电能转化为化学能教学设计

时间:2019-01-09 15:50:47 作者:panlinx 资料来源:网络

电能转化为化学能教学设计



来源 莲山 课件 w ww.5 Y k J.coM 电能转化为化学能教学设计

问题式情境导入:

我们同学们都知道,电解水可以产生氢气和氧气。但是有一伙人在电解水的过程中,现象却和我们已知的现象大不相同。怎么回事呢?近日,在我老家农村来了一群推销净水器的小伙子,他们用水质电解仪分别电解自来水和纯净水,结果发现,通电后,自来水开始变混浊,变色,而纯净水变化不大,他们说,自来水中产生的有色物质是“农药”、“病毒”、“重金属”等有害物质,而净化水中不含,由此来推广他们的净水器。难道,咱们的自来水真的不能饮用了吗?如果可以饮用,那么电解自来水的时候,水质变色的原因是什么呢?希望大家通过今天的学习,能够帮老乡们解开疑惑。

师:我们这段时间一直在学习化学反应与能量转化,请问在电解水生成氢气和氧气的过程中,实现了哪些形式的能量之间的转化呢?

生:电能转化为化学能。

师:回想一下,我们所学的知识中,是否还有其他将电能转化为化学能的反应呢?举例。

生:电解饱和食盐水(氯碱工业)、电解熔融氯化钠制备钠单质,电解熔融氯化镁制备镁单质,电解熔融氧化铝制备铝单质、冶炼铜(铜的电解精炼)等。

师:这些反应的共同之处是什么呢?从反应条件和反应类型角度回答。

生:它们共同之处就是有电源接入,反应类型都属于氧化还原反应的。

师:像这样,将电流通过电解质溶液或熔融态电解质,从而引发氧化还原反应的过程称为电解,同时,实现了将电能转化为化学能。而用于电解反应进行的装置我们称为电解池。例如:

 这是必修一氯气的工业制备——电解饱和食盐水的装置图,请大家通过观察,对比原电池的构成条件,总结电解池的构成条件有哪些?

生:电源,两个电极(碳棒),电解质溶液,闭合回路。

师:大家总结的非常棒。我们将与电源正极相连的电极称为阳极,与电源负极相连的电极称为阴极,以电解饱和食盐水为例,请大家根据物理电路中电流电子的知识,并结合原电池的工作原理,分别从电子流向,离子流向,两极电极反应类型,电极反应式以及总反应入手分析电解池的工作原理。

【小组讨论】

生:电子流向:从电源负极流出,流入阴极,从阳极流出,流入电源正极。

离子流向:阳离子流向阴极,阴离子流向阳极。

电极反应类型:

阳极:2Cl--2e-=Cl2       氧化反应

阴极:2H++2e-=H2          还原反应

总反应:2Cl-+2H2O=通电=2OH-+H2+Cl2

师:根据我们上节课所学,大家认为,两极电极反应式和总反应之间应该是什么关系?

生:两极电极反应式加和等于总反应方程式。

师:请大家动动手,看看刚刚所写的是否符合?不符合的原因会是什么呢?提示:H+的来源

生:H+来源于水的电离,水是若电解质,溶液中的氢离子很少。

师:应该如何书写呢?

生:2H2O+2e-=H2+2OH-

师:大家写的非常棒。请问大家,溶液中除了H+和Cl-之外,还有没有其他的阴阳离子?为什么阳离子去得电子是H+而不是其他阳离子?同理,为什么阴离子去失电子而不是其他阴离子?

【小组讨论】

生:阳离子的得电子能力:H+>Na+,阴离子的失电子能力:Cl->OH-

师:回顾氧化还原反应中判断氧化性和还原性的方法,推断溶液中简单阳离子的得电子能力顺序,常见阴离子如S2-、Cl-、Br-、I-、OH-、F-等失电子能力顺序。

生:简单阳离子的得电子顺序与金属活动性顺序整好相反:K+2++2+<</span>……2+<</span>……+2++<</span>……,阴离子的失电子顺序:S2-> I-> Br-> Cl-> OH-> F-。

师:F2的氧化性是最强的,因此F-的还原性就是最弱的,溶液中的含氧酸根离子应介于OH-和F-之间,即阴离子的失电子能力顺序为:S2-> I-> Br-> Cl-> OH->含氧酸根> F-。

得失电子能力的具体体现就是物质的氧化性和还原性。以上同学们所得即为阳离子的氧化性顺序、阴离子的还原性顺序,提到还原性,在元素周期表中有一类元素的单质主要体现还原性,是什么呢?

