資源簡介

第四章 化學反應與電能
復習課
教材分析
電化學是研究化學能與電能相互轉換的裝置、過程和效率的科學，它的應用十分廣泛，由此形成的工業也很多，如電解、電鍍、電冶金、電池制造等。因此本章知識的學習有利于學生了解電化學反應的原理，知道電化學知識在生產、生活和科學研究中的作用。同時，本章還設計了一些有趣的實驗和科學探究活動，有利于增強學生的興趣。
教學目標
【知識與技能】
(1)掌握原電池的化學原理，能正確判斷原電池的正、負極，能正確書寫電極反應式；
(2)掌握電解原理，能熟練書寫電極反應式和電解反應方程式；
(3)知道金屬腐蝕的兩種類型，能解釋金屬發生電化學腐蝕的原因。
(4)掌握金屬的防護方法。
【過程與方法】
培養學生觀察問題、分析問題、解決問題的能力，并使學生學會歸納、總結、反思的方法。
【情感態度與價值觀】
通過原電池原理、電解池原理的學習，使學生認識到電化學知識與生活、生產的密切關系，培養學生解決實際問題的能力，并聯系生活實際，增強學生學習化學的興趣。
教學重難點
原電池、電解池的原理及電極反應式的書寫，金屬的腐蝕類型及防護方法。
教學過程
一、導入新課
本章我們學習了電化學的有關知識，了解了原電池、電解池以及金屬的電化學腐蝕與防護等知識，本節課來系統回顧和整理一下這些內容，并通過幾個典型例題加以鞏固。
二、講授新課
原電池 電解池
一個概念 將化學能轉變為電能的裝置 將電能轉變為化學能的裝置
兩個電極 負極 較活潑金屬—失電子—發生氧化反應 陽極 與電源正極相連—失電子—發生氧化反應
正極 不活潑金屬或非金屬導體—得電子—發生還原反應 陰極 與電源負極相連—得電子—發生還原反應
三個流向 電子 負極→外電路→正極 陽極→外電路→陰極
電流 正極→外電路→負極 陰極→外電路→陽極
離子 陽離子→正極 陰離子→負極 陽離子→陰極 陰離子→陽極
四個條件 ①活動性不同的兩個電極 ②電解質溶液 ③形成閉合電路 ④自發進行的氧化還原反應 ①陰、陽電極 ②電解質溶液或熔融電解質 ③形成閉合電路 ④外加直流電源
相同點 自發進行←氧化還原反應→非自發進行
【特別提示】原電池、電解池、電鍍池判定規律：
(1)若無外接電源，可能是原電池，然后依據原電池的形成條件分析判斷，主要思路是“三看”：
①先看電極：兩極為導體且活潑性不同；
②再看溶液：兩極插入電解質溶液中；
③后看回路：形成閉合回路或兩極接觸。
(2)若有外接電源，兩極插入電解質溶液中，則可能是電解池或電鍍池。當陽極金屬與電解質溶液中的金屬陽離子相同則可能為電鍍池，其余情況可能為電解池。
【例1】(雙選)在原電池和電解池的電極上所發生的反應，同屬氧化反應或同屬還原反應的是(　　)
A.原電池正極和電解池陽極所發生的反應
B.原電池正極和電解池陰極所發生的反應
C.原電池負極和電解池陽極所發生的反應
D.原電池負極和電解池陰極所發生的反應
解析：原電池的負極和電解池的陽極發生的是氧化反應，原電池的正極和電解池的陰極發生的是還原反應。
答案：BC
【練習1】某同學為了使反應2HCl+2Ag2AgCl↓+H2↑能進行，設計了下列四個裝置，你認為可行的方案是(　　)
解析：要使反應2HCl+2Ag2AgCl↓+H2↑能進行，只能通過電解裝置來實現。B項是原電池裝置(Fe作原電池的負極，Ag作原電池的正極)，其總反應為Fe+2HClFeCl2+H2↑；D項不是原電池，也不是電解池；A項是電解裝置，但Ag連接在電源的負極上，不會溶解，其實質是電解鹽酸：2HClH2↑+Cl2↑；C項是電解裝置，與電源正極連接的Ag失去電子：Ag-e-Ag+，產生的Ag+立即與溶液中的Cl-結合生成AgCl沉淀：Ag++Cl-AgCl↓，溶液中的H+獲得電子產生H2：2H++2e-H2↑，其總反應為：2HCl+2Ag2AgCl↓+H2↑。
答案：C
【過渡】以上是對原電池和電解池的復習和回顧，有關電池中電極反應方程式的書寫是本章的重點也是難點。
教學環節二：電極反應方程式的書寫
1.堿性鋅錳電池
電池總反應：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2
【學生板演】
負極反應：Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
正極反應：2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-
2.紐扣電池(銀鋅電池)
電池總反應：Ag2O+Zn+H2OZn(OH)2+2Ag
【學生板演】
負極反應：Zn+2OH- +2e-Zn(OH)2
正極反應：Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
3.鋰電池(Li-SOCl2電池)
電池總反應：8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S
【學生板演】
負極反應：8Li-8e-8Li+
正極反應：3SOCl2+8e-6Cl-+S+2S
