2019——2019学度高中化学4第4章电化学基础教材分析

熟悉的水溶 液电解池 (氢碱工业)
以CuCl2(aq)和 NaCl(aq)为电 解质溶液构建对 放电顺序即电极 反应物氧化还原 能力的认识 微粒种类(电极 反应物)对电极 产物的影响
活性电极参 与的水溶液 电解池(电 镀与精炼 铜)
电极材 料对电 极产物 的影响
金属的电化学腐蚀与防护
内容结构：
金属腐蚀的 严重危害
2、电池容量 电量 = 电流强度 * 时间 = 电子的物质的量 * 一个电子所带电量
锂电池的发展历 程
锂金属 一次
锂离子 二次
锂离子二次电池
锂聚合物二次电池
锂锰一次电池 金属锂的高比容量
对阳极反应物的寻找
“嵌入”与“脱嵌” 可嵌入电极材料的研发
离子导体的研发
电池的发展
1991年，我国首创以铝－空气－海水为能源 的新型电池，并应用于海上航标灯。
【问题四】如何在两种溶液之间建立通道,让里 面的离子能够定向移动呢？
【问题六】盐桥能不能长期使用？
A
Zn
Cu
硫酸铜
改进
A
Zn
Cu
？ ZnSO4溶液 CuSO4溶液
形形色色的电池
a极 b极
H2O
CH4
O2
KOH溶液
笔记本电脑 专用电池
2、化学电源
巴格达电池
公元前248年至226年
伏达堆
Cu-Fe电池
金属腐蚀 的原因
教学功能
关注社会 问题
认识化学 原理
防止金属腐 蚀的思路和
方法
体现学习 价值
教学建议： 1、关注生活和社会，认识金属腐蚀的危害
全球每一分钟就有1吨钢腐蚀成铁锈，目前我国由于金属材料 的腐蚀损失每年大约5000亿元人民币，约占我国国民生产总 值的6%左右。
教学建议
2、从生活中获取有用素材，了解金属腐蚀的真实情况， 分析腐蚀的基本原理
任务二：发现认识单液电池装置不足及原因
任务三：针对单液电池装置的不足进行改进、设计 讨论、完善、并验证 任务四：认识盐桥及其作用
任务五：总结提升
任务二
A
Zn
Cu
硫酸铜
【实验 ·探究】
【温馨提示】
1、电极材料不接触，保持静止 2、观察锌片、铜片、电流表读数 的变化（持续观察2-3分钟）并如实 记录； 3、注意合作分工，讲究效率
-
+ - 的趋势小于
Cu2+得电子沉 积到Cu板表
Cu2+
面的趋势
Cu
Cu2+ (aq) + 2e-
Cu
双电层电
势差（接
触电势）
+-
+
-
+-
Zn2+
Zn
Zn原子失去 电子进入溶液
的趋势大于 Zn2+得电子沉 积到Zn板表
面的趋势
Zn
Zn2+ (aq) + 2e-
双电层电
势差（接
触电势）
二、电化学认识模型 2、电化学原理和装置之间的关系
2、教学过程： 围绕一系列问题展开
（1)日常生活和学习中，知道哪些电池？其中有哪些属于 化学电池，它们在哪些方面得到应用？
电池
化学电池 列举实例及应用 太阳能电池 将太阳能转化成电能
放射性同位素衰变产生的热能 原子能电池 通过热电转换器转化为电能
（2)化学电池与其它电池相比有哪些优缺点？
（3)分类及主流产品，性能特点，产生电能的基本原理 （4)实验活动 展示了解燃料电池的工作过程及原理。
(常见氧化剂还原剂/反应本质) (单液铜锌原电池)
《初中第四单元课 题3》
电解是一种反应条件； 化学反应与能量的关系
一、本章内容的地位和功能
2、选修4模块内容结构分析
探索氧化还原反应本质 控制利用化学反应 第四章 电化学
统筹了化学反应的微观本质、水溶液体系环 境、与能量的关系、化学反应动力学热力学 的多个认识角度
高氧区、低氧区
3、设计实验探究金属发生电化学腐蚀的影响因素
(14安徽）某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀 类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶 底部，塞上瓶塞（如图1）。从胶头滴管中滴人几滴醋酸溶液， 同时测量容器中的压强变化。
编 实验目的 号
碳粉 铁粉 醋酸 ／g ／g ／%
负极： 4Al-12e-＝4Al3+ 正极： 3O2+6H2O+12e-＝12OH总反应式： 4Al+3O2+6H2O＝4Al(OH)3
《化学电源》的教学建议 采用讲授与讨论相结合的模式和分类比较的方法进行教学
