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第四章　電化學(xué)基礎(chǔ) 本教科書(shū)的第一章著重研究了化學(xué)反應(yīng)與熱能的關(guān)系，本章著重研究化學(xué)反應(yīng)與電能的關(guān)系，二者都屬于熱力學(xué)研究的范疇。 電化學(xué)是研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置、過(guò)程和效率的科學(xué)，它的應(yīng)用十分廣泛，在分析、合成等領(lǐng)域應(yīng)用很廣，由此形成的工業(yè)也很多，如電解、電鍍、電冶金、電池制造等。因此本章知識(shí)有利于學(xué)生們了解電化學(xué)反應(yīng)所遵循的規(guī)律，知道電化學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的作用。同時(shí)，本章還設(shè)計(jì)了一些有趣的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究活動(dòng)，這有利于學(xué)生增強(qiáng)探索化學(xué)反應(yīng)原理的興趣，樹(shù)立學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的志向。 本章包括原電池、化學(xué)電源、電解池、金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)四部分內(nèi)容。 學(xué)生在必修化學(xué)2中學(xué)習(xí)了由鋅片、銅片和稀硫酸溶液組成的簡(jiǎn)單原電池，初步了解了原電池原理。在本章第一節(jié)中將學(xué)習(xí)帶有鹽橋的較復(fù)雜的原電池，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)原電池的構(gòu)成和反應(yīng)原理，了解設(shè)計(jì)原電池、選用正、負(fù)電極的原則。 化學(xué)電源學(xué)生在必修化學(xué)2中對(duì)于化學(xué)電池的原理和應(yīng)用，已有了初步的了解，本章在電池選用的標(biāo)準(zhǔn)，以及在一次電池、二次電池和燃料電池的反應(yīng)原理方面，均有所拓寬和加深。 電解池教科書(shū)以CuCl2溶液的電解為例，介紹了電解的原理。由于課程標(biāo)準(zhǔn)不要求介紹電極電勢(shì)、分解電壓等概念，因此這里只是簡(jiǎn)單地說(shuō)明電解的產(chǎn)物，而不能定量地分析電解過(guò)程中什么離子能參與放電。在電解原理的應(yīng)用中，教科書(shū)簡(jiǎn)單地介紹了電解飽和食鹽水制取燒堿、氯氣和氫氣，電鍍，銅的電解精煉以及電冶金制取活潑金屬的知識(shí)，目的是拓寬學(xué)生的知識(shí)面，開(kāi)拓他們的科學(xué)技術(shù)視野。 關(guān)于金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)，教科書(shū)闡述了金屬腐蝕造成的嚴(yán)重危害，指出金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類(lèi)。這里著重討論了電化學(xué)腐蝕的機(jī)制，闡述了析氫腐蝕和吸氧腐蝕的反應(yīng)原理，指出金屬電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)是金屬表面形成了微型原電池，使金屬失去電子而被氧化。同時(shí)指出，人們根據(jù)對(duì)金屬電化學(xué)腐蝕本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，發(fā)明了防護(hù)金屬電化學(xué)腐蝕的方法，并具體地介紹了犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法。 前面已經(jīng)談到，本章部分內(nèi)容在必修化學(xué)2中已經(jīng)涉及，在這里做了擴(kuò)展與提高。由于在材料廣度和理論深度上有所限制，不涉及技術(shù)細(xì)節(jié)和電極電勢(shì)、分解電壓等定量概念，所以本章內(nèi)容還是比較容易掌握的。 本章內(nèi)容密切聯(lián)系社會(huì)生產(chǎn)和生活實(shí)際，而且設(shè)計(jì)了一些有趣的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究活動(dòng)，教學(xué)中能夠引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 課時(shí)分配建議 第1節(jié)　原電池　1課時(shí) 第2節(jié)　化學(xué)電源　1課時(shí) 第3節(jié)　電解池　2課時(shí) 第4節(jié)　金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)　1課時(shí) 復(fù)習(xí)　1課時(shí) 小計(jì)　6課時(shí) 第一節(jié)　原電池 說(shuō)課　　　　　 本節(jié)內(nèi)容以必修化學(xué)2第二章第二節(jié)“化學(xué)能與電能”為基礎(chǔ)，進(jìn)一步介紹原電池的組成和工作原理，通過(guò)對(duì)原電池中閉合電路形成過(guò)程的分析，引出半電池、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念，要求學(xué)生能夠?qū)懗鱿嚓P(guān)的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。