第三单元 金属的腐蚀与防护教学设计第二课时

教学目标

知识目标：

．使学生掌握原电池的化学工作原理。

．通过实验能正确判断原电池的正负极，掌握形成原电池的基本条件，从日常生活中常见的干电池入手，通过对这些电池及拆解，了解其基本结构和相关的电极反应。

能力培养：

．通过实验不断总结、发现、归纳知识的要点，使学生的思维能力和创造能力都得到充分的锻炼。

．通过学生自己的检索，熟悉一些常用电池的化学原理。培养学生综合素质，让其独立分析问题独立查找资料等能力。

情感目标：

通过小组讨论，培养学生团结协作的团队精神。

教学建议

教学目标的达成

学生以小组为单位，以小组长为核心，开展课前的各项准备活动，小组长统筹安排布置任务，做到分工明确，小组内成员协同合作，共同完成分配的任务，同时，各小组之间开展竞赛，在公平竞争中，突出小组团结协作的精神。

从现代教学的观点看，教师在教学活动中的地位并非只是知识的传授者和学习的组织者，而是鼓励每个学生充分发挥自己的特长，施展自己的才能。通过网上信息搜索，动手实验，独立地“发现”新知识，相互质疑，提出自己的见解，共同探索新的知识。教师在其中是一名参与者，首先要掌握本解内容的相关资料，做到心中有数，做好回答学生可能提出的各种问题，同时，还要做一名忠实的“听众”和难缠的“学生”，在学习中不断向学生有导向性的发难,了解他们的知识结构和能力水平。

在学生各自求索的基础上，教师要为学生提供交流的机会和充足的交流时间，使每一名学生充分展示自己的学习成果，同时培养学生将所想讲出来，并且通过讲述得到锻炼。要让学生敢讲、善讲、能讲、会讲，大量的信息刺激和思维交锋，对每一位同学产生集思广益的合力效应，同时对学生个体起到互补效应。从而使个体与群体的创造力得到充分发挥。

教材分析一

本节是高二化学第三章第四节，本章教材的前三节介绍了铝和铁等金属的一些知识，在此基础上介绍有关电化学的知识是恰当的，这也是新教材的高中化学唯一的一节纯电化学课。前期相关的知识与此有关的章节有，本章的第三节曾简单涉及到了电解法冶炼金属、金属的性质、高一学的氧化还原反应和化学反应中的能量变化等。电解是把电能转化为化学能的过程，原电池是把化学能转变为电能的一种装置。早在高一化学的第一章也曾介绍了化学反应中的能量转化，能量守恒。本节教材从结构上看可分为三部分，第一部分是原电池的化学原理和原电池的组成；第二部分是化学电源——常见电池的介绍；第三部分是选学（有条件的学校选学）——金属的电化腐蚀。教材的正面教学内容是原电池的组成、原电池化学原理和化学电源。应用方面包括利用原电池原理制成的多种电池在工农业生产、科学研究、日常生活等方面的广泛用途，从本质上弄清金属（铁）电化学腐蚀的原因和防护措施。

本节课的课堂实验非常重要，现象要求明显。有条件的学校最好让学生自己动手实验，建议

两个同时互动，电流表和小灯泡互动，1号干电池和铜锌原电池互动，在互动中进行比较和判断，对确定电流方向和电极名称很有益处。

教材分析二

原电池是在学生学习了强、弱电解质的概念，化学平衡的基本理论，氧化还原的基本理论后，通过具体的问题背景提出关于化学能如何转化为电能，为学生提供人类早期开发、利用电能的学习材料和知识背景。但它的理论性较强，教材内容与现实生活、学生的生活环境脱离，特别是涉及一些与物理学科交叉的内容，是学生接受起来感觉比较困难。虽然这部分知识在教学中花费较多的时间，配合较大量的习题，但多数是为迎接高考作准备，学生学习过后，感觉枯燥无味，这些都不利于充分调动学生学习的积极性，发挥学生创新能力。本设计方案试图以活动课形式，利用实验室现有条件，对日常生活中常见的几种电池进行拆解，通过结构分析，对电池的基本构造、基本工作原理有一基本了解；然后介绍《原电池》的基本原理，利用发现法激励学生积极思考；利用计算机网络查找相关网页，搜集日常生活中常见电池的工作原理，与中学化学所讲授的《原电池》内容相联系，最后涉及废旧电池或对环境造成哪些危害，其回收再利用的价值如何？对废旧电池回收再利用提出可行性设计方案。