4.鉛蓄電池
(1)放電過程
放電過程總反應：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
【學生板演】
負極反應：Pb+S-2e-PbSO4
正極反應：PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
(2)充電過程
充電過程總反應：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
【學生板演】
陰極反應：PbSO4+2e-Pb(s)+S
陽極反應：PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S
鉛蓄電池的充、放電過程：
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
5. 氫氧燃料電池
總反應式：O2+2H22H2O
【學生板演】
(1)酸性介質
負極反應：2H2 -4e-4H+
正極反應：O2+4H++4e-2H2O
(2)堿性介質
負極反應：2H2+4OH-- 4e-4H2O
正極反應：O2+2H2O+4e-4OH-
(3)中性介質
負極反應：2H2 -4e-4H+
正極反應：O2+2H2O+4e-4OH-
【師生互動】原電池電極反應方程式的書寫方法：
(1)明確正、負極；
(2)根據電極反應類型確定在電極上發生反應的物質；
(3)結合電解液的成分利用“三個守恒”(電子守恒、電荷守恒、原子守恒)寫出(湊出)電極反應方程式。
【過渡】有關電化學的計算問題是近年的高考熱點，同時也是難點。
教學環節三：有關電化學的計算
1.原電池和電解池的計算常涉及的問題
(1)兩極產物的定量計算；
(2)溶液pH的計算[pH=-lgc(H+)]；
(3)相對原子質量的計算和阿伏加德羅常數的值的測定；
(4)根據轉移電子的量求產物的量或根據產物的量求轉移電子的量的計算。
2.常用的三種方法
(1)根據電子守恒法計算：用于串聯電路、陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電荷量等類型的計算，其依據是電路上轉移的電子數相等；
(2)根據總反應式計算：先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列比例式計算；
(3)根據關系式計算：借得失電子守恒定律關系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關系式。如串聯電路中各電極得失電子數相等，即電路中通過的電量(電子總數)相等。通常存在下列物質的量的關系：。
3.步驟
(1)根據現象或其他條件(如果是電解池，可以根據與電源正、負極的連接情況)，準確判定電極上發生氧化還原反應的類型和電極名稱；
(2)準確寫出電極反應式；
(3)根據題目所給條件和所要求解的問題，使用上述合適的方法建立等量關系求解。
【例2】用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復到電解前的濃度和pH。則電解過程中轉移的電子數為(　　)
A.0.1 mol B.0.2 mol C.0.3 mol D.0.4 mol
解析：電解硫酸銅溶液的反應方程式為2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，從上述方程式可以看出，電解前后只有銅和氧的改變，電解后加入CuO就可以使溶液恢復原來的狀態。但本題提示加入Cu(OH)2后溶液恢復為原來的狀態，說明電解過程中不僅硫酸銅被電解，而且有水被電解(說明硫酸銅被電解完全)。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol的CuO和0.1 mol H2O，因此電解過程中有0.1 mol的硫酸銅和0.1 mol的水被電解，共有0.4 mol電子發生轉移。
答案：D
【練習2】將兩支惰性電極插入500 mL的AgNO3溶液中，通電電解。當電解質溶液的pH由6.0變為3.0時(設電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略)，則電極上析出銀的質量是 (　　)
A.27 mg B.54 mg C.108 mg D.216 mg
解析：陽極：4OH--4e-O2↑+2H2O
陰極：4Ag++4e-4Ag
總的電解反應式：4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
不難推導出用惰性電極電解AgNO3溶液時，發生的反應為：4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。因為有HNO3生成，所以pH要變小。生成HNO3的物質的量為(10-3-10-6)mol·L-1×0.5 L≈0.5×10-3mol，所以析出銀的質量為0.5×10-3 mol×108 g·mol-1=54 mg。
