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第四章 化学反应与电能
复习课
教材分析
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，由此形成的工业也很多，如电解、电镀、电冶金、电池制造等。因此本章知识的学习有利于学生了解电化学反应的原理，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，有利于增强学生的兴趣。
教学目标
【知识与技能】
(1)掌握原电池的化学原理，能正确判断原电池的正、负极，能正确书写电极反应式；
(2)掌握电解原理，能熟练书写电极反应式和电解反应方程式；
(3)知道金属腐蚀的两种类型，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。
(4)掌握金属的防护方法。
【过程与方法】
培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力，并使学生学会归纳、总结、反思的方法。
【情感态度与价值观】
通过原电池原理、电解池原理的学习，使学生认识到电化学知识与生活、生产的密切关系，培养学生解决实际问题的能力，并联系生活实际，增强学生学习化学的兴趣。
教学重难点
原电池、电解池的原理及电极反应式的书写，金属的腐蚀类型及防护方法。
教学过程
一、导入新课
本章我们学习了电化学的有关知识，了解了原电池、电解池以及金属的电化学腐蚀与防护等知识，本节课来系统回顾和整理一下这些内容，并通过几个典型例题加以巩固。
二、讲授新课
原电池 电解池
一个概念 将化学能转变为电能的装置 将电能转变为化学能的装置
两个电极 负极 较活泼金属—失电子—发生氧化反应 阳极 与电源正极相连—失电子—发生氧化反应
正极 不活泼金属或非金属导体—得电子—发生还原反应 阴极 与电源负极相连—得电子—发生还原反应
三个流向 电子 负极→外电路→正极 阳极→外电路→阴极
电流 正极→外电路→负极 阴极→外电路→阳极
离子 阳离子→正极 阴离子→负极 阳离子→阴极 阴离子→阳极
四个条件 ①活动性不同的两个电极 ②电解质溶液 ③形成闭合电路 ④自发进行的氧化还原反应 ①阴、阳电极 ②电解质溶液或熔融电解质 ③形成闭合电路 ④外加直流电源
相同点 自发进行←氧化还原反应→非自发进行
【特别提示】原电池、电解池、电镀池判定规律：
(1)若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判断，主要思路是“三看”：
①先看电极：两极为导体且活泼性不同；
②再看溶液：两极插入电解质溶液中；
③后看回路：形成闭合回路或两极接触。
(2)若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则可能为电镀池，其余情况可能为电解池。
【例1】(双选)在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是(　　)
A.原电池正极和电解池阳极所发生的反应
B.原电池正极和电解池阴极所发生的反应
C.原电池负极和电解池阳极所发生的反应
D.原电池负极和电解池阴极所发生的反应
解析：原电池的负极和电解池的阳极发生的是氧化反应，原电池的正极和电解池的阴极发生的是还原反应。
答案：BC
【练习1】某同学为了使反应2HCl+2Ag2AgCl↓+H2↑能进行，设计了下列四个装置，你认为可行的方案是(　　)
解析：要使反应2HCl+2Ag2AgCl↓+H2↑能进行，只能通过电解装置来实现。B项是原电池装置(Fe作原电池的负极，Ag作原电池的正极)，其总反应为Fe+2HClFeCl2+H2↑；D项不是原电池，也不是电解池；A项是电解装置，但Ag连接在电源的负极上，不会溶解，其实质是电解盐酸：2HClH2↑+Cl2↑；C项是电解装置，与电源正极连接的Ag失去电子：Ag-e-Ag+，产生的Ag+立即与溶液中的Cl-结合生成AgCl沉淀：Ag++Cl-AgCl↓，溶液中的H+获得电子产生H2：2H++2e-H2↑，其总反应为：2HCl+2Ag2AgCl↓+H2↑。
答案：C
【过渡】以上是对原电池和电解池的复习和回顾，有关电池中电极反应方程式的书写是本章的重点也是难点。
教学环节二：电极反应方程式的书写
1.碱性锌锰电池
电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2
【学生板演】
负极反应：Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
正极反应：2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-
2.纽扣电池(银锌电池)
电池总反应：Ag2O+Zn+H2OZn(OH)2+2Ag
【学生板演】
负极反应：Zn+2OH- +2e-Zn(OH)2
正极反应：Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-
3.锂电池(Li-SOCl2电池)
