《化学能与电能的转化 第1课时》示范课教学设计【化学苏教版高中选修1(新课标】
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苏教版高一年级《化学能转化为电能》教学设计一、设计思想新课程的实施将学生置身于一种动态、开放、个性、多元的学习环境中,让学生自主探索、主动求知,学会收集、分析和利用各种信息及信息资源,并以此发展学生的实践能力、创新精神、合作与分享意识、社会交往能力与社会责任感。
在《化学能转化为电能》中,笔者以学生用舌头亲身感受水果电池的电流为教学情景,以原电池的化学史为主线,在一系列合作实验、分组讨论、相互评价中完成教学设计二、前期分析1、教材分析新课标对本节课的要求是注重从生活经验和已有知识出发,联系日常生活中经常应用的各种电池,通过实验的观察、分析、帮助学生理解、掌握学习内容。
本节课内容在选修模块《化学反应原理》中有更加深入的学习,因此本节课重点在于让学生感受到理论到实践的应用,化学与生活的紧密联系。
2、学情分析在学生学习《化学能转化为电能》之前已具有氧化还原反应、离子反应、物质的量等理论知识,但是缺乏微观原理分析能力和感性的实验体验,因此可以利用多媒体和边讲边实验有效地解决可能遇到的问题和困惑。
三、教学目标(1)知识与技能:认识化学能转化为电能,初步认识原电池反应原理(2)过程与方法:通过观察分析、实验探究,合作讨论等开放式的问题情景中体验科学探究的乐趣,形成探究、自主、合作的学习方式;(3)情感态度与价值观:从伽伐尼的生物电理论到伏打电池到丹尼尔电池为主线,感受科学探究的艰辛四、教学策略设计结合前期分析的有关信息,《化学能转化为电能》的教学设计主要通过一条主线、一个动画、两个实验开展相关概念和原理的学习。
1、课堂主线的构建情感主线(化学史)知识主线伽伐尼青蛙实验(1780)铜锌原电池原理伏打电池(1800)丹尼尔电池(1836)原电池形成条件新型电池展望从伽伐尼的生物电理论到伏打电池再到丹尼尔电池这一段从1780年到1836年长达56年的原电池化学史,蕴涵了伽伐尼从生活中的偶然发现到伏打的敢于质疑直至丹尼尔对原电池的改进的发展史,这一条主线不仅让学生感受到科学探究的艰辛,更是让学生顺着前人的足迹,感受到化学来源与生活,生活中处处蕴涵着化学知识。
《化学能与电能的转化第一课时》教案【目标要求】1、认知电解池的装置和特点,能够正确辨别原电池和电解池。
2、了解电解反应的原理,能够根据电解产物正确书写电解时各极电极反应式。
3、认识电解在工业生产中的应用,能够运用电解的知识加深对电解饱和食盐水、氧化铝、氯化镁等有关知识的理解。
【教学重点】电解原理。
【教学难点】原电池和电解池的比较。
【教学过程】[你知道吗]在我们已学过的化学课程里,涉及不少利用电解反应来制取新物质的例子。
回忆或复习有关知识,填写表2-7。
[设疑]在电解过程中,电能是如何转化为化学能的呢?被电解的物质又是如何转化为生成物的呢?[观察与思考]按图所示连接好仪器,在U型管中加入饱和氯化铜溶液,用石墨棒作电极,接通电源,电解数分钟后,观察阴极(与电源负极连接的石墨棒)表面的颜色,用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极(与电源正极连接的石墨棒)上放出的气体。
(1)阴极的现象为出现红色物质,[解析]该红色物质是铜,这说明溶液中的Cu2+在该电极上得电子被还原成了铜单质;发生的电极反应为:Cu2+ + 2e- == Cu(还原反应)⑵阳极的现象为有气体放出,且该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。
[解析]该气体是氯气,是溶液中的Cl-在电极上失电子发生氧化反应所致。
发生的电极反应为:2CI- —2e- == CI2 f (氧化反应)(3) 电解反应的化学方程式为:CuCI2 Cu + CI2 f(4) 在上述反应中,被氧化的物质是氯化铜,被还原的物质是氯化铜。
(5) 在化学反应中发生的能量转化形式是电能转变成化学能。
