2017-2018学年高中化学 第一章 化学反应与能量转化 第三节 化学能转化为电能——电池（第1课时）教案 鲁科版选修4.docVIP

第一单元第三节 化学能转化为电能——电池 第1课时 原电池的工作原理 【教学目标】 1.通过观察 “Cu-Zn（CuSO4溶液）”原电池装置产生电流过程中的系列现象（如：电流强度变化、电极表面现象、电解质溶液温度变化等），感受“氧化剂和还原剂直接接触”的原电池装置在实现能量转化的过程中存在效率问题，进一步体会能量间可以相互转化及转化过程中能量守恒。 2.通过观察“Cu-Zn（盐桥）”原电池装置特点及产生电流的实验现象，分析形成电流的微观过程，了解盐桥的作用，进一步原电池的5.经历“Cu-Zn（CuSO4溶液）”原电池装置到“Cu-Zn（盐桥）”原电池装置改进的分析过程，感受科学研究中发现问题、分析问题、解决问题的探究过程。 【教学过程】 一、原电池的工作原理环节一、组装Cu-Zn-CuSO4单液电池并进行实验。 设计目的：回忆原电池的构成条件、培养系统观察和描述实验现象的能力，引出单液原电池能量转化率低的问题。 【学生活动1】已知Zn(s)+Cu2+(aq) =Zn2+(aq) +Cu(s) △H0，用以下药品和仪器组装原电池（如图2），记录实验现象（注意观察锌片表面、温度计读数和电流表的读数变化），写出电极反应方程式。 【学生实验1】实验目的：通过Cu-Zn-CuSO4原电池实验，发现单液原电池能量转化率低的问题。 实验药品和仪器： Zn片，Cu片，1mol/L CuSO4溶液， 灵敏电流表，导线，烧杯，胶头滴管，温度计。 实验装置图：（如图2） 【思考与交流1】 ①构成原电池的条件是什么？ ②写出正负极的电极反应方程式，并分析反应类型。 ③请在实验装置图上画出外电路电子的流向方向，内电路阴阳离子的移动方向。 ④请完整描述实验现象（讲解时强调海陆空、热量、电流表读数五方面描述） ⑤正负极接触同一电解质溶液的电池称为单液原电池。请结合实验现象分析单液电池效率低的原因，并尝试提出解决方案。 【小结1】①单液原电池电池效率不高的原因：Cu-Zn- CuSO4单液原电池，由于Zn片直接与CuSO4溶液接触发生置换反应，部分化学能直接转化为热能，导致电能损失；同时Zn片与表面析出的Cu形成原电池反应，导致部分电子不从导线通过，电流发生衰减，电池效率不高。 ②设计高效率的原电池的关键点是：避免氧化剂和还原剂直接接触，把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行。 二、原电池的工作原理环节二、计双液原电池，从宏观角度认识盐桥的作用 【学生活动2】以Zn+Cu2+ = Zn2+ +Cu 反应为例，设计一个新的实验装置，把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，如图3。 【思考与交流2】 ①图3的实验装置闭合开关后电流表指针会发生偏转吗？如果没有电流产生，是什么原因？ ②学习小组讨论可以采用什么材料使图3连成通路？ 【学生】实验方案1：用导线连接； 实验方案2：用电解质溶液连接。…… 【教师】这里需要连通的是内电路，应该考虑形成离子通路，不考虑用导线连接，应该用电解质溶液连接。但是有什么方法可以将溶液固定呢？ 【学生】可以用滤纸浸泡电解质溶液后连接两个烧杯，可以用U形管装电解质溶液后用棉花塞紧…… 【学生实验2】学习小组同学讨论交流得出实验方案后，再进行实验探究，并及时记录实验现象。（实验时先不发放盐桥，提醒学生实验前用砂纸打磨两个电极） 【实验结果】用长滤纸浸泡NaCl溶液或者KCl溶液后，使滤纸两端分别与两杯溶液接触，电流表指针发生偏转。 【教师】在书本有更好的方法固定电解质溶液，我们称作盐桥——U形管内装着含琼胶的KCl饱和溶液。请阅读教材71页实验4-1，我们把这样的原电池叫做双液原电池。请动手实验，思考盐桥的作用是什么？电流表的读数有没有逐渐变小？ 【学生实验3】按照实验4-1的实验装置进行实验。（给学生派发盐桥，提醒实验前用砂纸打磨两个电极） 【小结2】盐桥的作用之一：连通双液原电池的内电路。 三、原电池的工作原理环节三、从微观的角度深入认识盐桥的作用 【思考交流3】根据实验4-1，填写下表： 负极（Zn） 正极（Cu） 实验现象 电极方程式 溶液中离子浓度的变化 盐桥内离子移动的方向 【学生活动3】 根据思考与交流3的表格，4人学习小组动手摆弄卡纸模型，模拟双液原电池，指出原电池的正负极，画出电子流动方向和溶液内部离子移动的方向。 【学生】Zn片为负极，Cu片为正极，按照物理学知识，电子从负极流向正极。 因为左边烧杯发生的反应是Zn -2e- =Zn2+，ZnSO4溶液因为Zn2+的增加而带正电荷，因此盐桥内的Cl-移向ZnSO4溶液使溶液保持电中性，又因为右边烧杯发生的反应是Cu2+ +2 e- =Cu，CuSO4溶液因为Cu2+的减少、SO42-相对增加而带负电，因此盐桥内的K+移向CuSO4溶液使溶