教学建议

为了保证教学效果建议把握好教学进度，不要快。在教师的引导下，学生用实验来探究原电池的原理和组成。教师是主导，学生是主体，教材教学核心内容为主线，学生的思维为中心。五边教学（边实验、边观察、边思考、边讨论、边归纳）是首选。

教学原理的指导

以杜威的教学哲学为指导。其主要中心指导思想是：

学生应该是主动地学习；

学习应建立在内发动机的基础上；

学习应该与学生的需要与兴趣相联系；

学习应该与课堂以外的现实世界相联系；

教育应该包括学会与别人合作和交流。

教学设计方案一

课题：§3-4原电池原理及其应用

教学重点：

①原电池的化学工作原理；

②原电池的形成条件及电极反应式；电子流和电流的运动方向；

③培养学生关心科学、研究科学和探索科学的精神。

教学难点：

原电池的化学工作原理和金属的腐蚀。

教学过程：

Ⅰ复习

[提问]化学反应通常伴有能量的变化，能量有那些转换（或传递）能量的形式？

Ⅱ新课：

§3-4原电池原理及其应用

[学生实验，教师指导]

[学生思考的问题]

（1）锌和稀H2SO4直接反应的实质是什么？

（2）插入铜丝接触到锌粒后，为什么在铜丝上出气泡？

（3）铜丝上的电子由何处而来，出来的是什么气体？

学生根据实验，建议讨论步骤：现象（易）——解释（难）——结论（难）

一、原电池

对比铜锌原电池与直流电源或干电池的实验，得出有关的电极名称，电流流动方向，电子流动方向等。

电极反应：负极（锌片） Zn - 2e = Zn（氧化反应）

2+

正极（铜片）2H + 2e = H2↑（还原反应）

原电池反应：Zn + 2H = Zn + H2↑

定义：把化学能转变为电能的装置叫做原电池。

原电池中：电子流入的一极是正极（较不活泼金属），电子流出的一极是负极（较活泼金属）。

原理：较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）流向较不活泼的金属（正极）。

原电池组成：①两块相连的活泼性不同的金属（或可以导电的其它材料）；②电解质溶液（中学只局限活泼金属与电解质溶液能自发进行氧化还原反应的情况）。

原电池形成电流的条件：两块相连的活泼性不同的金属（或可以导电的其它材料）与电解质溶液接触构成闭合回路。

经常用做惰性电极材料的物质是Pt（铂）或C（石墨），如下图两个装置的电极反应是相同的。

+2++

说明：教学软件不能代替教学实验，不过可以在总结时用演示教学软件。请查阅或选用“Flash铜锌原电池”和“视频-铜锌原电池”。

[练习]判断下列装置那些能构成原电池，标出电极名称，写出电极反应。

二、化学电源

（教师可以布置课外文献检索，课堂时间有限，不可能涉及过多内容，局限于教材即可）

1、干电池

家庭常用电池。

常见的是锌-锰干电池。如图：

2、铅蓄电池

目前汽车上使用的电池。

铅蓄电池的构造是用含锑5%—8%的铅锑合金铸成格板。PbO2作为阳极，Pb作为阴极，二者-3交替排列而成。电极之间充有密度为1.25%—1.28%g•cm的硫酸溶液。

3、锂电池

锂电池是一种高能电池，锂作为负极，技术含量高，有质量轻、体积小、电压高、工作效率高和寿命长等优点。常用于电脑笔记本、手机、照相机、心脏起博器、火箭、导弹等的动力电源。

4、新型燃料电池

还原剂（燃料）在负极失去电子，氧化剂在正极得到电子。

目前常见的有，氢气、甲烷、煤气、铝等燃料与空气、氯气、氧气等氧化剂组成的燃料电池。

特点是能量大、使用方便、不污染环境和能耗少等。

三、金属的腐蚀和防护

（1）金属的腐蚀

金属腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。

◇ 析氢腐蚀（在酸性条件下）

说明：析氢腐蚀备有Flash演示教学软件，请查阅或选用。

钢铁在潮湿的空气中，钢铁表面吸附的水膜由于溶入二氧化碳，使H增多。

H2O + CO2

H2CO3

H + HCO3

+-+

构成的原电池：铁（负极）——碳（正极）——酸性电解质薄膜

负极（铁）Fe – 2e = Fe

（被氧化）

正极（碳）2H + 2e = H2↑（被还原）

◇ 吸氧腐蚀（在弱酸性或中性条件下）

+2+说明：吸氧腐蚀备有Flash演示教学软件，请查阅或选用。

钢铁在潮湿的空气中，钢铁表面水膜溶解了氧气。

构成的原电池：铁（负极）——碳（正极）——电解质薄膜

负极（铁）2Fe – 4e = 2Fe

（被氧化）

正极（碳）2H2O + O2 + 4e = 4OH（被还原）

◇ 析氢腐蚀和吸氧腐蚀往往同时发生，一般情况下，钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀。

[讨论] 析氢腐蚀或吸氧腐蚀钢铁表面水膜溶液的PH值会有什么变化？

（2）金属的防护

[通过研究讨论学习]