[板书设计]1、电解氯化铜溶液(1) 阴极出现红色物质——铜,电极反应为:Cu2+ + 2e- == Cu(还原反应)(2) 阳极有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的气体放出一一氯气电极反应为:2CI- —2e- == CI2 f (氧化反应)⑶电解方程式为:CuCI2 Cu + CI2 f[讲解]这种借助于电流引起氧化还原反应的装置,也就是把电能转化为化学能的装置叫做电解池。
《化学能与电能的转化》教学目标:1. 通过实验使学生了解电解的基本原理、电解池形成的基本条件。
2. 能正确判断电解池的阴极和阳极,能正确书写电极反应式和电解化学方程式。
3. 培养和发展学生的自学能力、观察能力、探究能力。
教学重点:电解装置的特点和工作原理教学难点:电解时电极反应式的书写教具准备:幻灯片、两个石墨电极、导线若干、直流电源一个,烧杯两个,氯化铜溶液一瓶、淀粉碘化钾试纸、蒸馏水一瓶、镊子一个。
教学方法:1. 通过实验,提高分析、探讨、总结和语言表达能力2. 体验问题解决的过程课时安排一课时教学过程引言:我们知道化学能和电能可以相互转化,前面我们学习了化学能转化为电能,那么电能如何转化为化学能呢?首先请大家回忆已经学过的有关电解的反应,完成教材“你知道吗?”中的表格。
推进新课程:这上面涉及的都是电解的反应,那电解是怎么发生的呢?讲述:这首先需要一个装置——电解池板书:一、电解装置——电解池1. 定义:电能转化为化学能的装置2. 组成:(1)外加直流电源,形成闭合回路阴极:与电源负极相连的电极(2)电极阳极:与电源正极相连的电极(3)电解质:水溶液或者熔融电解质过渡:具体这种电解池是怎么工作的呢?我们一起看书本44页观察与思考演示:44页观察与思考补充:播放电解氯化铜的微观模拟。
问题:根据实验现象回答下列问题:1. 阴极的现象是什么?发生的电极反应为?2. 阳极的现象是什么?发生的电极反应为什么?3. 电解反应的方程式?4. 在上述电解反应中,被氧化的物质是什么?被还原的物质呢?5. 电解过程中能量发生什么变化?讲解:1. 与电源的负极相连的石墨棒上有一层红色的固体析出,说明有铜生成。
Cu2+ + 2e━= Cu2. 与电源的正极相连的石墨棒上有气体生成,呈黄绿色,这气体使淀粉碘化钾试纸变蓝,说明生成氯气。
2Cl━-2e━= Cl2↑3. 总反应:CuCl2 Cu +Cl2↑4. 被氧化和被还原的物质都是氯化铜5. 电解过程中电能转化为化学能讲述:以氯化铜为例我们一起分析电解的原理是什么?在原电池中我们把与电源正极相连的一极称为阳极,与电源负极相连的称为阴极板书:二、电解池的原理阴极:Cu2+ + 2e━= Cu阳极:2Cl━-2e━= Cl2↑疑问:那阳极发生什么反应呢?阴极呢?回答:阴极得到电子,化合价升高,被还原发生的是还原反应;阳极失去电子化合价降低,被氧化发生的是氧化反应。
第二节化学能与电能(第1 课时)
班级姓名学号
【学习目标】
1.初步认识原电池的概念、原理及构成条件
2.认识化学能转化为电能的重大意义
【学习重点】
原电池的原理及构成条件
【学习难点】
从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质
【问题思考1】阅读教材39 页完成下列问题
1.火力发电的原理及利与弊?
2.火力发电过程中化学能是直接转化为电能吗?
【问题思考2】通过甲和乙两个实验完成下列问题
实验现象
离子方程式
思考甲实验回答下列问题 1.反应中,哪种物质失电子,哪种物质得电
子?
2.Zn 是通过什么途径将电子转移给溶液中H+
的?
3.什么方法可使Zn 与H+分开,不让H+直接在
Zn 表面得电子?
实验现象
离子方程式
一、原电池
1. 概念:
【问题思考 3】 阅读课本 40-41 页总结原电池的 工作原理和构成条件
2. 工作原理:
3. 原电池的构成条件
【实践活动】利用水果制作原电池
【我的收获】
1. 反应中,哪种物质失电子,哪种物质得电子?
2. Zn 是通过什么途径将电子转移给溶液中 H +的?
3. 你怎样才能知道导线中有电子通过?
4. 乙实验中能量的转化形式?