1、新课引入 实物与图片展示 各类电池标志的辅助说明 电池工业的新闻报道
《化学电源》的教学建议
16北京
策略：在铁轨或金属管线表面涂上一层防锈绝缘漆，既避免其在 地下潮湿环境发生吸氧腐蚀，又可防止当有电流泄漏入潮湿的土 壤中时参与电解反应（作阳极的一端被氧化腐蚀）。
可在铁轨侧面或金属管线表面间断铆接锌块，平时起到“牺 牲阳极的阴极保护”效果
① 为以下实验作 0.5 2.0 90.0 参照
② 醋酸浓度的影 0.5 响
36.0
wenku.baidu.com
③
0.2 2.0 90.0
控制变量
4、学与致用，找到解决防腐的途径和策略
选修４ 《化学反应原理》，第４章“电化学基础”第４节“金属的电化 学腐蚀与防护”课后练习最后一题（第８８页），“在城市中地下常埋 有纵横交错的管道和输电线路，地上还铺有地铁、城铁的铁轨，当有电 流泄漏入潮湿的土壤中，并与金属管道形成回路时，就会引起后者的腐 蚀。你能用一个原理图来表示这个过程吗？试提出防止这类腐蚀的策略”
一、本章内容的地位和功能
3、本章内容的逻辑关系及课标要求 课标重视化学能与电能之间等能量转化的意义， 探究转化过程的原理和实现。
了解、 记住和 识别
领会和理解并解释说明
关注原理和装置之间的关系
二、电化学认识模型 1、双电层理论
φCu2+/Cu
-
>+
φZn2+/Zn
+-
Cu原子失去 电子进入溶液
+ +
系列1
20
40
60
80
100
120
0-100秒传感器显示的温度曲线图
【问题一】 电流表的指针为什么会逐渐减小？
【问题三】 如何得到持续稳定的电流？
让锌片与硫酸铜不直接接触
预期现象
锌片溶解
铜片上有红色铜附着 电流表指针偏转
实验现象
锌片上有红色铜附着 溶液的温度升高 铜片颜色变亮 电流表指针偏转，逐渐减小
1800年
Ag-Zn电池
干电池
1950年代 碱性锌锰干电池
燃料电池
2000年代
锂电池
1970年代
电池材料 的变化 电池体积 的变化 (便携)
锂离子电池-
锂聚合物电池
1992年代
评价电池的两个技术指标
1、标称电压——电池电动势 （φCu2+/Cu - φZn2+/Zn ）
与电极反应物的氧化还原 性能(电极电势)有关
作用 盐桥的改进
核心概括：“离子导体” 离子通道、平衡电荷
容器上的“藕断 丝连”式改进
盐水滤“纸” 式改进
琼脂盐“桥” 式改进
多孔陶瓷“膜” 式改进
原电池教学素材与任务设计
简单熟悉 的铜锌单 液电池
回顾原电池工 作 分析线索： (1)电流的产生 是带电粒子在 闭合回路中的 定向移动 (2)电流的方向 由电极反应决 定
熟悉的 铜锌双 液电池
分析原电池工 作原理，构建 核心认识角度 分析线索： (1)闭合回路是 由电子导体和 离子导体闭合 而成 (2)电极反应是 由电极反应物 在电极材料表 面分开两极进 行
熟悉的 氢氧燃 料电池
分析原电池工 作原理，构建 认识角度关联 分析线索： (1)电极材料 与电极反应物 之间的关系 (2)离子导体 (电解质)与电 极反应物的关 系
5
10
15
20
25
30
35
40
系列1
系列1, 42.51, 0 45
平行三次实验硫酸铜浓度1mol/L，检流计示数 由250µA降到0的时间历时43分钟的曲线图
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
系系列系列1, 系列11,4系列1, ,7系2列12,9,03列.012,0系9,33.132,0,列763.25,1819系3.,,21331列.234.,9系1132,3列4.011,2系,343列6.3,15系3,35列.35,81系3,46列.02,1系13,4列6.741,4系,3系75列3系.0列,14系3列,15系8,列.1028,系列,72183,,4系列1638,,.77系53列18.,7,913列.19,548,23.19,80,53.429,8983.5,933.197.42 系系列系列系1列,1系列2,1,4,列12,6,62,18.612,.36132.1575,.72257.47
14福建