电池总反应：8Li+3SOCl26LiCl+Li2SO3+2S
【学生板演】
负极反应：8Li-8e-8Li+
正极反应：3SOCl2+8e-6Cl-+S+2S
4.铅蓄电池
(1)放电过程
放电过程总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
【学生板演】
负极反应：Pb+S-2e-PbSO4
正极反应：PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
(2)充电过程
充电过程总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
【学生板演】
阴极反应：PbSO4+2e-Pb(s)+S
阳极反应：PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++S
铅蓄电池的充、放电过程：
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
5. 氢氧燃料电池
总反应式：O2+2H22H2O
【学生板演】
(1)酸性介质
负极反应：2H2 -4e-4H+
正极反应：O2+4H++4e-2H2O
(2)碱性介质
负极反应：2H2+4OH-- 4e-4H2O
正极反应：O2+2H2O+4e-4OH-
(3)中性介质
负极反应：2H2 -4e-4H+
正极反应：O2+2H2O+4e-4OH-
【师生互动】原电池电极反应方程式的书写方法：
(1)明确正、负极；
(2)根据电极反应类型确定在电极上发生反应的物质；
(3)结合电解液的成分利用“三个守恒”(电子守恒、电荷守恒、原子守恒)写出(凑出)电极反应方程式。
【过渡】有关电化学的计算问题是近年的高考热点，同时也是难点。
教学环节三：有关电化学的计算
1.原电池和电解池的计算常涉及的问题
(1)两极产物的定量计算；
(2)溶液pH的计算[pH=-lgc(H+)]；
(3)相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定；
(4)根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量的计算。
2.常用的三种方法
(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等；
(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算；
(3)根据关系式计算：借得失电子守恒定律关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。如串联电路中各电极得失电子数相等，即电路中通过的电量(电子总数)相等。通常存在下列物质的量的关系：。
3.步骤
(1)根据现象或其他条件(如果是电解池，可以根据与电源正、负极的连接情况)，准确判定电极上发生氧化还原反应的类型和电极名称；
(2)准确写出电极反应式；
(3)根据题目所给条件和所要求解的问题，使用上述合适的方法建立等量关系求解。
【例2】用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子数为(　　)
A.0.1 mol B.0.2 mol C.0.3 mol D.0.4 mol
解析：电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，从上述方程式可以看出，电解前后只有铜和氧的改变，电解后加入CuO就可以使溶液恢复原来的状态。但本题提示加入Cu(OH)2后溶液恢复为原来的状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解(说明硫酸铜被电解完全)。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol的CuO和0.1 mol H2O，因此电解过程中有0.1 mol的硫酸铜和0.1 mol的水被电解，共有0.4 mol电子发生转移。
答案：D
【练习2】将两支惰性电极插入500 mL的AgNO3溶液中，通电电解。当电解质溶液的pH由6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，则电极上析出银的质量是 (　　)
A.27 mg B.54 mg C.108 mg D.216 mg
解析：阳极：4OH--4e-O2↑+2H2O
阴极：4Ag++4e-4Ag
总的电解反应式：4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
不难推导出用惰性电极电解AgNO3溶液时，发生的反应为：4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。因为有HNO3生成，所以pH要变小。生成HNO3的物质的量为(10-3-10-6)mol·L-1×0.5 L≈0.5×10-3mol，所以析出银的质量为0.5×10-3 mol×108 g·mol-1=54 mg。
答案：B
教学环节四：关于电解问题的解题步骤