答案：B
教學環節四：關于電解問題的解題步驟
1.明確電極反應規律
(1)陰極：得電子，還原反應。
①(一般)電極本身不參加反應；
②電解質溶液中陽離子“爭”得電子。
(2)陽極：失電子；氧化反應。
①若為金屬(非惰性，Au、Pt除外)電極，電極失電子；
②若為惰性電極，電解質溶液中陰離子“爭”失電子。
2.準確判斷離子放電順序
離子的放電順序主要取決于離子本身性質，還與離子的濃度溶液的酸堿性有關。
上述順序表明在金屬活動性順序中，越活潑的金屬，其用離子越難得電子，但氧化性較強，排在之前。
(2)陰離子放電順序
若電極材料是活潑金屬，因金屬失電子能力強，陽極反應則是電極材料本身失電子被氧化，而不是陰離子放電。
3.分析電解問題的基本思路
(1)通電前，電解質溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的和)。
(2)通電時，陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結合放電順序分析誰優先放電。
(3)寫電極反應式，并結合題目要求分析電解結果，如兩極現象、水的電離平衡移動、離子濃度的變化、pH的變化等。
4.判斷電解后溶液pH變化的方法
根據原溶液的酸堿性和電極產物即可對電解后溶液pH的變化作出正確的判斷，其方法如下：
(1)若電極產物只有H2而無O2，則pH變大。
(2)若電極產物只有O2而無H2，則pH變小。
(3)若電極產物既有O2又有H2，原溶液呈酸性則pH變小，原溶液呈堿性則pH變大，原溶液呈中性則pH不變。
【例3】用陽極X和陰極Y電解Z的水溶液，電解一段時間后，再加入W，能使溶液恢復到電解前的狀態，下列符合題意的一組是(　　)
組號 X Y Z W
A C Fe NaCl H2O
B Pt Cu CuSO4 CuSO4溶液
C C C H2SO4 H2O
D Ag Fe AgNO3 AgNO3晶體
解析：A項，電解NaCl溶液反應為2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，顯然加H2O不能恢復到電解前的狀態，應通入適量HCl氣體。B項，電解CuSO4溶液時，S物質的量不變，加CuSO4溶液不能復原。C項，電解硫酸實質是電解水，再加入適量水，可使溶液復原。D項，Ag作陽極、Fe作陰極電解AgNO3溶液，實質是鐵鍍銀的過程，AgNO3溶液濃度不變，不需加AgNO3晶體。
答案：C
名師點睛：對電解質溶液進行電解時，大致分三種情況：電解質本身被電解；溶劑水被電解；電解質和水同時被電解。因此要使電解后的溶液恢復原狀，必須根據電解的化學反應原理來確定。同學們可記為：“出去什么就加什么”。
【練習3】用惰性電極電解CuSO4溶液，當Cu2+濃度下降至原來一半時停止通電，要想使CuSO4溶液恢復原濃度，應加入的物質是(　　)
A.CuSO4 B.CuO C.Cu(OH)2 D.CuSO4·5H2O
解析：發生的電解池反應為2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，電解過程中CuSO4溶液每損失2個Cu原子，就損失2個O原子，相當于損失2個CuO，為了使CuSO4溶液恢復原濃度，可加入CuO。當然，也可以加入CuCO3，但絕不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3，因為CuCO3+H2SO4CuSO4+CO2↑+H2O，相當于加CuO，而Cu(OH)2+H2SO4CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3H2O，除增加溶質外還增加了水。
答案：B
三、課堂小結
電化學知識是歷年來高考命題的重點，幾乎每年每套化學試卷中都有所涉及。其中原電池的考查往往以設計原電池的形式考查兩電極反應式的書寫、兩電極附近離子的變化、電子的轉移或電流方向的判斷等。而電解池常以電解液性質的變化或電極產物來考查電極名稱和電源名稱的判斷、電極反應式的書寫、溶液的濃度和pH的計算等。本節課重點從以上幾個方面進行復習。
板書設計
第四章 電化學基礎復習課
一、原電池和電解池的知識比較
二、電極反應方程式的書寫
三、有關電化學的計算
四、關于電解問題的解題步驟
教學反思
1.本節課的成功之處：
(1)將原電池和電解池的對比歸納為“一個概念、兩個電極、三個流向、四個條件”；
(2)為突破難點設計的多道逐層遞進的例題；
(3)注重解題規律和總結；
(4)復習課模式的創建。
2.本節課的不足之處是：
(1)知識梳理環節節奏不夠緊湊；
(2)學生板演的環節參與人數不夠。
3.以后教學中需注意的問題：繼續落實前面成功的做法，盡量讓更多的學生參與到板演環節，把握好課上的節奏，努力做出最好的教學方案，上好每一節課。

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