化学选修4第四章老师参考书

当前位置：人教网2010高中化学教师中心同步教学资源课程标准实验教材教师用书选修4一、教学目标1.进一步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。2.了解常见的化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用。3.了解电解池的工作原理，知道电解在氯碱工业、电镀、电冶金方面的应用。4.能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防护金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。二、内容分析1.地位和功能本教科书的第一章着重研究了化学反应与热能的关系，本章着重研究化学反应与电能的关系，二者都属于热力学研究的范畴。电化学是研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学，它的应用十分广泛，在分析、合成等领域应用很广，由此形成的工业也很多，如电解、电镀、电冶金、电池制造等。因此本章知识有利于学生们了解电化学反应所遵循的规律，知道电化学知识在生产、生活和科学研究中的作用。同时，本章还设计了一些有趣的实验和科学探究活动，这有利于学生增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向。2.内容结构本章包括原电池、化学电源、电解池、金属的电化学腐蚀与防护四部分内容。原电池学生在必修化学2中学习了由锌片、铜片和稀硫酸溶液组成的简单原电池，初步了解了原电池原理。在本章第一节中将学习带有盐桥的较复杂的原电池，进一步认识原电池的构成和反应原理，了解设计原电池、选用正、负电极的原则。化学电源学生在必修化学2中对于化学电池的原理和应用，已有了初步的了解，本章在电池选用的标准，以及在一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理方面，均有所拓宽和加深。电解池教科书以CuCl2溶液的电解为例，介绍了电解的原理。由于课程标准不要求介绍电极电势、分解电压等概念，因此这里只是简单地说明电解的产物，而不能定量地分析电解过程中什么离子能参与放电。在电解原理的应用中，教科书简单地介绍了电解饱和食盐水制取烧碱、氯气和氢气，电镀，铜的电解精炼以及电冶金制取活泼金属的知识，目的是拓宽学生的知识面，开拓他们的科学技术视野。金属的电化学腐蚀与防护教科书阐述了金属腐蚀造成的严重危害，指出金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。这里着重讨论了电化学腐蚀的机制，阐述了析氢腐蚀和吸氧腐蚀的反应原理，指出金属电化学腐蚀的本质是金属表面形成了微型原电池，使金属失去电子而被氧化。同时指出，人们根据对金属电化学腐蚀本质的认识，发明了防护金属电化学腐蚀的方法，并具体地介绍了牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。本章知识的逻辑关系如下：3.内容特点前面已经谈到，本章部分内容在必修化学2中已经涉及，在这里做了扩展与提高。由于在材料广度和理论深度上有所限制，不涉及技术细节和电极电势、分解电压等定量概念，所以本章内容还是比较容易掌握的。本章内容密切联系社会生产和生活实际，而且设计了一些有趣的实验和科学探究活动，教学中能够引起学生的学习兴趣。三、课时分配建议第1节原电池1课时第2节化学电源1课时第3节电解池2课时第4节金属的电化学腐蚀与防护1课时复习机动1课时小计6课时【目录】【上一页】【下一页】关闭打印推荐给朋友大中小一、教学设计本节内容以必修化学2第二章第二节“化学能与电能”为基础，进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对原电池中闭合电路形成过程的分析，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念，要求学生能够写出相关的电极反应式和电池反应方程式。同时，帮助学生对电化学的研究和应用范围形成一个概貌性的认识。鉴于课程标准对电极电势等概念不作要求，在理论方面控制了知识的深度，因此在教学中只需要借助氧化还原反应理论和金属活动性顺序以及物理学中的电学知识对有关问题进行一些定性的介绍和分析（如对原电池中正、负电极的判断，设计原电池时对正、负电极材料和电解质溶液的选择以及对电极反应产物的判断等）。