高中化学 121《原电池的工作原理》教案 苏教版选修4.docx
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高中化学121《原电池的工作原理》教案苏教版选修4
2019-2020年高中化学1.2.1《原电池的工作原理》教案苏教版选修4
【知识与技能目标】
了解原电池的工作原理,能写出其电极反应和电池反应方程式。
【过程与方法目标】
通过进行化学能转化为电能的探究活动,体验原电池的工作原理,熟练书写电极反应和电池反应方程式。
【情感态度与价值观目标】
通过化学能与电能相互转化关系的学习,使学生从能量的角度比较深刻地了解化学科学对人类的贡献,体会能量守恒的意义。
学会利用能源与创造新能源的思路和方法,提高环保意识和节能意识。
【教学重点】
了解原电池的工作原理,能够写出电极反应式和电池反应方程式。
【教学难点】
原电池的工作原理,从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。
【教学过程】
【引入】
电能是现代社会中应用最广泛,使用最方便、污染最小的一种二次能源,又称电力。
例如,日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应用。
那么,电池是怎样把化学能转变为电能的呢?
我们这节课来一起复习一下有关原电池的相关内容。
【板书】原电池的工作原理
一、原电池实验探究
讲:
铜片、锌片、硫酸都是同学们很熟悉的物质,利用这三种物质我们再现了1799年意大利物理学家——伏打留给我们的历史闪光点!
【实验探究】(铜锌原电池)
实 验 步 骤
现 象
1.锌片插入稀硫酸
2.铜片插入稀硫酸
3.锌片和铜片上端连接在一起插入稀硫酸
【问题探究】
1.锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生?
2.锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中,现象又怎样?
为什么?
3.锌片的质量有无变化?
溶液中c(H+)如何变化?
4.锌片和铜片上变化的反应式怎样书写?
5.电子流动的方向如何?
讲:
我们发现检流计指针偏转,说明产生了电流,这样的装置架起了化学能转化为电能的桥梁,这就是生活中提供电能的所有电池的开山鼻祖——原电池。
【板书】
(1)原电池概念:
学能转化为电能的装置叫做原电池。
问:
在原电池装置中只能发生怎样的化学变化?
学生:
Zn+2H+=Zn2++H2↑
讲:
为什么会产生电流呢?
答:
其实锌和稀硫酸反应是氧化还原反应,有电子的转移,但氧化剂和还原剂热运动相遇发生有效碰撞电子转移时,由于分子热运动无一定的方向,因此电子转移不会形成电流,而通常以热能的形式表现出来,激烈的时候还伴随有光、声等其他的形式的能量。
显然从理论上讲,一个能自发进行的氧化还原反应,若能设法使氧化与还原分开进行,让电子的不规则转移变成定向移动,便能形成电流。
所以原电池的实质就是将氧化还原的电子转移变成电子的定向移动形成电流。
(2)实质:
将一定的氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。
即将化学能转化成电能的形式释放。
问:
那么这个过程是怎样实现的呢?
我们来看原电池原理的工作原理。
(3)原理:
(负氧正还)
问:
在锌铜原电池中哪种物质失电子?
哪种物质得到电子?
学生:
活泼金属锌失电子,氢离子得到电子
问:
导线上有电流产生,即有电子的定向移动,那么电子从锌流向铜,还是铜流向锌?
学生:
锌流向铜
讲:
当铜上有电子富集时,又是谁得到了电子?
学生:
溶液中的氢离子
讲:
整个放电过程是:
锌上的电子通过导线流向用电器,从铜流回原电池,形成电流,同时氢离子在正极上得到电子放出氢气,这就解释了为什么铜片上产生了气泡的原因。
讲:
我们知道电流的方向和电子运动的方向正好相反,所以电流的方向是从铜到锌,在电学上我们知道电流是从正极流向负极的,所以,锌铜原电池中,正负极分别是什么?
学生:
负极(Zn)正极(Cu)
实验:
我们用干电池验证一下我们分析的正负极是否正确!