1、 改变金属的内部组织结构。

2、 在金属表面覆盖保护层。

涂油脂、油漆，覆盖搪瓷、塑料，电镀、热镀、喷镀，在钢铁表面形成致密而稳定的氧化膜。

3、 电化学保护法。

Ⅲ作业——教材69页：一、二、三题

[课后研究课题]

通过查找资料（包括上网）了解一种新型电池的详细化学原理和优缺点。（如海水电池、氢氧燃料电池、纽扣电池、锂电池等）

教学设计示例二

【教学目标】

-2+

1、日常生活中常见的干电池入手，首先对这些电池及拆解，了解其基本结构，通过网络资源，了解干电池中各化学物质的基本功能，为学习原电池的原理作准备；

2、使学生掌握原电池的基本化学原理；

3、通过原电池的教学活动，培养学生分析问题和解决问题的能力，并进行对立统一规律的辩证唯物主义教育；

4、以小组为单位，布置学习任务，组员分工协作，培养学生团结协作的团队精神；

5、由学生介绍日常生活中常见的各种干电池，以及当今电池发展概况，以及废旧电池回收的意义，增强学生的环境保护意识。展示各组对废旧电池回收后，作出各种无公害处理、有回收价值的化学原料的回收利用的可行性分析报告。

【教学重点】

原电池的基本化学原理

【教学难点】

1、原电池的基本化学原理；

2、原电池电极的判断及电极反应式。

【教学用具】

电流计、烧杯、导线（带鳄鱼嘴）、视频展示台、大屏幕投影多媒体计算机等。

锌板、铁板、铜板、石墨电极、常见品牌的碳性电池、碱性电池、锂离子电池、铅－酸蓄电池等。

【教学过程】

(引入)

日常生活中,我们会接触到不同种类的电池,有一次性的锌－锰酸性电池,有可重复充电的镍氢、镍镉电池、铅酸电池、锂离子电池等。这些电池虽小，但是，在生活中却扮演着及其重要的角色。你们知道电池工作的基本原理吗？它是如何发展、演化的呢？今天，我们来学习新的知识──原电池。

（展示样品）

（学生活动）

1、以组为单位，分别介绍本组课前拆解干电池的分析报告，通过查阅资料，所获取各个方面的信息。

2、分组介绍本组在获取感性知识的过程中，对电池工作原理的初步推测。

一、原电池的原理：

（提问）

将一块锌片投入稀硫酸中，会有什么现象？

（产生无色气体，同时放出热量）

锌与稀硫酸反应的实质是什么？

（结论）

锌与稀硫酸反应是一个氧化还原反应，锌失去电子，被氧化，溶液中的氢离子得到电子，被还原。这是一个化学反应完成的两个方面，没有锌失电子，就不存在在铜板上氢离子得到电子，氧化反应、还原反应同时进行，同生共灭并相互依存。从反应过程中放出热量的角度来说，这个反应将化学能转化为热能。

（提出假设）

在自然界中存在着能量守恒，能量可以从一种形式转化为另一种形式，我们能否充分利用这些能量呢？

如果将锌与稀硫酸的反应分两步完成，即：第一步锌失电子变为锌离子；第二步氢离子得电子，转化为氢原子，形成氢气。而电子的转移人为加以控制，此过程是否可行？如何实现？

（小组讨论）

上述假设能否通过实验手段实现？

（演示实验－１）

锌片与稀硫酸反应

在反应体系中插入一特制铜丝

将特制的铜丝变形

（演示实验－２）

1．将一块锌板放入稀硫酸中；

2．将一块铜板放入稀硫酸中；

3．将锌板与铜板用导线相连；

4．将电解质溶液锌板、铜板、导线、电流计、组成回路。

通过实验可以看出在闭合回路中有电流流过，因此，实现了化学能转化为电能。

（结论）原电池的定义：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。

（提问、讨论）①电流形成的条件？

(1.电荷的定向移动；2. 闭合回路，存在电动势）

②怎样构造闭合回路？

（电极、连接导线、电解质溶液……）

① 电动势是如何产生的呢？

（计算机辅助教学）

从微观角度进行分析。

（小结）

构成原电池的条件：

①活动性不同的两电极，且两电极由导线相连；

②电解质溶液，且两电极浸入其中。

（板书）

1． 构成原电池的条件：

①活动性不同的电极，且两电极由导线相连；

②电解质溶液，且两电极浸入其中。

(提问、讨论)