本节教学可采用实验探究法，即引导学生通过对原电池产生电流现象的观察和分析，去发现原电池在实现能量转化过程中存在的矛盾，并设想解决矛盾的思路，理解现有的解决矛盾的方法。应该说，在原电池中设置盐桥不是一个普通的技术改进，而是对旧的思维模式的一个质的突破。过去认为氧化剂、还原剂只有直接接触、相互作用才能发生电子转移，而现在，是使氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同的区域之间通过特定的装置实现了电子的定向转移，为原电池持续、稳定地产生电流创造了必要的条件，也为原电池原理的实用性开发奠定了理论基础。本节教学重点：进一步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。本节教学难点：原电池的工作原理。教学建议如下：1.本课教学，应充分调动学生在学习过程中的自主意识，以实验为载体，创设问题情境，将对原有知识的回顾与新知识的引入融为一体，将实验探究与思考交流交替进行，凸现学生的主体作用。2.新课引言，需要从知识的系统性方面让学生对本章内容有一个总体认识。了解电化学“是研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学”，了解电化学包含的两种反应过程与能量转换的关系。同时，可通过播放一些有关氯碱工业、电镀、电冶金工艺和各类电池的图像，帮助学生对电化学的研究领域和工艺形成一些感性认识。3.关于本课教学的重心——原电池，可以在教科书【实验4-1】的基础上补充一组探究性实验，以深化对原电池原理的理解。具体方案：【补充实验4-1-1】学生分组实验（或投影相关的实验过程）将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片直接接触，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。现象：铜片表面明显有铜析出，电流计指示无电流通过。问题与思考：上述实验装置构成了原电池吗？如果没有发生原电池反应，铜片表面为什么明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解？如果实验装置就是原电池，为什么电流计的指针又不动，表现出无电流产生？（实验中可单独置一铜片于该CuSO4溶液中，以作对比，说明铜不与硫酸铜溶液反应。）判断：根据“铜片表面明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解”的实验现象，应该表现出原电池中电极反应的特点；借助物理学中的电学知识可以判断，电流计指针不动的原因可能跟锌片与铜片直接接触有关。设想：如果要证明上述装置就是原电池，确实实现了化学能与电能之间的转换，就必须证明锌片与铜片之间确实有电流通过，如何证明？【补充实验4-1-2】将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，再同时浸入盛有CuSO4溶液的烧杯中。现象1：电流计指针发生偏移，并指示电子是由锌片流向铜片，在铜片表面有红色的铜析出。结论：发生了原电池反应，可以肯定【补充实验4-1-1】中的装置构成了原电池。并且，其中锌为原电池的负极，铜为正极。现象2：随着上述实验时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，最终又没有电流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。分析：由于锌片与CuSO4溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止了，也就无电流再产生。思考：作为原电池，其功能就是要将化学能转换成电能，上述实验中负极上的变化势必影响原电池的供电效率。能否设法阻止溶液中的Cu2+在负极（锌）表面还原？讨论后，演示教科书中的【实验4-1】。分析：改进后的装置能持续、稳定的产生电流的原因。分析过程中，要求学生指出上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。【补充实验4-1-3】将上述实验装置中的硫酸铜溶液换成相同浓度的稀硫酸，观察并比较产生电流强度的大小。