讲:
我们一般用离子反应方程式表示原电池正负极的工作原理,又叫电极方程式或电极反应。
一般先写负极,所以可表示为:
负极(Zn):
Zn-2e=Zn2+(氧化)
正极(Cu):
2H++2e=H2↑(还原)
讲:
其中负极上发生的是氧化反应,正极上发生的是还原反应,即负氧正还。
注意:
电极方程式要①注明正负极和电极材料②满足所有守衡
总反应是:
Zn+2H+=Zn2++H2↑
讲:
原来一个自发的氧化还原反应通过一定的装置让氧化剂和还原剂不规则的电子转移变成电子的定向移动就形成了原电池。
转折:
可以看出一个完整的原电池包括正负两个电极和电解质溶液,及导线。
那么铜锌原电池中的正负极和硫酸电解质能否换成其他的物质呢?
学生:
当然能,生活中有形形色色的电池。
过渡:
也就是构成原电池要具备怎样的条件?
二、原电池的构成条件
1.活泼性不同的两电极
2.电解质溶液
3.形成闭合回路(导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液
4.自发的氧化还原反应(本质条件)
思考:
锌铜原电池的正负极可换成哪些物质?
保证锌铜原电池原理不变,正负极可换成哪些物质?
(C、Fe、Sn、Pb、Ag、Pt、Au等)
问:
锌铜原电池中硫酸能换成硫酸钠吗?
判断是否构成原电池,是的写出原电池原理。
(1)镁铝/硫酸;铝碳/氢氧化钠;锌碳/硝酸银;铁铜在硫酸中短路;锌铜/水;锌铁/乙醇;硅碳/氢氧化钠
(2)[锌铜/硫酸(无导线);碳碳/氢氧化钠]若一个碳棒产生气体11.2升,另一个产生气体5.6升,判断原电池正负极并求锌片溶解了多少克?
设原硫酸的浓度是1mol/L,体积为3L,求此时氢离子浓度。
(3)银圈和铁圈用细线连在一起悬在水中,滴入硫酸铜,问是否平衡?
(银圈下沉)
(4)Zn/ZnSO4//Cu/CuSO4盐桥(充满用饱和氯化钠浸泡的琼脂)
(5)铁和铜一起用导线相连插入浓硝酸中
镁和铝一起用导线相连插入氢氧化钠中
思考:
如何根据氧化还原反应原理来设计原电池呢?
请将氧化还原反应Zn+Cu2+=Cu+Zn2+设计成电池:
硫酸铜
硫酸铜
此电池的优点:
能产生持续、稳定的电流。
其中,用到了盐桥
什么是盐桥?
盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻,胶冻的作用是防止管中溶液流出。
盐桥的作用是什么?
可使由它连接的两溶液保持电中性,否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电,铜盐溶液会由于铜的析出减少了Cu2+而带上了负电。
盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移,使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。
导线的作用是传递电子,沟通外电路。
而盐桥的作用则是沟通内电路。
三、原电池的工作原理:
正极反应:
得到电子(还原反应)
负极反应:
失去电子(氧化反应)
总反应:
正极反应+负极反应
想一想:
如何书写复杂反应的电极反应式?
较繁电极反应式=总反应式—简单电极反应式
例:
熔融盐燃料电池具有高的放电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与CO2的混合气为正极助燃气,已制得在6500C下工作的燃料电池,试完成有关的电极反应式:
负极反应式为:
2CO+2CO32--4e-=4CO2
正极反应式为:
2CO2+O2+4e-=2CO32-
电池总反应式:
2CO+O2=2CO2
四、原电池中的几个判断
1.正极负极的判断:
正极:
活泼的一极负极:
不活泼的一极
思考:
这方法一定正确吗?
2.电流方向与电子流向的判断
电流方向:
正→负电子流向:
负→正
电解质溶液中离子运动方向的判断
阳离子:
向正极区移动阴离子:
向负极区移动
板书设计
一、原电池实验探究
(1)原电池概念:
学能转化为电能的装置叫做原电池。
(2)实质:
将一定的氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。
即将化学能转化成电能的形式释放。
(3)原理:
(负氧正还)
二、原电池的构成条件
1.活泼性不同的两电极
2.电解质溶液
3.形成闭合回路(导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液
4.自发的氧化还原反应(本质条件)
三、原电池的工作原理:
正极反应:
得到电子(还原反应)
负极反应:
失去电子(氧化反应)
总反应:
正极反应+负极反应
四、原电池中的几个判断
1.正极负极的判断:
2.电流方向与电子流向的判断
课堂练习:
1.下列哪些装置能构成原电池?