(11浙江）将NaCl溶液滴在一块光亮的清洁 的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖 的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液 滴外沿形成棕色铁锈环（b），如图所示。 导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含 量比边缘处少。
铁锈环(b) 腐蚀区(a)
图中A、B、C、D四个区域，
生成铁锈最多的是 （B填字母）。
电势差
电解质 接触电势 电极反应
闭合回路
离子导体 电子导体
(氧化还原反应)
(带电粒子定向运动场所)
电极反应和带电粒子的定向移动是同时发生的
高中阶段对电势差的认识是通过关注电极反应 来替代强化的
二、电化学认识模型
实验探究：
指针偏转,电子走向,电流方向， 对应正负极
检流计
铜片上气泡 Cu片
锌片变细，溶解 Zn片
Zn-Cu双液原电池 (化学能转化电能的 转化率提高，电流
更持久恒定)
认识双液原电池的核心功能 避免了Zn和CuSO4的直接接 触，使得氧化反应和还原反应 实现了分离（获得了单纯的电 极反应）
对于电极反应物的识别(扭转 微粒接触是发生氧化还原反 应的必要条件的局限性认识)
不接触还能发生反应的本质原 因(打通了原理和装置的深入 关联，探求原电池产生电流工 作原理的本质)
2H++2e-=H2↑
Zn－2e-=Zn2+
稀硫酸
二、电化学认识模型 3、学情分析
（1）不能从氧化还原反应的角度理解“正负极、阴阳极”核心概念 （2）不能区分发生氧化还原反应的物质和场所 （3）对电化学中氧化和还原反应分开在两极认识不清 （4）对离子导体的作用存在偏差认识 （5）对电化学中微粒之间的相互作用与宏观现象的关联缺乏
第四章 电化学基础
教材教法分析
一、本章内容的地位和功能
1、中学阶段电化学的内容发展层级分析
《选修4 (双液原电池、电极反应、电解
第四章电化学》 原理及应用、电化学腐蚀与防
《选修1 第三章第二节》
腐)
金属的腐蚀与防护 (原电池原理的应用)
《必修2第二章第二节》
《必修1第二章第三节》
氧化还原反应
原电池与化学电源
分析陌生原电池工 作原理(如甲醇燃料 电池)
分析复杂原电池
工作原理(如锂离 综合复
子电池)
杂问题
提供原理设计原 解决
电池
提供材料设计原 电池 提供材料动手搭
简单 设计
建原电池
把装置和原 理的核心认 识角度做系 统关联形成 认识思路
分析 解释
《原电池的教学案例》
任务一：复习梳理将化学能转化为电能的本质及反应原理
预期现象
锌片溶解 铜片上有红色铜附着 电流表指针偏转
实验现象 锌片上有红色铜附着 铜片颜色变亮 电流表指针偏转，逐渐减小
300
250 200 150 100
50 0 0
系系系系系系列 系系列列列系系系列列系列1列11系1,列,列,列,11列10系1系00列0,,,,1,.1系.1.111231列,1系45列系,1,..,5,.2.222232系列42,2201.列,,1,4列2.013.系.43,2422,5,,列15,.03413162142系711,1,列,,,01,00.0,,9151811151系,10列50,,701826.154.1603,,5003列0100.771730系,0,.1,,1189087,,列.020096,.0145,,0141系0.4列2,13,016.05, 20 系列1, 25.2, 10
认识思路
４、从装置维度和原理维度建立认识模型 基于学生存在关于电化学概念的偏差或错误认识 分析和解决电化学问题时缺少认识角度与合理思路，系统性差。
三、教学策略分析 1、原电池
了解从必修到选修，对原电池的认识及发展
Zn-Cu单液原电池 从Zn与Cu直接接触反应 (化学能转化为电能和热能)
(化学能转化热能)
电化学教学案例——电解
熟悉的非水熔融 电解(金属冶炼)/ 电解水
建立对电解原理认识的 基础 (1)电解是利用外电路电 源提供电能的一种强制 氧化还原手段 (2)电源借助电子和离子 导体形成闭合回路提供 的电场让电子和阴阳离 子定向移动 (3)离子导体中的阴阳离 子在电极材料表面完成 电极反应，与宏观现象 建立关联