思考乙实验回答下列问题
【课堂小结】
【课堂练习】
1.下列各个装置中能组成原电池的是()
2.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气,该金属与锌组成原电池时,锌为负极,此金属是( )
A. Mg
B. Fe
C. Al
D. Cu
【课后作业】
1.课本P45 1、2、3、4
2.查阅有关资料了解各种电池工作原理。
化学能与电能的转化【学习目标】掌握电解的原理,能够准确判断电解池的阴、阳极。
正确书写两极反应式及电解的总化学方程式。
掌握惰性材料做电极时,离子的放电顺序。
【重点难点】离子放电顺序。
电极方程式的书写。
【第一课时】【知识储备】1、电解质:。
2、电离:。
书写NaCl ,HCl电离方程式、【要点扫描】电解的原理1、电解熔融氯化钠。
【实验目的】电解熔融氯化钠制备单质钠【装置设计】石墨电极:接电源;铁电极:接电源;电解质:。
【原理分析】通电前,Na+和Cl- 作,通电后,Na+向方向移动,发生反应,式子表示:Cl-向方向移动,发生反应,式子表示:化学方程式:【实验现象】石墨电极上有产生,并可闻到,铁电极上逐渐覆盖一层物质。
2、电解:在的作用下,电解质在两个电极上分别发生和的过程叫做电解。
【注意】(1)、电解时必须使用电。
(2)、被电解的可以是或。
(3)、电解过程中电能转化为能储存在产物中。
3、电解池:借助直流电引起的装置。
即把转化为的装置,也叫电解槽。
构成条件:,,。
电极:电源的两极分别叫做:电解池的两极:阳极:阴极:电极反应:电极上进行的叫电极反应。
电极反应式:阳极:,阴极:总反应式:【注意】两极反应式写一起时,注意得失电子相同。
【学生实验】【实验目的】电解CuCl2溶液【实验要求】(操作规范,注意安全)根据上述电解知识的学习,讨论并制定出电解CuCl2溶液的方案。
然后进行实验。
实验仪器:试剂:电解图:步骤:实验现象:【实验分析】通电前溶液中存在离子,这些离子的运动方式。
接通直流电源后,离子运动改为。
向阳极运动,放电。
向阴极运动,放电。
【电解方程式】阳极:阴极:总反应:【练习】1、下列说法不正确的是电解是把电能转化为化学能电解是化学能转化为电能(3)电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化(4)不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现(5)任何溶液被电解时,必然导致氧化还原反应(6)与电源正极相连的是电解槽的阴极(7)与电源负极相连的是电解槽的阴极(8)电解槽的阳极发生氧化反应(9)电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极。
第1课时化学能转化为电能知识条目必考要求加试要求1.原电池的概念 a a2.铜-锌原电池的原理及电极反应式 b b3.原电池的构成条件 a b能力要求1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能。
2.从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件。
3.会书写简单的原电池的电极反应式及电池总反应方程式(离子方程式)。
一、原电池工作原理按要求完成下列实验,并填表:实验步骤①②③④现象锌片逐渐溶解,表面有气泡;铜片表面无气泡锌片逐渐溶解,铜片表面有气泡,电流计指针发生偏转两锌片逐渐溶解且表面都有气泡,电流计指针不偏转无现象解释或说明锌与稀硫酸发生置换反应产生H2,而铜则不能锌与稀硫酸反应,但氢气在铜片上产生,导线中有电流锌与稀硫酸反应产生氢气,但导线中无电流乙醇是非电解质,与Zn、Cu都不反应根据上述实验回答下列问题:1.装置②中能量是如何转化的?具备这种特点的装置名称是什么?答案化学能转化为电能;该装置称为原电池。
2.原电池的工作原理①分析下图并填空:原电池总反应式:Zn+2H+===Zn2++H2↑。
②能量转化过程:原电池在工作时,负极失去电子,电子通过导线流向正极,溶液中氧化性物质得到电子,发生还原反应,这样氧化反应和还原反应不断发生,闭合回路中不断有电子流产生,也就形成了电流,即化学能转变为电能。
3.结合原电池工作原理及上述实验现象,分析原电池的构成条件是什么?答案理论上,自发的氧化还原反应均可构成原电池。
具体条件是①具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属);②溶液:两电极均插入电解质溶液中;③导线:两极用导线相连,形成闭合回路。
1.在如图所示的8个装置中,属于原电池的是________________________。