同時(shí)，幫助學(xué)生對(duì)電化學(xué)的研究和應(yīng)用范圍形成一個(gè)概貌性的認(rèn)識(shí)。 鑒于課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電極電勢(shì)等概念不作要求，在理論方面控制了知識(shí)的深度，因此在教學(xué)中只需要借助氧化還原反應(yīng)理論和金屬活動(dòng)性順序以及物理學(xué)中的電學(xué)知識(shí)對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行一些定性的介紹和分析(如對(duì)原電池中正、負(fù)電極的判斷，設(shè)計(jì)原電池時(shí)對(duì)正、負(fù)電極材料和電解質(zhì)溶液的選擇以及對(duì)電極反應(yīng)產(chǎn)物的判斷等)。 本節(jié)教學(xué)可采用實(shí)驗(yàn)探究法，即引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)原電池產(chǎn)生電流現(xiàn)象的觀察和分析，去發(fā)現(xiàn)原電池在實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在的矛盾，并設(shè)想解決矛盾的思路，理解現(xiàn)有的解決矛盾的方法。應(yīng)該說(shuō)，在原電池中設(shè)置鹽橋不是一個(gè)普通的技術(shù)改進(jìn)，而是對(duì)舊的思維模式的一個(gè)質(zhì)的突破。過(guò)去認(rèn)為氧化劑、還原劑只有直接接觸、相互作用才能發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，而現(xiàn)在，是使氧化劑和還原劑近乎完全隔離，并在不同的區(qū)域之間通過(guò)特定的裝置實(shí)現(xiàn)了電子的定向轉(zhuǎn)移，為原電池持續(xù)、穩(wěn)定地產(chǎn)生電流創(chuàng)造了必要的條件，也為原電池原理的實(shí)用性開(kāi)發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。 教學(xué)建議如下： 1．本課教學(xué)，應(yīng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的自主意識(shí)，以實(shí)驗(yàn)為載體，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，將對(duì)原有知識(shí)的回顧與新知識(shí)的引入融為一體，將實(shí)驗(yàn)探究與思考交流交替進(jìn)行，凸現(xiàn)學(xué)生的主體作用。 2．新課引言，需要從知識(shí)的系統(tǒng)性方面讓學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容有一個(gè)總體認(rèn)識(shí)。了解電化學(xué)“是研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置、過(guò)程和效率的科學(xué)”，了解電化學(xué)包含的兩種反應(yīng)過(guò)程與能量轉(zhuǎn)換的關(guān)系。同時(shí)，可通過(guò)播放一些有關(guān)氯堿工業(yè)、電鍍、電冶金工藝和各類(lèi)電池的圖像，幫助學(xué)生對(duì)電化學(xué)的研究領(lǐng)域和工藝形成一些感性認(rèn)識(shí)。 3．關(guān)于本課教學(xué)的重點(diǎn)——原電池，可以在教科書(shū)[實(shí)驗(yàn)41]的基礎(chǔ)上補(bǔ)充一組探究性實(shí)驗(yàn)，以深化對(duì)原電池原理的理解。 設(shè)計(jì)理念　　　　　 本節(jié)課的教材依據(jù)是人教版高二年級(jí)選修4第四章第一節(jié)《原電池》。原電池是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種裝置，也是化學(xué)與能源相聯(lián)系的很關(guān)鍵的內(nèi)容，這些知識(shí)不但能讓學(xué)生大開(kāi)眼界，而且還能為環(huán)境、能源與可持續(xù)發(fā)展提供良好的教學(xué)內(nèi)涵，所以這部分知識(shí)是應(yīng)該以全新的教學(xué)理念進(jìn)行學(xué)習(xí)。在設(shè)計(jì)本節(jié)課教學(xué)時(shí)遵循新課改的理念，引導(dǎo)學(xué)生從一個(gè)水果電池引入電池的內(nèi)容，這樣能激起學(xué)生對(duì)本節(jié)課的好奇心，可以達(dá)到教學(xué)創(chuàng)設(shè)情境的需要。在上課過(guò)程中，注重與學(xué)生的溝通和交流，讓課堂成為學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自主學(xué)習(xí)和自主探究的環(huán)境。