《化学:专题五《电化学问题研究》课件(苏教版选修6)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化学:专题五《电化学问题研究》课件(苏教版选修6)(65页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、 实验化学专题5 电化学问题研究一、课程标准相关要求 实验化学模块是6个选修模块其中 之一,是普通高中化学课程的重要组成部 分。设置该课程模块有助于学生更深刻地 认识实验在化学科学中的地位,掌握基本 的化学实验方法和技能,培养学生的创新 精神和实践能力。 实验化学模块教材十分注重引导学生 运用化学原理理解化学实验技术的内涵与 操作要求,理论与实践相结合。 化学实验是化学科学赖以产生和 发展的基础,以实验为基础是化学学 科重要特征之一,为充分体现化学实 验的功能,高中化学新课程专门设置 了“实验化学”这个选修模块。 通过本模块的学习,学生应主要在以下几个方面 得到发展:1、认识化学实验是学习化学
2、知识、解决生产 和生活中的实际问题的重要途径和方法;2、掌握基本的化学实验方法和技能,了解现代 仪器在物质的组成、结构和性质研究中的应用 ;了解化学实验研究的一般过程,初步形成运 用化学实验解决问题的能力;过程与方法 :知识与技能:通过本模块的学习,学生应主要在以下几个方面 得到发展: 1、认识化学实验是学习化学知识、解决生产和 生活中的实际问题的重要途径和方法;2、掌握基本的化学实验方法和技能,了解现代 仪器在物质的组成、结构和性质研究中的应用 ;3、了解化学实验研究的一般过程,初步形成运 用化学实验解决问题的能力;4、形成实事求是、严谨细致的科学态度,具有 批判精神和创新意识;5、形成绿色
3、化学的观念,强化实验安全意识。该模块又分成二个主题,分别为“ 化学实验基础”和“化学实验探究”。 通过化学实验探究,要求学生能达 到以下几方面要求: 能发现学习和生产、生活中的意义的化学 问题,并进行实验探究。能根据具体情况 设计解决化学问题的实验方案,并予以评价 和优化。能通过化学实验收集有关数据, 并科学地加以处理。能对实验现象做出合 理的解释,运用比较、归纳、分析、综合等 方法初步揭示化学变化的规律。 二、本实验基本原理及其在实验化学 中的地位 传统教材 : 实验目的实验原理实验用品 实验步骤实验记录问题与讨论 新教材:知识预备课题方案设计记录 与结论交流讨论 功能 :1、将各知识性栏目
4、穿插在课题的各部分内容中 ,使学生的知识目标和实验技能目标有机地整 合在每一个课题中 。 2、实验已非纯粹的实验,而是一个内涵丰富 的课题,通过对课题的学习,学生将会在化学 知识、实验技能、实验方法、科学态度、创新 精神与实践能力等方面得到全面的发展。 3、充分利用各种教学时机,对学生进行绿色 化学、科学态度等方面的教育,同时注意和现 代实验技术发展联系起来,开拓学生的视野, 培养学生的情操。 本专题研究时要考虑的问题 :1、了解原电池的工作原理,认识几种常 见电池的化学原理。 2、了解电解和电镀中包含的化学知识, 加深对化学与生活的联系。4、化学实验的本质就是在有条件控制下 发生的化学变化。
5、 3、通过原电池、电解和电镀实验,培养 观察能力、操作能力和思维能力。实验探究活动的目的:1、通过实验探究活动,掌握基本的 化学实验技能和方法 。2、体验实验探究的基本过程,认识 实验在化学科学研究和化学学习中 的重要作用,提高化学实验能力 3、为了帮助学生学习一些重要的科 学方法,形成严谨的科学态度 课题1:原电池本研究课题的实验方法 :“原电池实验的探究”是通过不 同的电极和电解质溶液对产生电流的 影响的差异,从中认识到电极和电解 质溶液和去极化剂种类的选择、电极 的表面积、极板之间的距离等对实验 效果的影响,同时通过对实验现象的 观察、对比和分析,加深学生对化学 反应条件控制的重要性的认
6、识。 一、背景材料分析 (一)从现行教材看课题 1 原电池实验课题 2 制作氢氧燃料电池课题 3 金属的电化学腐蚀拓展课题 干电池的模拟 实验课题1 原电池教材资料:锌-铜-稀硫酸为材料的原电池。 专题作业:从理论上分析用铝-铜-氢氧化钠为材料,能否形成原电池。(二)从学科指导看 基本要求: 通过原电池实验,加深对原电池工作原理的认识。发展要求: 能根据已知的电池总反应式,判断电池的正负极, 书写电极反应式。说 明: 电极的极化作用对原电池产生电流的影响只作一 般了解。课时安排: 1 课时,(总 2 课时,制作氢氧燃料电池和析氢 腐蚀、吸氧腐蚀拟放在第二课时) (三)从实验视角看必修2第38页