答案DFG解析图中A、B都只有一个电极,C中是两个活动性相同的电极,E中酒精不是电解质溶液,H 不能形成闭合回路,它们不属于原电池,属于原电池的只有D 、F 、G 。
2019最新苏教版化学选修4《化学能与电能的转化》教案第一课时原电池工作原理教案(2010-12-28 巢亚芬)一、[教学目标]1.知识目标(1)原电池工作原理、构成条件、电极名称的判断。
(2)电极反应方程式的书写2、能力目标:落实双主一本教学模式,培养学生的创新思维能力,体验化学能转化为电能的探究过程。
3、德育目标:培养学生由实践到理论,再由理论指导实践的科学方法。
二、[重点与难点]本课时的重点原电池工作原理。
难点是电极方程式的书写。
三、[教学方法]实验探究、设疑启发四、[教学用品]烧杯、灵敏电流计、铜片、锌片、导线、硫酸锌、硫酸铜。
五、[教学过程]引言:同学们,今天我们要进入专题一第二单元的学习,现在请同学们结合我们必修2当中所学的知识,回顾总结一下构成原电池的定义及形成条件。
知识回顾:1、原电池是将化学能转变为电能的装置。
原电池反应的本质是发生自发进行的氧化还原反应。
2、原电池正、负极规律①负极——电子流出的极。
通常是活泼性较强的金属,发生氧化反应②正极——电子流入的极。
通常是活泼性较弱的金属或非金属导体,发生还原反应3 、组成原电池的条件①有两种活泼性不同的金属(或一种是非金属单质或金属氧化物)作电极。
②电极材料均插入电解质溶液中。
③两极相连形成闭合电路。
④能自发进行氧化还原反应4、判断下列装置哪些属于原电池[过渡] 那么这节课呢,我们主要学习一下:原电池的工作原理。
实验探究一:内 容:将锌片与铜片分别通过导线与灵敏电流计连接,再同时平行浸入盛有CuSO 4溶液的烧杯中。
要 求:1. 观察并记录实验现象2. 实验完成后,用清水洗净电极表面的溶液。
实验现象:1、电流表指针发生偏转 2、铜片表面有铜析出 3、锌片表面有铜析出为什么锌片表面也有铜析出?能否阻止Cu 2+在锌片表面还原为铜? [回答1] 锌片不纯,在七表面形成了一个个小的原电池,因此 也会有同析出。
[回答2] 将两电极反应分开在两个烧杯中做,避免了锌片与 硫酸铜的直接接触。
化学能与电能第一课时PPT《化学能与电能》第一课时教学设计化学能与电能第一课时PPT 《化学能与电能》第一课时教学设计一、教材内容分析本节内容位于《普通高中课程标准实验教科书化学必修2》第二章第二节《化学能与电能》第一部分。
本节课内容既是对化学必修1氧化还原反应本质的拓展和应用,又是对前一节一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量论述的丰富和完善。
还为以后学好《化学选修4化学反应原理》中金属腐蚀与防护中等知识奠定基础。
二、教学三维目标(1)知识与技能1、知道化学能转化为电能的方式,从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。
2、了解原电池的概念,理解原电池的工作原理,探究原电池的构成条件。
3、学习实验探究问题的方法。
(2)过程与方法1、通过对铜锌原电池的实验探究,加深对原电池概念及工作原理的理解。
2、为学习原电池的构成要素,设计对比试验进行探究,进一步理解实验探究的意义;学习科学探究的基本方法,提高学生科学探究的能力。
(3)情感、态度与价值观提高学习化学的兴趣,乐于探究化学能直接转化成电能的奥秘,体会科学研究的艰辛与喜悦,感受化学世界的奇妙。
三、教学重难点(1)教学重点①原电池的概念和原电池的工作原理②原电池的构成条件③认识化学能转化为电能对现代化的重大意义(2)教学难点①通过对铜锌原电池的试验探究,引导学生从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质②原电池的构成条件四、设计思路(1)通过介绍材料(伏打电池的发明)创设教学情景,提出关于化学能如何转化为电能的问题,沿着伏打发明电池的历程开始自主探究,得到启发,设计、动手实验探讨原电池原理。
然后开展第二个探究性实验:通过提供材料,让学生设计实验方案,分组讨论、得出最佳方案,探讨构成原电池的条件。
最后开展第三个探究性实验:利用所学知识,根据现有材料,制作水果电池,让学生体验学习化学乐趣。
(2)生活在现代社会,学生对“电”有着较丰富的感性认识。
要充分利用学生已有的经验,以及电学、化学反应中能量变化和氧化还原反应等知识,调动学生主动探索科学规律的积极性。
第3单元化学能与电能的转化课时1化学能转化为电能一、学习目标1.了解常见的化学能与电能的转化方式。
2.通过实验探究,认识化学能可以转化为电能;理解科学探究的意义、过程与方法。