本節(jié)課主體采用“問(wèn)題情景―→實(shí)驗(yàn)探究―→質(zhì)疑討論―→分析推理―→整合運(yùn)用”的學(xué)習(xí)方法，在實(shí)驗(yàn)探究中學(xué)習(xí)原電池的概念及構(gòu)成條件。 　　三維目標(biāo)　　　　　 知識(shí)與能力 1．使學(xué)生理解原電池的化學(xué)原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)正確判斷原電池的正負(fù)極。 2．了解能源與化學(xué)能之間的關(guān)系；能初步設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。 3．初步掌握形成原電池的基本條件，并能將理論應(yīng)用于實(shí)際。 過(guò)程與方法 1．利用實(shí)驗(yàn)探究方法學(xué)習(xí)原電池的原理；結(jié)合生活實(shí)際，學(xué)習(xí)原電池原理在生活中的實(shí)際運(yùn)用。 2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)不斷總結(jié)、發(fā)現(xiàn)、歸納知識(shí)的要點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造能力。 情感態(tài)度與價(jià)值觀 應(yīng)用辯證唯物主義的思維方法，抓住氧化還原反應(yīng)是原電池工作原理的本質(zhì)；由師生共同參與討論發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)不斷體現(xiàn)由實(shí)踐→認(rèn)識(shí)→再實(shí)踐→再認(rèn)識(shí)的認(rèn)識(shí)過(guò)程，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。 教學(xué)重難點(diǎn)　　　　　 教學(xué)重點(diǎn) 原電池的工作原理。 教學(xué)難點(diǎn) 原電池的形成條件及電極反應(yīng)。 電子流向、電流方向以及陰陽(yáng)離子運(yùn)動(dòng)方向。 教學(xué)方法 講授、演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、多媒體輔助教學(xué)。 教學(xué)準(zhǔn)備 教師制作課件、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。 學(xué)生做好適當(dāng)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備。 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖 “番茄電池”引課 取一個(gè)熟透的番茄，在番茄里平行地插入銅片和鋅片，用導(dǎo)線將銅片與鋅片及電流表相連，可觀察到電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 學(xué)生們?cè)谏钪幸呀佑|過(guò)各種各樣的電池，竟然番茄也能制出電池！可大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，帶著高漲的學(xué)習(xí)興趣進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。 分析水果電池的工作原理： 1．有兩個(gè)活潑性不同的電極材料。 2．有水果汁起到電解質(zhì)作用，作為一部分導(dǎo)線使用。 3．形成閉合回路。 4．能自發(fā)發(fā)生有電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng)。 聆聽(tīng)，思考，對(duì)水果電池有何想法？ 用水果電池引入電流后，自然就會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生好奇心，這里學(xué)生能通過(guò)自己的眼睛看到的聯(lián)想到知識(shí)層面上，這是一個(gè)質(zhì)的突破，也為學(xué)生的能力提高打下了基礎(chǔ)。 用多媒體演示銅鋅稀硫酸原電池的工作原理并展開(kāi)對(duì)學(xué)生的釋疑過(guò)程。 1．分析鋅與硫酸反應(yīng)的過(guò)程與原理。 2．分析銅與鋅用導(dǎo)線連起來(lái)所發(fā)生的化學(xué)變化。 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，自己動(dòng)手做銅鋅稀硫酸原電池的裝置，并觀察所看到的現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)步驟 1．鋅片插入稀硫酸中。 2．銅片插入稀硫酸中。 3．銅片、鋅片一同插入稀硫酸中。 4．鋅片、銅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中。 5．在導(dǎo)線中接入電流表，電流表指針偏轉(zhuǎn)，學(xué)生可根據(jù)電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷電子是由鋅片流向銅片。 