做负极：如下面的原电池。

(1)中Al作负极。

(2)中Cu作负极。

试根据下表中的实验现象回答下列问题：编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1 Mg、Al 稀盐酸偏向Al2 Al、Cu 稀盐酸偏向Cu3 Al、石墨稀盐酸偏向石墨4 Mg、Al NaOH 偏向Mg5 Al、Zn 浓硝酸偏向Al(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同？(2)写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。

(3)实验4中Al作正极还是作负极？为什么？写出Al电极的电极反应式。

(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。

(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响？【解析】一般情况下，较活泼的金属作原电池的负极，根据实验1、2的结果，自然得出1中Al作正极，2中Al作负极。

在NaOH溶液中，Al比Mg活泼，作负极。

在浓硝酸中由于Al发生钝化，Zn作负极。

【答案】(1)不同；(2)Al为负极：Al－3e－===Al3＋，石墨为正极：2H＋＋2e－===H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑；(3)Al作负极，因为Al能与NaOH溶液反应而Mg不能与NaOH溶液反应，Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O；(4)实验5中由于Al在浓硝酸中发生钝化，所以Zn为负极；(5)与另一电极材料的活泼性、电解质溶液的酸碱性以及电解质溶液的氧化性强弱等因素有关。

本题学生易只考虑活泼性强的作原电池负极，而易忽略原电池必须是自发的氧化还原反应。

1．有如图所示的两个原电池装置，下列说法不正确的是()A．A池中负极的电极反应为Mg－2e－===Mg2＋B．Mg在A池中为负极，在B池中为正极C．B池中电子的流向：Mg→AlD．原电池工作一段时间后，A池溶液的pH会增大【解析】判断原电池正负极，除考虑活泼性还要注意电解质溶液对正负极的影响。

对于稀硫酸来说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来说，铝是比镁更活泼的金属，所以A池中镁是负极，B池中铝是负极，B对；A池中电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，A 对；B池中电子流向为Al―→Mg，C项错。

A池中正极2H＋＋2e－===H2↑，随着反应进行，c(H＋)减少，pH增大，D对。

【答案】 C原电池原理的应用【问题导思】①若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀H2SO4反应制取H2，哪种方法产生H2的速率快？【提示】粗锌。

②将金属a、b用导线相连插入稀H2SO4中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？【提示】 a1．加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。

2．比较金属活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。

根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a>b。

3．用于金属的防护如要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。

4．设计化学电池例如：以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2为依据，设计一个原电池。

(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池负极和正极电极反应式。

负极：Cu－2e－===Cu2＋正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(2)确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极[如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极]。

正极的电极材料必须不如负极材料活泼。

本例中可用铜棒作负极。

用铂丝或碳棒作正极：(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。

如本例中可用FeCl3溶液作电解液。

(4)构成闭合回路。

由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。

装置现象金属A不断溶解，生成二价离子C的质量增加A上有气泡产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_________________________。

(2)装置乙中正极的电极反应式_________________________。

(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。

(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_____________________________。

【解析】甲、乙、丙均为原电池装置，依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性：A>B，乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活泼性：B>C，丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性：D>A，随着H＋的消耗，pH变大。

【答案】(1)A－2e－===A2＋(2)Cu2＋＋2e－===Cu(3)变大(4)D>A>B>C原电池电极反应式的书写方法这是电化学知识的一个重点和难点问题，如果题目给定了图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式；如果题目给定了总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再根据溶液的酸碱性等实际情况去写电极反应式，另一电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用电池反应减去已写的电极反应式，即得结果，特别需要指出的是对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解原理。

(1)写电池反应时，正、负极电极反应式进行加和时，应注意电子得失要相等，再加和。

(2)利用总反应式减去其中一极反应式时也要注意电子守恒。

(3)弱电解质、气体或难溶电解质均用分子表示，其余用离子符号表示。