3.理解原电池的工作原理,掌握原电池的构成条件,正确书写简单原电池的电极反应和总反应。
4.了解常见的化学电源及其应用。
认识研制新型电池的重要性,形成科学技术的发展观;感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题,形成较为客观、正确的能源观,提高开发高能清洁燃料的意识。
二、教学重点及难点教学重点:原电池的概念、原理、组成及应用。
教学难点:从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质、原电池的构成条件。
三、设计思路学生对“电”有着较丰富的感性认识。
充分利用学生已有的经验,以及电学、化学反应中能量变化和氧化还原反应等知识,调动学生主动探索科学规律的积极性。
通过实验探究,引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质以及这种转化的综合利用价值。
本课从日常生活中常见的电池入手,通过各种电池的展示,提出疑问:这些电池是如何产生电流的?学生根据物理对电流的认识,提出假设:有电子的流动,因此可能在电池里发生了有电子转移的氧化还原反应。
引导学生通过简单的氧化还原反应验证这一假设。
通过锌、铜与硫酸的简单组合,体验电流的产生。
引出原电池的概念。
再利用分组实验的方式探究原电池的工作原理、构成条件。
同时从电子转移的方向确定原电池正极、负极,电极上发生的反应,并写出电极反应式、电池总反应。
认识到可以利用自发进行的氧化还原反应中的电子转移设计原电池,将化学能转化为电能,为人类的生产、生活所用。
在此基础上介绍一些常见的化学电源,以拓宽学生的知识面。
四、教学过程【创设情景】展示图片:生产、生活都离不开电。
我们平时所用的手电筒、计算器、手机、笔记本电脑、电子表等都需要用到电池。
这些电池是怎样产生电流的呢?【板书】一、化学能转化为电能1.电池是怎样工作的【活动与探究】同学以小组为单位完成实验,分析原因。
第二单元化学能与电能的转化第1课时原电池的工作原理一、教学目标1.以铜锌原电池为例,理解原电池的工作原理及应用。
2.学会判断原电池的正负极。
3.掌握原电池的电极反应式和电池反应方程式的书写。
4.能根据氧化还原反应设计简单的原电池。
二、教学重难点原电池的工作原理;电极反应式的书写三、教学过程【课程引入】展示化学能与电能相互转化在生产、生活中的应用,回顾铜锌原电池的装置及工作原理,由此引出本节内容原电池的工作原理。
通过化学原理在生活中的应用第一时间让学生体会生活中的化学无处不在。
能源的利用过程,实际上是能量的转换和传递过程。
化学能与电能的相互转化,是能量转化的重要形式之一。
这种能量转化形式在生产、生活和科学研究中应用十分广泛,如电解、电镀、电池的应用等。
认识和研究化学能与电能相互转化的原理和所遵循的规律具有重要意义。
电解水实验装置电镀产品碱性干电池充电宝(锂电池)知识回顾:铜锌原电池装置的特点:把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里,用导线把锌片和铜片连起来,在导线中间连接一个灵敏电流计。
电极反应式:负极(Zn):Zn - 2e-===Zn2+正极(Cu):2H+ + 2e-===H2↑电池总反应式:Zn + 2H+===Zn2+ + H2↑【新知讲解】实验探究:【实验1】向一只烧杯中加入1.0 mol·L-1的CuSO4溶液30 mL,再加入适量锌粉,用温度计测量溶液的温度。
观察温度的变化。
实验现象:溶液的温度升高,溶液蓝色变浅。
实验结论:由实验现象,可得出结论Zn与CuSO4溶液反应放热用热化学方程式表示为:Zn(s) + CuSO4(aq)===ZnSO4(aq) + Cu(s) ΔH<0能量变化的主要形式:化学能→热能【实验2】向两只烧杯中分别加入30 mL 1.0 mol·L-1CuSO4溶液和30 mL 1.0 mol·L-1 ZnSO4溶液,将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSO4溶液和CuSO4溶液中,将盐桥(注:盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂,离子在盐桥中能移动)两端分别插入两只烧杯内的电解质溶液中,观察实验现象。
取出盐桥,再观察实验现象。
根据描述电池装置如图:从电流表变化、电极变化分析实验现象:插入盐桥,电流计指针发生偏转,左边烧杯中的锌片逐渐溶解,右边烧杯中的铜片上有红色固体析出;取出盐桥,电流计指针不发生偏转,铜片上不再有固体析出,锌片也不再溶解。
实验结论:由实验现象,可得出结论Zn与CuSO4溶液反应产生了电流。