2.某原电池的总反应的离子方程式为:
2Fe3++Fe==3Fe2+,不能实现该反应的原电池组成是()
A.正极为铜,负极为铁,电解质溶液为FeCl3溶液
B.正极为碳,负极为铁,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C.正极为铁,负极为锌,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为银,负极为铁,电解质溶液为CuSO4溶液
3、宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池,其电池反应为2H2+O2=2H2O,电解质溶液为KOH,反应保持在高温下,使H2O蒸发,正确叙述正确的是:
()
A.H2为正极,O2为负极
B.电极反应(正极):
O2+2H2O+4e-=4OH-
C.电极反应(负极):
2H2+4OH-=4H2O-4e-
D.负极发生氧化反应,正极发生还原反应
4.下列关于原电池的叙述正确的是()
A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B.原电池是将化学能转变为电能的装置
C.原电池中电子流出的一极是负极,该极被还原
D.原电池放电时,电流的方向是从负极到正极
课堂练习答案
1.CD2.BD3.BD4.B
2019-2020年高中化学1.2.1《氨》教案旧人教版必修2
教学目标:
1、认识氨分子的结构
2、使学生了解氨的物理性质,掌握氨的化学性质及氨的实验室制法,了解氨的用途。
3、培养学生根据实验现象分析、推理、判断的能力。
教学重点:
氨的化学性质
教学难点:
氨与氨水的区别
教学过程
【引入】:
历史上德国有这样一位化学家哈伯,有人称他为天使,因为1909年,哈伯合成了氨,氨能合成化肥,进而增产粮食,他像天使一样为人类带来丰收和喜悦。
有人称他为魔鬼,氨也能合成硝酸,进而合成炸药。
到第一次世界大战时,哈伯已为德国建成了无数个大大小小的合成氨工厂、为侵略者制造了数百万吨炸药TNT,这就是第一次世界大战中德国为什么能坚持这么久的原因。
说他像魔鬼一样给人类带来灾难和痛苦。
不管怎样,人工合成氨实验的成功对工业、农业和科技的重大意义是不言而喻的,氨也被并评为20世纪初的明星分子。
那么,氨有哪些性质呢?
本节课我们就来正确认识——氨。
【板书】:
第二节氨
一、氨(NH3——即氨气的简称)
【过渡】:
氨气的物理性质如何?
【板书】:
1、物理性质
【实物展示】:
装满氨气的圆底烧瓶
【师】:
请大家观察这一烧瓶的氨气,可以得出哪些结论?
【生】:
无色、气体。
【板书】:
无色气体
【设问】:
氨有没有气味?
谁来闻闻氨的气味?
先分析一下,如何正确地闻氨气的气味?
【生】:
氨气的相对分子质量是17,而空气的平均式量是29,所以氨气的密度比空气小。
闻气味时瓶口向下,用手轻轻煽动,使少量氨分子飘进鼻孔。
【板书】:
有刺激性气味,ρ比空气小
【师】:
大家有没有闻过动物体腐烂后的气味?
(一股恶臭味)其中含有氨气。
农村里的同学在父母施铵态化肥时也应该闻到过。
(刺激性气味)那种气味主要就是氨气散发的。
另外厕所里也有氨气的气味。
【师】:
氨对人的眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用,接触时应小心。
如果不慎接触过多的氨而感到不适,怎么办?
及时吸入新鲜的空气和水蒸气,并用大量的水冲洗眼睛。
(课本P10)
【师】:
氨的沸点为—33.5℃,北方有的地方就可以达到该温度。
说明该温度还是比较容易达到。
说明氨具有什么性质?
【板书】:
沸点—33.5℃,易液化
【问】:
采取哪些措施可使气体液化?
【生】:
降温或加压。
【师】:
(课本第9页)常压下,将氨冷却至—33.5℃,或常温下加压到700kP~800kP,气态的氨就液化成无色液体。
思考:
由气态变为液态,吸热还是放热?
液化放出大量热量,液氨汽化时吸收大量的热,使周围的温度急剧下降。
所以,常用作制冷剂。
【过渡】:
这些都是氨的物理性质,氨的化学性质又如何呢?