生:金属元素。

师:金属单质的失电子能力与溶液中的阴离子进行比较,谁更强呢?并说明原因。

生:应该是金属单质。例如Fe可以和Cu2+反应,置换Cu,但阴离子还原性最强的S2-却不可以,只能生成硫化铜沉淀。

师:因此失电子能力顺序:金属单质> S2-> I-> Br-> Cl-> OH->含氧酸根> F-。金属单质还有一个性质,可以导电,因此可以做电极材料。根据这些理论,请同学们完成以下练习:(1)观看视频,并完成课本P44的观察与思考。(2)思考问题“将观察与思考”实验中的阳极材料换作Cu,电极反应和总反应还与之前相同吗?如果不同,请书写更换后的电极反应式。(3)如果将实验中的阴极材料换作Cu电极反应和总反应还与之前相同吗?

生:阳极:Cu-2e-=Cu2+、阴极:Cu2++2e-=Cu

师:这就是粗铜的电解精炼,也是电解池在工业上的主要应用。我们今天共同认识了电能是如何转化为化学能的,知道了什么是电解,电解池,了解了电解池的工作原理,认识了电解的实际应用。请你从工作原理,构成条件进行对比总结,电解池和原电池的异同之处并完成表格内容。

生:

 
 原电池
 电解池
 
两极名称
 正、负
 阴、阳
 
两极材料要求
 (除燃料电池外)活泼性差异、导电
 导电
 
两极发生的

反应类型
 负氧正还
 阴还阳氧
 
电子转移方向
 负极出-外电路-正极入
 负极出-阴极入、

阳极出-正极入
 
离子移动方向
 阳离子(正电荷)向正极、阴离子(负电荷)向负极
 阴离子向阳极、阳离子向阴极
 
总反应的类型
 自发进行的氧化还原反应
 电解条件下的氧化还原反应
 
总反应的条件
 无
 通电(电解)
 
总反应和两电极反应之间的关系
 正极电极反应式+负极电极反应式=总反应
 阴极电极反应式+阳极电极反应式=总反应
 
是否需要电解质溶液
 是
 
是否需要外接电源
 否
 是
 
   

那么,根据今天所学,我们回头思考本节课开始时候的问题,为什么电解自来水,水质会变色,而电解纯净水不会变色?思考问题之前,我给大家看一下水质电解仪的构造,水质电解仪有两组电极,分别为铁棒和铝棒,其中铁棒连接电源的正极。请你利用所学帮农民伯伯解答疑惑。

生:铁棒连接电源的正极做阳极,发生失电子的氧化反应,由于铁失电子能力强于溶液中的阴离子,从而会发生铁失电子变亚铁离子的反应,另一极水电离产生的氢离子得电子变成氢气,剩余氢氧根离子,亚铁离子和氢氧根离子结合生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁迅速被氧化,由白色沉淀迅速变为灰绿色,最终变为红褐色,从而看到水质变色,变浑。

师:为什么自来水变色,而纯净水不怎么变色呢?其实是因为自来水中含部分矿质离子,导电性比纯净水要好一些,因此现象比较明显。生活中有人利用化学原理去行骗,但却骗不了我们真正学过化学的人,我们应该利用所学去帮助我们身边的人认识真理。

我们今天的作业是,阅读课本P45并思考:

(1)阳极材料、阴极材料分别是什么?

(2)阳极泥的主要成分是什么?电解质溶液是什么?

(3)电解结束后,阴阳两极转移电子数目是否相等?两电极的质量变化是否相等?电解质溶液中C(Cu2+)会增加、减少还是不变?
 文

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