实验过程中,能量变化的主要形式为:化学能→电能这里的原电池采用两块不同的金属分别插入不同盐溶液中,而且有盐桥,所以改进后的电池相比以前学习的铜锌原电池,优点就在于能产生持续、稳定的电流,但由于引入盐桥后内阻变大,又导致电流较小。
接下来我们深入分析铜锌原电池的工作原理。
(1)有盐桥存在时①在ZnSO4溶液中,锌片逐渐溶解,即Zn被氧化,Zn失去电子,生成的Zn2+进入ZnSO4溶液。
②锌片上释放的电子经过导线流向铜片,CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到电子,被还原成金属铜并沉积在铜片上。
③随着反应的进行,左边烧杯溶液中c(Zn2+)增大,右边烧杯溶液中c(Cu2+)减小。
盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液,K+移向CuSO4溶液,使左、右烧杯中的电解质溶液均保持电中性,氧化还原反应得以持续进行,从而使原电池不断地产生电流。
(2)取出盐桥后由于锌原子失去电子成为Zn2+进入溶液,使ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电;同时Cu2+得到电子成为铜并沉积在铜片上,使CuSO4溶液因SO42-相对较多而带负电。
这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流表指针不发生偏转的现象。
(一)原电池的构成及工作原理1.铜锌原电池的工作原理我们把铜锌原电池的正负极、电子、离子移动方向如下示意图表示出来。
在铜锌原电池中,锌片为负极,电极反应式为Zn - 2e-===Zn2+,反应类型是氧化反应;铜片为正极,电极反应式为Cu2+ + 2e-===Cu,反应类型是还原反应;总反应式为Zn + Cu2+===Zn2+ + Cu。
电子的流动方向:Zn片→导线→Cu片离子的移动方向:盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液,K+移向CuSO4溶液问题讨论:思考一下,这里盐桥的作用是什么?装置中盐桥的作用有两个,分别是:一是将两个半电池隔开,提高电池效率;二是连接两个半电池,保持溶液的电中性,形成闭合回路。
思考讨论:总结一下什么是原电池,在整个过程中,电极与电极反应、电子的流向具体是什么样的呢?2.原电池的工作原理(1)定义:将化学能转化为电能的装置。
由两个半电池组成。
(2)电池反应:一般,原电池反应为自发的氧化还原反应,且ΔH<0。
原电池的实质是利用自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。
(3)电极与电极反应(半反应)①负极:失去电子,发生氧化反应,外电路电子流出的一极;一般情况下,较活泼的金属作负极。
电极反应:较活泼的金属-ne-===金属阳离子,如Zn-2e-===Zn2+。
现象:一般负极溶解,质量减小。
②正极:得到电子,发生还原反应,外电路电子流入的一极;一般情况下,较不活泼的金属或非金属导体作负极。
电极反应:电解质中的阳离子+ne-===单质(或较低价态的阳离子),如2H+ + 2e-===H2↑。
现象:一般有气体放出或正极质量增大。
(4)原电池中的几个方向原电池工作时形成外电路与内电路,外电路通过电子的定向移动形成电流,内电路通过离子的定向移动形成电流。
①电子的移动方向:电子从负极流出,经导线流向正极,注意两极转移电子数相等;②电流的移动方向:电流方向与电子流向恰好相反,即由正极经导线流向负极;③离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
上面的几个移动方向用下列流程图表示:思考讨论:形成原电池需要具备什么样的条件呢?3.原电池的构成条件①具有两个能导电的电极(一般为两种活动性不同的金属,也可以用其他导电材料做电极,如石墨等);②具有电解质溶液或熔融电解质(两电极均插入电解质溶液中形成内电路);③电极间形成闭合回路(两电极接触或用导线连接);④能自发进行氧化还原反应(本质条件)。
思考讨论:电极是原电池的构成条件之一,那怎么判断原电池正、负极呢?4.原电池正、负极判断方法(1)根据电极材料判断。
由两种金属(或一种金属与一种非金属)作电极时,一般情况下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)根据电极反应判断。
原电池发生氧化反应失电子的电极为负极,发生还原反应得电子的电极为正极(注意:不一定是电极本身得失电子,特别是正极)。
(3)根据电子流向或电流方向判断。
电子流出或电流流入的电极为负极,电子流入或电流流出的电极为正极。
(4)根据现象判断。