分析：可借助金属活动性顺序分析上述实验电流强度大小不同的原因，同时也可以说明溶液中H+与Cu2+离子在正极放电的顺序。【补充实验4-1-4】师生共同探讨如何利用：Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag的反应原理，设计一个能持续产生电流的原电池装置。（设计中需注意烧杯中电解质溶液和盐桥内电解质溶液的合理选用，在进行讨论后，可根据实际情况由教师或学生在讲台上演示实验。）4.关于本课的小结可组织学生完成，最终归纳时可侧重以下几个方面：（1）原电池的功能：将化学能转换成电能。（2）原电池输出电能的能力：首先取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力；同时，装置设计的合理性以及影响电极反应的条件也是至关重要的因素。（3）对本课教学过程中的探究活动予以适度评价。另外，关于原电池原理应用于技术产品的开发应注意哪些方面的问题，可作为学生预习下一节——“化学电源”的思考题，也可作为学生利用课外时间开展的小型研究性活动课题。二、活动建议【实验4-1】实验前应用砂纸将锌片表面打磨，除去氧化膜，以便观察到正常的电流强度由大到小的变化情况。所用电解质溶液的浓度一般控制在1mol/L。盐桥的制作方法：方法1：取1g琼脂置于烧杯中，加入100mL饱和KCl溶液，加热，使琼脂融化成糊状，趁热加入U形管中，待冷却后即可充当盐桥。方法2：将KCl饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可。【科学探究】图4-1用不同金属片制作原电池准备以下金属片：Cu、Ag、Zn、Fe、Al正极：Cu或Ag负极：Zn或Fe、Al电解质溶液：NaCl溶液（实验装置如图4-1所示）操作步骤：1.将用作正、负极的金属片用砂纸打磨干净（银电极可以自制，通过银镜反应在一洁净的小玻璃片上镀上银即可）。2.用导线分别将正、负极与灵敏电流计相连，将4层滤纸夹在正极片与负极片之间，置于一塑料方盒中（可用盛装过试纸的空塑料盒，务必使两极与滤纸紧贴在一起），再滴入食盐水浸湿滤纸，观察现象。3.按上述操作分别用Cu、Ag（正极）和Zn、Fe、Al（负极）组成的原电池作实验，观察它们的差异。讨论：（1）通过以上探究活动，你认为哪两种金属组成原电池正、负极时，产生的电流强度较大？（2）你认为上面组成的各原电池具体是利用什么反应使化学能转换成电能的？（3）关于原电池的电流强度大小除了受金属活动性影响之外，还与哪些因素有关？（4）在利用原电池原理研制具有实用性的化学电池时，你认为需要考虑哪些问题？三、习题参考参考答案1.由化学能转变为电能的装置。氧化反应，负极；还原反应，正极。2.铜，Cu-2e-==Cu2+；银，Ag++e-==Ag。3.a、c、d、b。4.B;5.B、D。图4-2锌铁原电池装置6.装置如图4-2所示。负极：Zn-2e-==Zn2+正极：Fe2++2e-==Fe【目录】【上一页】【下一页】关闭打印推荐给朋友大中小一、教学设计前面关于原电池的学习，是了解化学能怎样转换成电能的理论性问题，而本节教学是要进一步了解依据原电池原理开发的技术产品——化学电池。化学电池是一类应用范围广、实用性强的电源，小到手表、单放机、儿童玩具，大到航空航天、卫星通讯，几乎无处不在。因此，学生在过去的学习和生活中已经对许多不同类型的电池有所了解。正是基于这一点，教科书一开始设置的“学与问”就是要学生自觉地将自己已经积累的感性知识与新课教学内容紧密联系起来。为了帮助学生对化学电池的了解继续深入一步，在具体知识方面，教科书概要性地介绍了电池的分类、优点以及质量优劣的判断标准，并以三大类型电池——一次电池、二次电池、燃料电池的相关知识为主线，以碱性锌锰电池、铅蓄电池和氢氧燃料电池为代表，简要介绍了电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围，引出了“活性物质”、“比能量”、“比功率”、“自放电率”、“记忆效应”以及“绿色”环保等概念。其他各类电池的内部构造、各类电池电极反应的实际过程比较复杂，不便逐一深究，所以教学中对相关知识深度的把握应以课程标准和教科书为准。本节教学注重电化学知识与科技发展的紧密联系，教科书中提供了“锌银电池”“锂电池”“微型燃料电池”等阅读资料，目的是帮助学生了解电池工业发展的现状和前景。在教学中，我们还应密切关注能源、环保方面的时事新闻，关注科技发展的动态，以适时地为教学补充相关素材。本节教学重点：一次电池、二次电池和燃料电池的