為了更好地探索原電池的化學(xué)原理，變學(xué)生被動(dòng)接受式學(xué)習(xí)為主動(dòng)發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)，突出學(xué)生的主體地位，將教材中的教師演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，這樣依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層層設(shè)疑，將學(xué)生的思維步步引向深入，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)提出假設(shè)，驗(yàn)證假設(shè)，突破教學(xué)難點(diǎn)。不僅如此，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、訓(xùn)練科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。 釋疑后，對(duì)原電池的產(chǎn)生和發(fā)展做一個(gè)全面的介紹。 達(dá)到了教學(xué)的效果。 出幾道判斷是否是原電池的習(xí)題讓學(xué)生做。 動(dòng)手做題。 理論與實(shí)踐相結(jié)合。 提出疑問(wèn)：原電池的電子從哪里來(lái)？ 分組討論(還是剛才小組)。 學(xué)生對(duì)電子的來(lái)源產(chǎn)生不同的猜測(cè)，能讓學(xué)生有一種探究的精神。 分析電子的來(lái)源：是鋅提供了電子。 學(xué)生提出疑問(wèn)，電子不能從溶液中走，而是要通過(guò)導(dǎo)線，導(dǎo)線在溶液中并沒(méi)有連在一起，怎樣形成了閉合回路呢？ 釋疑：溶液中自由移動(dòng)的離子起到了導(dǎo)線的作用。 通過(guò)學(xué)生自己的疑問(wèn)，能加深對(duì)知識(shí)的理解。 釋疑：溶液在沒(méi)有外加電壓的時(shí)候，離子做雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)，一旦有外加電壓，離子就做定向運(yùn)動(dòng)。 釋疑：鋅產(chǎn)生電子時(shí)，電子帶負(fù)電，使得鋅的電勢(shì)降低，而此時(shí)銅表面沒(méi)有變化，銅的電勢(shì)高，這自然就形成了電勢(shì)差，就是我們說(shuō)的電壓。 學(xué)生的思路跟的很緊，說(shuō)明本節(jié)課是有效果的。 提出問(wèn)題：原電池是什么裝置？ 學(xué)生討論 學(xué)生自己得出來(lái)的要比教師講出來(lái)的好得多。 提出問(wèn)題：是不是所有的化學(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)原電池？ 在師生共同的努力下，完成了原電池的定義，這是一個(gè)不小的收獲。 釋疑：不是所有的化學(xué)反應(yīng)都能設(shè)計(jì)原電池，那么請(qǐng)同學(xué)們思考一下，什么樣的化學(xué)反應(yīng)可以設(shè)計(jì)原電池？ 討論，思考，得出結(jié)論。 結(jié)論是：有電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng)，即氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池。 學(xué)生產(chǎn)生疑問(wèn)，為下一步教學(xué)打下基礎(chǔ)。 提出問(wèn)題：用化學(xué)反應(yīng)：Cu＋2AgNO3＝＝＝2Ag＋Cu(NO3)2設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。 學(xué)生自己設(shè)計(jì)，分組進(jìn)行(剛才的小組)。 學(xué)生自己能把問(wèn)題解決了，達(dá)到了探究的效果，并有自主學(xué)習(xí)、自主探究的過(guò)程。 讓學(xué)生分析形成原電池的條件。 學(xué)生自己總結(jié)： 1．兩個(gè)能導(dǎo)電且活潑性不同的金屬(或金屬和非金屬)作為電極材料。 2．電解質(zhì)溶液提供自由移動(dòng)的離子。 3．形成閉合回路。 4．能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 從具體到抽象、從特殊到一般的思維方法，引導(dǎo)學(xué)生從能量轉(zhuǎn)化和氧化還原反應(yīng)兩方面概括“什么是原電池”，總結(jié)“原電池原理”，再由實(shí)驗(yàn)歸納“原電池的基本組成條件”，實(shí)現(xiàn)由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍。 總結(jié)：學(xué)習(xí)了原電池，同學(xué)們能從自己的學(xué)習(xí)中得出自己想要的東西，今天的作業(yè)就是設(shè)計(jì)一個(gè)切實(shí)可行的原電池，同時(shí)請(qǐng)同學(xué)們查找相關(guān)資源，了解我國(guó)的能源分布和利用情況，下節(jié)課我們進(jìn)行交流。 記錄作業(yè)，整理筆記。 學(xué)生自己設(shè)計(jì)，能達(dá)到自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的能力，并能自己自主探究和學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。 