一般情况下,不断溶解或质量不断减小的一极为负极,增重或有气泡生成的一极为正极。
(5)根据溶液中离子定向移动方向判断。
原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
口诀:正向正,负向负。
说明:原电池的正极和负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
例如:a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极。
b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后,比Cu等金属更难失电子,Cu等金属作负极,Fe、Al作正极。
思考讨论:学习了原电池的工作原理后,原电池原理有哪些应用呢?(二)原电池原理的应用1.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率增大。
例如,在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
2.比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
例如,有两种金属a、b,用导线连接后插入到稀H2SO4中,观察到a溶解,b极上有气泡产生,则金属a作负极,比金属b活泼。
3.设计原电池实验探究:根据离子反应Cu2+ + Fe===Cu + Fe2+设计一个原电池。
(1)画出原电池构造示意图,并指出正、负极。
(2)写出该原电池的电极反应式。
负极:正极:分析:(1)氧化还原反应中的氧化剂在正极反应,还原剂在负极反应。
根据化学方程式可知,铁作负极,正极选用不与电解质溶液反应但能导电的物质,因有盐桥,根据负极电解质溶液一般是负极金属对应的阳离子的溶液;正极电解质溶液一般是氧化剂对应的电解质溶液,可知,负极电解质溶液选可溶性的亚铁盐溶液,正极电解质溶液选可溶性的铜盐溶液,因此原电池构造示意图如图:,其中Fe为负极,Cu为正极(2)负极反应式:Fe - 2e-===Fe2+正极反应式:Cu2+ + 2e-===Cu总结设计原电池的步骤:(1)将已知氧化还原反应分成两个半反应;(2)根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应确定半电池的电极材料和电解质溶液:电极材料:一般活泼金属作负极,不活泼金属(或非金属导体)作正极;电解质溶液:负极电解质溶液一般是负极金属对应的阳离子的溶液;正极电解质溶液一般是氧化剂对应的电解质溶液。
【典型例题】例1.铜锌原电池工作时,下列叙述正确的是()A.正极反应为Zn-2e-===Zn2+B.电池反应为Zn + Cu2+===Zn2+ + CuC.在外电路中,电子从正极流向负极D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液解析:Zn为负极,A项错;在外电路中电子从负极流向正极,C项错;盐桥中的K+应移向正极所在的CuSO4溶液,D项错。
故选B。
答案:B例2.如图所示进行实验,下列说法不正确的是()A.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能B.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e-===Zn2+解析:A项,甲装置把化学能转化为热能,乙装置把化学能转化为电能,不正确;B项,装置甲的锌片与稀硫酸反应生成氢气,装置乙的锌、铜和稀硫酸构成原电池,在铜片产生气泡,正确;C项,装置乙形成原电池,正确;D项,装置乙形成原电池,锌为负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,正确。
答案:A例3.查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理,在酸性环境中,乙醇被氧化为CH3CHO,即:2CH3CH2OH + O2===2CH3CHO + 2H2O。
下列说法中不正确的是()A.O2发生还原反应B.该电池工作时能量变化:化学能→电能C.其中负极的电极反应式为CH3CH2OH + 2e-===CH3CHO + 2H+D.H+移向正极解析:A.乙醇燃料电池中,乙醇被氧化,在负极反应,则氧气是正极反应物,得到电子,发生还原反应,故A正确;B.燃料电池工作时能量变化:化学能→电能;故B正确;C.酸性环境中,乙醇所在的电极(负极)发生的反应是CH3CH2OH - 2e-===CH3CHO + 2H+,故C错误;D.原电池中阳离子向正极移动,故D正确。