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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第二冊 第四章 幾種重要的金屬 第四節(jié)原電池原理及其應(yīng)用(第二課時) ［復(fù)習(xí)］上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了原電池的組成條件，現(xiàn)在我們通過一個練習(xí)來復(fù)習(xí)一下這方面的內(nèi)容。 ［練習(xí)］判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池，并寫出相應(yīng)反應(yīng)式。（投影下列裝置圖） 構(gòu)成了原電池的裝置是__________________；其中正極材料為__________________，電極反應(yīng)是__________________；負(fù)極材料為__________________，電極反應(yīng)是__________________，總的反應(yīng)是____________________。 答案：（教師講解公布）只有B構(gòu)成了原電池；其余的裝置沒有同時具備原電池的三個條件：A.未形成閉合回路；C.沒有電解質(zhì)溶液；D.兩極材料活性相同，沒有電勢差；E中較活潑的材料不能與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，不符合自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)的原則。B中，正極為碳。2H＋＋2e－====H2↑；負(fù)極為Fe:Fe－2e－====Fe2+，總反應(yīng)式為：Fe+2H+====Fe2++H2↑ ［師］下面我們繼續(xù)來看幾種實用電池和新型燃料電池。通過閱讀課文來回答鋰電池的特點。 ［板書］（3）鋰電池 鋰電池具有以下特點： ①負(fù)極為密度最小的金屬材料： ②使用和貯存壽命長； ③工作效率高，供出電流的電壓高。 ［過渡］燃料電池與前面介紹的電池基本原理相同，但也有區(qū)別，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。因此，燃料電池是名副其實的把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置——能量轉(zhuǎn)換器。 ［師］下面我們簡單了解一下幾種新型燃燒電池。 （邊板書、邊講解） ［板書］（1）.鋁一空氣燃料電池（電解質(zhì)為鹽溶液） ［講解］這種電池是用純鋁作負(fù)極，空氣作正極，使鋁在鹽溶液中溶解，產(chǎn)生電流?？纱嫫妥鳛槠嚨膭恿?。其優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。 （2）.氫氧燃料電池（電解質(zhì)為KOH溶液） ［講解］這種電池能量轉(zhuǎn)化率高，其燃燒產(chǎn)物是水，不會污染環(huán)境。 ［過濾］生活經(jīng)驗告訴我們，有些金屬制品在使用一段時間后，會失去表面的光澤，嚴(yán)重的會變得銹跡斑斑，實際上金屬的生銹都與原電池的形成有關(guān)。下面我們就來分析一下金屬銹蝕的原因。 ［板書］三、金屬的電化學(xué)腐蝕 [師]什么是金屬的腐蝕?其本質(zhì)是什么?金屬的腐蝕有哪幾種?請同學(xué)們閱讀課本P103內(nèi)容后回答。 [學(xué)生閱讀后回答]金屬的腐蝕是指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。一般可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 [師]請同學(xué)們舉例說明什么是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 [生]鐵和氯氣直接反應(yīng)而腐蝕。鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕均為化學(xué)腐蝕。鋼鐵在潮濕的空氣中生銹是電化學(xué)腐蝕， [板書]1．金屬的腐蝕 [師]請同學(xué)們討論化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的區(qū)別和聯(lián)系，并填寫下表。 [投影] ’ 化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 條件 金屬與氧化劑直接接觸 不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 本質(zhì) 金屬被氧化的過程 較活潑金屬被氧化的過程 相互關(guān)系 化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生 (表中內(nèi)容學(xué)生討論后再顯示) [師]請同學(xué)們講述一下金屬在潮濕的環(huán)境中生銹的原因。 [生]在潮濕的空氣里。鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜．這層水膜里含有少量H+和OH一，還溶解了02等氣體，結(jié)果在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液，它與鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成無數(shù)微小的原電池。 [師]根據(jù)上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，指出鋼鐵腐蝕時形成的原電池的正極和負(fù)極，寫出電極反應(yīng)方程式。 [指定學(xué)生板書] 負(fù)極（Fe):2Fe－4e－====2Fe2+ 正極（C):2H2O+O2+4e－====4OH－ 總反應(yīng)：2Fe+2H2O+O2====2Fe(OH)2 ［師］Fe(OH)2繼續(xù)被O2氧化生成Fe(OH)3，失去部分水轉(zhuǎn)化為鐵銹（Fe2O3xH2O)。這種腐蝕是由于電解質(zhì)溶液中溶有O2造成的。所以把這種電化學(xué)腐蝕叫做吸氧腐蝕。這種腐蝕普遍存在，在電化學(xué)腐蝕中為主。如果電解質(zhì)溶液中有CO2氣體或H＋時，會有H2放出（析出），所以這種電化學(xué)腐蝕也叫析氫腐蝕。總之，無論是哪種腐蝕，其結(jié)果都是水膜中OH－濃度相對增加。 ［板書］析氫腐蝕的電極反應(yīng)： 負(fù)極（Fe）:Fe－2e－====Fe2+ 正極（C）:2H++2e－====H2↑ ［師］金屬腐蝕的現(xiàn)象在日常生活中和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在，金屬被腐蝕后，在外形、色澤以及機(jī)械性能等方面都將發(fā)生變化，會使機(jī)器設(shè)備、儀器、儀表的精密度和靈敏度降低，影響使用以至報廢。有些嚴(yán)重事故就是由于金屬腐蝕引起的。因此，了解金屬腐蝕的原因和防止金屬腐蝕的方法具有很重要的意義。 ［板書］2.金屬的防護(hù) ［師］影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面。請閱讀課文中有關(guān)內(nèi)容，然后回答兩個問題。 ［問題1］金屬鋁為什么不易腐蝕？ ［問題2］金屬中能導(dǎo)電的雜質(zhì)不如該金屬活潑時，金屬是否容易腐蝕？ ［學(xué)生甲］金屬鋁比較活潑，表面可生成致密的氧化物薄膜，使金屬鈍化，保護(hù)了內(nèi)層金屬不再被腐蝕。 ［學(xué)生乙］不純的金屬易形成原電池而使金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕。 ［過渡］介質(zhì)對金屬腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。因此，要經(jīng)常對機(jī)器和儀表進(jìn)行保養(yǎng)。 ［師］既然我們已經(jīng)清楚了金屬腐蝕的原因，那么就應(yīng)該從其腐蝕的原因著手，來加強金屬的防護(hù)。請同學(xué)們舉一些日常生活中金屬防護(hù)的例子。 [生]①改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，制成不銹鋼；②在金屬表面覆蓋保護(hù)層，如噴漆、涂油、電鍍等。 [師]除以上方法外．還可以用原電池的原理來保護(hù)金屬。請同學(xué)們根據(jù)原電池的原理想一想被保護(hù)的金屬應(yīng)作原電池的哪一極。 [生]作正極。 [師]對。像輪船的尾部和在船殼的水線以下部分，裝有一定數(shù)量的鋅塊，就是為了使鋅塊和船體形成原電池，腐蝕了鋅塊而保護(hù)了輪船。這種利用原電池原理來減少金屬腐蝕的方法叫電化學(xué)保護(hù)法。 ［投影練習(xí)］1.表面鍍有保護(hù)金屬層的鐵片，當(dāng)鍍層有破損時比普遍鐵片更易腐蝕的是( ) A.白鐵（鍍鋅鐵） B.馬口鐵（鍍錫鐵） C.鍍鎳鐵 D.鍍銅鐵 答案：BD（因為鐵比錫、銅活潑，一旦破損，在潮濕的空氣中形成原電池時，鐵是負(fù)極被氧化而更易腐蝕） 2．用銅鉚釘或鋁鉚釘把兩張鋼板鉚在一起各將發(fā)生什么現(xiàn)象? 答案：若用銅鉚釘，則鉚釘附近的鋼板易生銹；若用鋁鉚釘。則鋁鉚釘會被腐蝕，鋼板不易生銹。 [布置作業(yè)]P103 一、2二、4.5 三 ●板書設(shè)計 二、化學(xué)電源 3.鋰電池 特點：質(zhì)量輕、電壓高、工作效率高。 4.新型燃料電池 （1）鋁——空氣燃料電池 負(fù)極（Al）:4Al－12e－====4Al3+ 正極（空氣）：3O2+6H2+12e－====12OH－ 電池反應(yīng)：4Al+3O2+6H2====4Al(OH)3 （2）氫氧燃料電池（電解質(zhì)：KOH溶液） 負(fù)極（碳棒）：2H2＋4OH－－4e－====4H2O 正極（碳棒）：O2＋2H2O＋4e－====4OH－ 總反應(yīng)：2H2＋O2====2H2O 三、金屬的電化學(xué)腐蝕 1.金屬的腐蝕。 （1）化學(xué)腐蝕 （2）電化學(xué)腐蝕 2.金屬的防護(hù) ●教學(xué)說明 關(guān)于原電池和金屬的腐蝕及其防護(hù)的內(nèi)容，教學(xué)大綱要求屬于B層次和A層次，但筆者認(rèn)為在學(xué)科知識向綜合性、應(yīng)用性和實踐性轉(zhuǎn)化的今天，聯(lián)系生活實際是非常必要的，因此，本節(jié)課的設(shè)計注重以下幾點： 1.基本指導(dǎo)思想 挖掘原電池的原理和組成條件，以及金屬的腐蝕和防護(hù)的重要意義，使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)知識與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實驗、日常生活有密切的聯(lián)系，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，更重要的是啟發(fā)學(xué)生運用化學(xué)知識解決實際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。 2.教學(xué)目標(biāo) 在知識方面，引導(dǎo)學(xué)生從實驗現(xiàn)象中理解原電池的原理及組成條件，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和歸納總結(jié)能力。 參考練習(xí) 1.金屬A不純，混有金屬C，發(fā)生銹蝕時，A先腐蝕，將A與B金屬組成原電池時，則A為電池的正極，A、B、C三種金屬的活動性順序為( ) A.A＞C＞B B.A＞B＞C C.B＞A＞C D.B＞C＞A 答案：C 2.電子計算器中所用鈕扣式電池為銀鋅電也，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應(yīng)為：Zn+2OH－－2e－====Zn(OH)2,Ag2O+H2O+2e－====2Ag+2OH－。下列敘述正確的是( ) A.電流由鋅經(jīng)導(dǎo)線流向Ag2O B. 鋅是陰極， Ag2O是陽極 C. 鋅是負(fù)極， Ag2O是正極 D.工作時，負(fù)極區(qū)域溶液pH減小，正極區(qū)溶液pH增大 答案：CD 3．干電池碳棒和鋅筒中間填充了NH4Cl和MnO2的混合物。放電時總反應(yīng)方程式為Zn +2MnO2+2NH====Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O，干電池中MnO2的作用是 ( ) A．干電池中的催化劑 B．把C氧化成CO2 C．把鋅氧化成Zn2+ D．把生成的H2氧化成H2O 答案：D 4．埋在地下的輸油鑄鐵管道，在下列各情況下，腐蝕速度最慢的是 ( ) A．在含鐵元素較多的酸性土壤中 B．在潮濕疏松透氣的土壤中 C．在干燥致密不透氣的土壤中 D．在含碳粒較多，潮濕透氣的中性土壤中 答案：C 5．在鋼鐵銹蝕過程中，下列5種變化可能發(fā)生的是 ( ) ①Fe由+2價變?yōu)?3價 ②O2被還原 ③產(chǎn)生H2 ④Fe(OH)3失水形成e2O3 H2O ⑤雜質(zhì)C被氧化除去 A．①② B．③④ C．①②③④ D．全部 答案：C