給學(xué)生留下了課后探究的任務(wù)，能把課堂的知識(shí)進(jìn)一步升華。通過(guò)自己查找資料，能加深對(duì)能源以及可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)，達(dá)到本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。 原電池 一、定義：化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。 二、形成條件 1．兩個(gè)能導(dǎo)電且活潑性不同的金屬(或金屬和非金屬)作電極； 2．電解質(zhì)溶液提供自由移動(dòng)的離子； 3．形成閉合回路； 4．能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 “問(wèn)題情景―→實(shí)驗(yàn)探究―→質(zhì)疑討論―→分析推理―→整合運(yùn)用”是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)課中經(jīng)常采用的基本教學(xué)程序，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)課教學(xué)的靈魂，上好實(shí)驗(yàn)課是提高課堂教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。這一節(jié)以學(xué)生熟悉的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，不斷地把實(shí)驗(yàn)展開(kāi)、深化，讓學(xué)生動(dòng)手操作，動(dòng)腦分析思考，動(dòng)口討論，歸納總結(jié)出概念和規(guī)律，對(duì)學(xué)生一時(shí)不能理解的問(wèn)題或需要深化的概念，教師要講并且要講透，每一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題要總結(jié)，要落實(shí)，為了培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的思維和能力，要及時(shí)鞏固(如讓學(xué)生讀書(shū)，做練習(xí)等)把學(xué)會(huì)的知識(shí)加以應(yīng)用，盡可能解決一些實(shí)際問(wèn)題(如實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋)。把實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象的觀察分析和本質(zhì)的歸納總結(jié)，形成知識(shí)體系，再運(yùn)用到實(shí)踐中去解決實(shí)際問(wèn)題，形成螺旋上升的全過(guò)程。 學(xué)生看到桌子上的實(shí)驗(yàn)器材表現(xiàn)了極大的興奮，這是很多習(xí)題課、純理論課所無(wú)法相比的情景。鋅與稀硫酸實(shí)驗(yàn)學(xué)生做過(guò)，是一個(gè)非常熟悉的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在重做，要提醒學(xué)生過(guò)去在實(shí)驗(yàn)中不曾注意的現(xiàn)象，仔細(xì)觀察，如鋅在反應(yīng)時(shí)表面變黑，鋅粒溶解的過(guò)程中，溶液有黑色固體出現(xiàn)以及生成氫氣的劇烈程度。接著銅片插入稀硫酸中，銅片、鋅片一同插入稀硫酸中；鋅片、銅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中；在導(dǎo)線中接入電流表，電流表指針偏轉(zhuǎn)，學(xué)生可根據(jù)電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷電子是由鋅片流向銅片。學(xué)生的積極性一下子調(diào)動(dòng)起來(lái)了，他們以極大的興趣和注意力進(jìn)行了連續(xù)的實(shí)驗(yàn)。在本案例中，問(wèn)題激疑—實(shí)驗(yàn)探究—分析歸納是課堂的主線；通過(guò)課堂的設(shè)疑，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，開(kāi)闊思路，訓(xùn)練學(xué)生的思維品質(zhì)，提高思維的能力。利用實(shí)驗(yàn)設(shè)置疑問(wèn)，提出問(wèn)題，使實(shí)驗(yàn)變得有探索性和啟發(fā)性。師生之間圍繞形成原電池條件這一重點(diǎn)開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)探究，充分體現(xiàn)了教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)原則，從提出問(wèn)題一直到解決問(wèn)題為止，學(xué)生始終處于思考、探索的學(xué)習(xí)情境中，學(xué)生的體驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)確保了全體學(xué)生主動(dòng)參與了知識(shí)的探究過(guò)程。