归纳与整理优秀公开课教案

高2020级化学集体备课

2018.5 化学能与电能

[本节学习目标]

1.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置。

2.能以铜锌原电池为例，认识原电池的概念、组成、简单分析原电池的工作原理及应用。

3．会判断原电池的正负极和电子的流向。

4. 能够书写简单的电极反应式。

5.了解几种常见的电池，认识化学能转化为电能对现代化的重大意义。

6．认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。

重点：原电池装置工作原理及构成条件

[知识要点梳理]

知识点一：原电池

要点诠释：1.化学能与电能的转化：

化学能可以转变为电能，但只有释放能量的氧化还原反应才可能通过原电池实现化学能和电能的转化，并非所有释放能量的化学反应均能通过原电池实现和电能的转化。

2.原电池概念：借助于氧化还原反应将化学能转变为电能的装置。

3.原电池的结构：

（1）两种活泼性不同的金属（或金属与非金属单质）作电极

（2）电极材料插入电解质溶液中

（3）两极相连构成闭合回路

（4）在电极上能自动发生氧化还原反应

4. 原电池的工作原理：

一般的氧化还原反应是还原剂把电子直接转移给氧化剂，如：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，反应中锌把电子直接转移给硫酸；原电池装置是把氧化还原反应的氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同的区域进行，通过外接导线使电子从还原剂区域流向氧化剂区域，从而在外电路形成电流。

原电池的工作原理和电子流向可用下列图示表示：

1

电极总反应：Zn + 2H=H2↑ + Zn

+2+

电子由负极（发生氧化反应的极）流出，经过外电路流向另一极（多为不活泼电极，离子或物质在该极上得电子，发生还原反应）正极，同时溶液中的阴、阳离子不断移向负极、正极，构成闭合电路。

说明：正极的作用是导体，它不参与化学反应。负极反应不一定是负极材料本身的反应，有的原电池的负极既是导体又是负极反应物，有的原电池的负极的作用是导体，它不参与化学反应。

知识点二：原电池化学反应的表示方法

要点诠释：总的来说，原电池中的化学反应是氧化还原反应。由于这其中的氧化反应和还原反应分别是在负极和正极上发生的，所以又分别叫做负极反应和正极反应。

（1）负极反应：由于负极是电子流出的电极，所以负极上发生的反应是氧化反应。表示负极反应的式子叫做负极反应式。铜、锌和稀H2SO4组成的原电池的负极反应式是：Zn－2e=Zn（氧化反应）

（2）正极反应：由于正极是电子流入的电极，所以正极上发生的反应是还原反应。表示正极反应的式子叫做正极反应式。铜、锌和稀H2SO4组成的原电池的正极反应式是：2H+2e=H2↑（还原反应）

说明：（1）写电极反应式要遵从客观事实，写出的电极反应式既要符合质量守恒又要符合电荷守恒：

①两极得失电子数相等；

②电极反应式常用“=”或用“→”；

③电极反应式中若有气体生成需加“↑”。

（2）负极反应（氧化反应）和正极反应（还原反应）是对整个原电池反应（氧化还原反应）的分解，二者具有既对立又统一的关系，所以将两个电极反应式进行合并即得电池总反应式。

如：铜、锌和稀H2SO4的原电池的总反应式：Zn+2H=Zn+H2↑

+2++－－2+知识点三：原电池原理的应用

要点诠释：1.比较金属的活动性。

原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。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，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。

2.加快氧化还原反应速率。

（1）实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。

2

（2）如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu+Zn=Cu+Zn，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。

3.设计原电池

从理论上说，任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。

例如，利用Cu+2FeCl3=2 FeCl2+CuCl2的氧化还原反应设计原电池，由反应式可知：Cu失去电子作负极，FeCl3（Fe）在正极上得到电子，且作电解质溶液，正极为活泼性比Cu弱的金属或导电的非金属等。如图该原电池的电极反应式为：

负极（Cu）：Cu

正极（C）：2Fe+2e3+—3+2+2+Cu+2e（氧化反应）

2Fe（还原反应）

2+2+—

说明：原电池为什么能加快化学反应速率？

以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示：

甲中，Fe失去e，变为Fe，Fe进入溶液，排斥了Fe片周围的H，H欲得电子须突破Fe形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e，e转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe屏障，H得e－－－2++++2+－2+2+不受阻碍，故其化学反应速率较快。

知识点四：原电池正负极的判断方法

要点诠释： 1.据组成原电池的两极材料判断：一般活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

2．据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极，而电子流动方向是由负极流向正极。

3.据原电池内部电解质溶液中离子的定向移动方向判断：在原电池的电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

4.据原电池两极发生的变化判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，相应元素化合价升高，而正极总是得电子发生还原反应，相应元素化合价降低。

5.据反应现象判断：溶解的一极为负极，增重或者有气泡放出的一极为正极。

知识点五：化学电源及处理1.化学电源

类型

一次电池

含义

只能使用一次，不能充电复原继续使用的化学电池

放电后能充电复原继续使用的化学电池

将燃料燃烧的化学能直接转变成电示例

酸（或碱）性锌—锰干电池、银—锌钮扣电池

二次电池

燃料电池

铅蓄电池、镍—镉蓄电池、银—锌蓄电池

氢氧燃料电池、铝—空气电池、熔融盐电池

3

能的电池

2.废旧电池的危害与处理

废旧电池中含有多种重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃，对生态环境和公众健康危害很大。废电池渗出的重金属离子如Hg等，将造成地下水和土壤的污染，威胁人类的健康。另一方面，废电池中的有色金属是宝贵的自然资源，如果能将废电池回收再利用，不仅可以减少对我们生存环境的破坏，而且也是对资源的节约。

2+[规律方法指导]

本节内容可分为两部分：（1）化学能转化为电能；（2）发展中的化学电源。重点是原电池的工作原理。可总结如下：

能量转换

（实质）

原

电

池

化学能→电能

（两极分别发生氧化还原反应，产生电流）

正极：电子流入（电流流出）的一极，发生还原电极

反应

负极：电子流出（电流流入）的一极，发生氧化反应 构成条件

两极、一液一反应(自发) ①

两个活泼性不同的电极

②

电解质溶液

③

电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路

④

一个自发的氧化还原反应

离子迁移

阳离子→正极

阴离子→负

正极（Cu）：2H+ 2e= H2↑

(还原反应) + -

负极（Zn）：Zn - 2e= Zn

(氧化反应) - 2+内电路

阳离子向正极作定向移动，阴离子向负极作定向移动。

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电子流向负极(-)正极(+) 总反应：Zn+2H=Zn+H2↑

+2+正极极板由于得到了外电路

负极极板因此而带正电荷，带负电的电子显负电性。

重要应用

制作电池、防止金属被腐蚀、提高化学反应速率

干电池、铅蓄电池、新型高能电池、

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