结构决定性质,首先看一下氨的结构特点。
【师】:
既然氨分子是极性分子,那么它在水中的溶解度如何呢?
【生】:
根据相似相溶原理,水作为溶剂是极性分子,所以氨分子应该易溶于水。
【师】:
氨溶于水是物理过程还是化学过程?
其溶解度大还是小?
先来做个实验。
【演示实验】:
按图1-2所示,把前面展示的装有干燥氨气的烧瓶、长玻璃管、预先吸入水的胶头滴管、盛水的烧杯(滴加少量的酚酞试液)搭好。
先打开橡皮管上的弹簧夹,无明显现象;再关闭弹簧夹,挤压滴管的胶头,使少量水进入烧瓶,打开弹簧夹。
现象:
看到美丽的红色喷泉。
烧杯里的水由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉;烧瓶内液体呈红色,而烧杯内液体仍为无色。
【师】:
烧瓶内原先装满了氨气,当用滴管挤进去少量的水后,烧杯内的水就喷向烧瓶。
请从物理学的角度分析原因。
【生】:
烧瓶内的氨气溶于挤进去的少量水,使得烧瓶内压强迅速减小。
烧瓶内外形成一个压强差,从而外界大气压把水压到烧瓶里了。
【板书】:
原因:
烧瓶内外产生压强差
【师】:
怎样才能形成压强差?
是不是所有的气体都可以用于做喷泉实验?
即形成喷泉的条件是什么?
【板书】:
形成喷泉条件:
烧瓶中的气体易溶于滴管中的液体。
【思考】:
若用烧瓶收集满CO2、Cl2气体,滴管中吸入下列何种液体时,能形成喷泉?
A、H2OB、稀硫酸C、NaCl溶液D、NaOH
【师】:
NH3能形成喷泉,NH3在水中的溶解度大。
实验测得:
常温常压下,1体积的水中能溶解700体积的氨气,比HCl的溶解度还要大。
【板书】:
极易溶于水,1:
700
【师】:
思考:
哪些因素会导致喷泉喷不起来?
即形成喷泉的关键是什么?
压强差、氨的浓度、气密性
【师】:
烧瓶内的液体变红,而烧杯里液体仍为无色,说明什么问题?
氨能使酚酞变红?
【生】:
生成了OH—,使酚酞变红。
说明氨溶于水显碱性。
【师】:
这说明氨溶于水不是一个简单的物理溶解过程,而是发生了化学变化,生成了新的物质。
这实际上已经涉及到氨的化学性质。
【板书】:
3、氨的化学性质
1与水的反应
【师】:
氨溶于水,大部分NH3和H2O结合形成一水合氨(NH3·H2O),而NH3·H2O可以部分电离出NH4+和OH—,因而呈碱性。
而且这两个过程都是可逆过程。
【板书】:
NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH—
【分析】:
“大部分结合”、“小部分电离”,氨水中最多的粒子是NH3·H2O。
其中OH—浓度很小,氨水呈弱碱性。
如何检验某个反应生成的气体为氨气?
【生】:
可以用湿润的红色石蕊试纸放在试管口,变蓝,证明是氨气。
【师】:
氨气是中学里唯一能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的碱性气体,可用于推断题。
【问】:
根据上述几个反应,请思考氨水中存在哪些微粒?
【生】:
存在的微粒主要有:
分子NH3、H2O、NH3·H2O
离子NH4+、OH—、H+
【师】:
请大家来比较一下液氨和氨水,是否为同一种物质?
液氨
氨水
物质分类
纯净物(非电解质)
混合物(弱电解质)
微粒种类
NH3分子
NH3、H2O、NH3·H2O
NH4+、OH—、H+
主要性质
不具有碱性
具有弱碱性
存在条件
常温常压下不能存在
常温常压下可存在
【师】:
由于形成NH3·H2O的过程是可逆的,氨水也可分解生成NH3和H2O,因此氨水常温下闻到有刺激性气味。
加热时更易分解。
【板书】:
NH3·H2ONH3↑+H2O
【师】:
另外氨水浓度越大,越易分解。
【板书】:
(温度越高,浓度越大,越易分解。
)
【师】:
关于氨水,我们要注意以下几个方面:
1、氨水的密度比水小,氨水浓度越大,密度越小。
(常见的还有:
乙醇。
)
2、对氨水来说,尽管溶液中大部分以NH3·H2O的形式存在,但是氨水中的溶质习惯上仍看成是NH3。
【师】:
结合上述知识,分析氨水存放应注意哪些问题。
【生】:
保存氨水时,要注意:
阴暗处保存。
开启氨水试剂瓶时,不需要振荡试剂瓶。
否则会使更多的氨水分解。
除了这些注意事项外,还有哪些需要注意的?