1.明确电极反应规律
(1)阴极：得电子，还原反应。
①(一般)电极本身不参加反应；
②电解质溶液中阳离子“争”得电子。
(2)阳极：失电子；氧化反应。
①若为金属(非惰性，Au、Pt除外)电极，电极失电子；
②若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争”失电子。
2.准确判断离子放电顺序
离子的放电顺序主要取决于离子本身性质，还与离子的浓度溶液的酸碱性有关。
上述顺序表明在金属活动性顺序中，越活泼的金属，其用离子越难得电子，但氧化性较强，排在之前。
(2)阴离子放电顺序
若电极材料是活泼金属，因金属失电子能力强，阳极反应则是电极材料本身失电子被氧化，而不是阴离子放电。
3.分析电解问题的基本思路
(1)通电前，电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的和)。
(2)通电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁优先放电。
(3)写电极反应式，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象、水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。
4.判断电解后溶液pH变化的方法
根据原溶液的酸碱性和电极产物即可对电解后溶液pH的变化作出正确的判断，其方法如下：
(1)若电极产物只有H2而无O2，则pH变大。
(2)若电极产物只有O2而无H2，则pH变小。
(3)若电极产物既有O2又有H2，原溶液呈酸性则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性则pH不变。
【例3】用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态，下列符合题意的一组是(　　)
组号 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晶体
解析：A项，电解NaCl溶液反应为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑，显然加H2O不能恢复到电解前的状态，应通入适量HCl气体。B项，电解CuSO4溶液时，S物质的量不变，加CuSO4溶液不能复原。C项，电解硫酸实质是电解水，再加入适量水，可使溶液复原。D项，Ag作阳极、Fe作阴极电解AgNO3溶液，实质是铁镀银的过程，AgNO3溶液浓度不变，不需加AgNO3晶体。
答案：C
名师点睛：对电解质溶液进行电解时，大致分三种情况：电解质本身被电解；溶剂水被电解；电解质和水同时被电解。因此要使电解后的溶液恢复原状，必须根据电解的化学反应原理来确定。同学们可记为：“出去什么就加什么”。
【练习3】用惰性电极电解CuSO4溶液，当Cu2+浓度下降至原来一半时停止通电，要想使CuSO4溶液恢复原浓度，应加入的物质是(　　)
A.CuSO4 B.CuO C.Cu(OH)2 D.CuSO4·5H2O
解析：发生的电解池反应为2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4，电解过程中CuSO4溶液每损失2个Cu原子，就损失2个O原子，相当于损失2个CuO，为了使CuSO4溶液恢复原浓度，可加入CuO。当然，也可以加入CuCO3，但绝不能加入Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3，因为CuCO3+H2SO4CuSO4+CO2↑+H2O，相当于加CuO，而Cu(OH)2+H2SO4CuSO4+2H2O、Cu2(OH)2CO3+2H2SO42CuSO4+CO2↑+3H2O，除增加溶质外还增加了水。
答案：B
三、课堂小结
电化学知识是历年来高考命题的重点，几乎每年每套化学试卷中都有所涉及。其中原电池的考查往往以设计原电池的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近离子的变化、电子的转移或电流方向的判断等。而电解池常以电解液性质的变化或电极产物来考查电极名称和电源名称的判断、电极反应式的书写、溶液的浓度和pH的计算等。本节课重点从以上几个方面进行复习。
板书设计
第四章 电化学基础复习课
一、原电池和电解池的知识比较
二、电极反应方程式的书写
三、有关电化学的计算
四、关于电解问题的解题步骤
教学反思
1.本节课的成功之处：
(1)将原电池和电解池的对比归纳为“一个概念、两个电极、三个流向、四个条件”；
(2)为突破难点设计的多道逐层递进的例题；
(3)注重解题规律和总结；
(4)复习课模式的创建。
2.本节课的不足之处是：
(1)知识梳理环节节奏不够紧凑；
(2)学生板演的环节参与人数不够。
3.以后教学中需注意的问题：继续落实前面成功的做法，尽量让更多的学生参与到板演环节，把握好课上的节奏，努力做出最好的教学方案，上好每一节课。

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