①原电池已经形成，如何判定它的正负极呢？

（电子流出的是负极，电子流入的为正极）

②判断下列原电池的正负极，并说明原因。

(实验)

学生自己用电流计加以验证。

（小结）

原电池的正、负极的判断。

（板书）

2． 原电池的正、负极的判断。

在原电池中，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或石墨电极作正极。

（讨论）

影响原电池的电动势大小的最主要的因素是什么？

（构成正、负电极的材料活泼性差异。差异大，电动势大。）

（讲述）

电极上发生的化学反应及表示方法。

（结论）原电池是以氧化还原反应为依据，使氧化反应与还原反应分别在设置的两个电极上进行，从而产生电流的装置。

（讲述）在科学技术飞速发展的今天，新材料、新能源成为各国高科技领域重要研究课题。利用原电池原理制得的各种新型电池不断涌现，电池向体积小、质量轻、可重复充电、高容量发展。但制造电池的过程中都用到一些重金属，例如：锰、镉、汞等，如果废旧电池随便丢弃，这些重金属离子泄漏会造成环境污染，而这种固体无机废弃物的污染很难治理，并且会影响几十年以至上百年，回收废旧电池根本在于合理科学地处理，并把有用的物质加以回收，希望我们同学从自己做起，保护环境，人人有责。

（展示）

１．常见干电池中的化学物质可能对环境造成那些影响？

２．各小组对常见干电池中的化学物质的回收、再利用、进行可行性分析。

３．各小组展示本组提出的旧干电池回收再利用的流程。

４．对各组所提方案进行评价。

（总结）

1． 构成原电池的条件；

2． 原电池正、负极的判断；

3． 电极反应表示方法。

（反馈）

1．

实验室制取氢气，用锌与稀硫酸反应。锌用纯锌好，还是用粗锌好（杂质为碳）？为什么？

2．

实验室只有纯的锌粒，怎么办？

附：板书计划

§3－6

原电池

一、原电池的原理：

1． 构成原电池的条件：

①金属活动性不同的电极，且两电极由导线相连；

②电解质溶液，且两电极浸入其中。

2.原电池的正、负极的判断。

在原电池中，较活泼的金属作负极，

较不活泼的金属或石墨电极作正极。

3.电极反应的表示法：

典型例题

例1（海水电池）1991年我国首创以铝－空气－海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，则电源负极材料为：

，正极材料为：

。正、负极反应分别为：

、

。

分析：

根据原电池构成的条件，活泼金属作负极（失去电子），发生氧化反应；惰性材料作正极（得到电子），发生还原反应。

答案：

负极材料为：Al；正极材料为：石墨等能导电的惰性材料或活泼性比铝弱的金属材料。

负极反应：3Al－12e＝3Al

正极反应：3O2＋6H2O＋12e＝12OH

例2 (燃料电池)宇宙飞船上的氢氧燃料电池，其电池反应为：2H2＋O2＝2H2O，试写出电解质溶液为盐酸时的电极反应式，并指出各电极和介质溶液的pH的变化，若电解质溶液为KOH时又如何？

分析

在负极氢气失去电子，发生氧化反应；在正极氧气得到电子，发生还原反应。若消耗H，则--+pH增大；若消耗OH，则pH减小；若生成OH，则pH增大；若生成H，则pH减小。若稀释酸溶液，则pH增大；若稀释碱溶液，则pH减小。

答案

若电解质为盐酸时：

负极：2H2－4e＝4H＋—＋

+—－—3＋pH变小

正极：O2＋4H＋4e＝2H2O

pH变大

结论：溶液被稀释，pH变大。

若电解质为KOH时：

负极：2H2－4e＋4OH＝4H2O

pH变小

正极：O2＋2H2O＋4e＝4OH－

—－—pH变大

结论：溶液被稀释，pH变小。

例3

（铅蓄电池）铅蓄电池其电极分别是Pb、PbO2，电解质是一定浓度的硫酸，工作时的反应方程式为：PbO2＋Pb＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O试分别写出其电极反应式。请写出放电时的电极反应。

分析

在负极Pb失去电子，发生氧化反应；在正极PbO2得到电子，发生还原反应。

答案

放电时是原电池

负极：Pb＋SO4－2e＝PbSO4

正极：PbO2＋4H＋SO4＋2e＝PbSO4＋2H2O

＋2－—2－