请大家阅读教材第11页。
【生】:
氨水对金属有腐蚀作用,所以不能用金属容器盛装,一般情况下,氨水盛装在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里。
【过渡】:
由于NH3溶于水显碱性,因此氨可以和酸反应。
【副板书】:
NH3+H+====NH4+
【板书】:
②与酸反应
【师】:
下面给大家变个魔术,仔细观察现象。
【演示实验1-3】:
用滴管取几滴浓氨水,滴在玻片上,迅速盖在集气瓶上,上下振荡几下。
浓氨水易挥发,形成一瓶氨气。
同理,制得一瓶氯化氢气体。
将两只带磨口玻片的集气瓶口对口放置,抽去两块玻片。
观察现象。
【生】:
集气瓶内产生大量的白烟。
这个实验叫作——(空瓶生烟)
【师】:
此白烟为氨气与氯化氢化合而成的氯化氨的固体小颗粒。
【板书】:
NH3+HCl====NH4Cl
【师】:
可用该反应检验氨气管道是否泄露。
同样也可以用浓氨水检验氯化氢管道是否泄露。
即可以用于氨气和氯化氢的相互检验。
【师】:
通过氨气与氯化氢反应生成氯化铵可知,氨与酸反应的产物应该是对应的铵盐,不管与哪种酸反应,实质都是NH3与H+结合生成NH4+的过程。
不仅有水的时候可以反应,无水的时候也可以反应。
即氨气和氯化氢气体也可以反应。
【问】:
是否所有的酸与NH3反应都有白烟?
【解释】:
易挥发的酸挥发后在空气中与氨气相遇,生成白色的固体小颗粒,即有白烟产生。
所以只有挥发性酸与氨气才有“发烟”现象。
常见的酸中,如硝酸与氨有白烟,但是硫酸、磷酸等与氨反应,无白烟。
可利用此特点检验氨气。
【学生板演】:
NH3+HNO3====NH4NO3
2NH3+H2SO4====(NH4)2SO4
【师】:
前面我们所讨论的氨的性质所涉及到的反应,如氨和水、酸的反应中,氨中的N元素的化合价没有改变,都是非氧化还原反应。
NH3中N元素为—3价,是最低价,具有还原性,能被氧化,发生氧化反应。
这就需要提供氧化剂。
氧气是最常见的氧化剂。
那么,氨、氧气之间能否反应?
条件如何?
有什么现象?
产物是什么?
【师】:
在催化剂(Pt)的作用下,氨可与氧气发生反应生成NO和H2O,并放出热量。
【板书】:
③与O2反应
4NH3+5O24NO+6H2O(放热反应)
【师】:
这一反应又叫氨的催化氧化,是工业制硝酸中的关键一步。
该反应由于放热,因此一旦反应发生后,撤去热源,催化剂仍保持红热状态。
同时这类反应的反应物是在催化剂表面上接触后发生氧化还原反应的,因此又称接触氧化。
【师】:
那么大家从氧化还原反应的角度分析,用单线桥法标出该反应电子转移方向及数目,并指出氧化剂、氧化产物、还原剂、还原产物。
【生】:
用单线桥法标出电子转移方向及数目。
氧化剂为O2,还原剂为NH3,氧化产物为NO,还原产物为NO和H2O。
【过渡】:
NH3的上述性质决定了它有哪些用途?
【板书】:
4、氨的用途
【师】:
分析结构决定性质,性质决定用途。
性质特点
主要用途
易液化
作致冷剂
易溶于水
制氨水
跟水反应
跟酸反应
制铵盐
跟氧气反应
制硝酸
【师】:
可见,氨是一种重要的化工产品。
【小结】:
本节课我们主要讨论了氨的物理性质和化学性质,重点掌握氨的化学性质。
课后注意复习巩固,完成相应的练习。
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