7、“化学能转变为电能的活动与探究 ” 一是电流微弱,用灵敏检流计检测; 二是供电时间短暂,电池的放电效率低; 三是锌极板有大量气泡, 干扰铜极板现象的观察。 (三)从实验视角看选修3第12页“原电池的工作原理活动与探究”克服了锌极板有大量气泡的现象 盐桥能说明内电路中离子的迁移 电流密度依然较小,不足以使小灯泡发亮 提出课题用更有说服力的实验 来证实具有实际价值的电池探究电池效率的因素, 放大电池的电流密度,延长电池的工作时间。二、实验基本原理电子迁移正极负极Cu2+ + 2e- = CuZn - 2e- = Zn2+ 电池反应 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu离子迁移外电路检流计内电
8、路盐 桥ZnSO4溶液K+迁入Cl- 迁入CuSO4溶液实验表明: 电池的电流密度的大小与电极的表面积、极板 之间的距离和介质等因素有关;无论何种材料 制作的原电池,电池的极化作用都是很强的, 极化作用会使电极的放电反应变得迟钝,影响 电池的工作时间,而去极化剂(如高锰酸钾、 重铬酸钾和过氧化氢等氧化剂)由于有效降低 了电极的极化作用,提高了电池的放电效率。 为此设计了如下图的实验装置。铜锌原电池三、实验操作要点1装置的组装取一块锌片(6cm3.3cm)和一块 铜片(6cm3.3cm),两者之间放一 块海绵(厚度2cm),用橡皮筋固定 好,用导线把小灯泡(2.5V 0.3A)和 锌片、铜片连接
9、起来,插入放有50ml 蒸馏水的100ml 小烧杯中,组装这样 的装置多个备用。 2去极化剂的选择 向三个装置中分别加入 10ml 的稀硫酸,编号为甲、 乙、丙,观察小灯泡是否发光。 向甲装置中加入 5ml 3% 的双氧水,振荡溶液,记录小灯泡发光的时间和亮度。 向乙装置中加入 0.5 g 的重铬酸钾晶体,振荡溶液,记录小灯泡发光的时间和亮度。 向丙装置中加入 0.5 g 的高锰酸钾晶体,振荡溶液,记录小灯泡发光的时间和亮度。加入物质质小灯泡发发 光的时间时间小灯泡发发 光的亮度实验结论实验结论5ml 3%的 双氧水约约6 min灯丝丝亮重铬铬酸钾钾 效果最好0.5 g 重铬铬酸钾钾约约13
10、min三者中最亮0.5 g 高锰锰酸钾钾约约4 min较较双氧水 亮3电极材料的选择 电极材料:ZnC(直径1.1cm),与Zn Cu对比溶液介质:稀硫酸 去极化剂:重铬酸钾晶体 电极材料:Al C (直径1.1cm),与Al Cu对比溶液介质:稀盐酸 去极化剂:重铬酸钾晶体 按照上述实验装置和操作方法进行实验,观 察现象。 电电极材 料电电解液小灯泡发发光的亮 度实验结实验结 论论Zn C 稀硫酸亮,可照明碳电电极优优于 铜电铜电 极Al C 稀盐盐酸亮,可照明4溶液介质的选择 ZnCNaOH: 小灯泡不亮,检流计偏转 。 AlCNaOH: 小灯泡不亮,两极有气泡 。电极材料:Zn C(直径
11、1.1cm) ,Al C 溶液介质:加入约 10 g 氢氧化钠固体去极化剂:重铬酸钾晶体 按照上述实验装置和操作方法进行实验,观察 实验现象。 四、实验注意事项1电解质用浓硫酸或固体氢氧化钠立即加水配制成溶 液,由于它们溶解放热,形 成热的介质,加快了电极反应。2如要灯泡持续发亮,不断振荡是关键。可以用电极搅拌溶液。海绵比两极板稍长 ,以防碰破烧杯底。3. 锌片和铜片先用碱液处理,再用酸液处理,然后用蒸馏水漂洗。课题2:电解与电镀本研究课题的实验方法: “电解与电镀”实验的探究是通 过对电解液、电流大小、电极的 处理、溶液的pH值、电镀的时间 等对电解的影响,从而对实验现 象进行观察、对比和分
12、析,加深 对条件控制的重要性的认识。 一、背景材料分析: (一)从现行的教材分析 课题2:电解与电镀问题1:电解饱和食盐水问题2:电镀拓展实验:阿伏加德罗常数的测定 用铜电极电解饱和食盐水专题作业:工业上如何精炼铜。 课时安 排:3 课时 (二)从学科指导意见分析 基本要求:1、通过电解饱和食盐水实验,加深对电解 原理的理解。2、通过铁钉镀锌实验,加深对电镀原理的 认识。3、学会设计简单的电解、电镀装置。4、体会观察和分析实验现象对于化学研究 的重要性。 发展要求:1、初步了常见阳离子在溶液 中电极上的放电次序。2、能根据阳离子的放电次序 判断电解池阴极产物。说明:1、拓展实验“阿伏加德罗常数
13、的测定”重 在让学生体验用电化学手段进行科学研究 的方法,使学生能按给出的方案进行实验 、采集数据,能根据给出的公式处理实验 数据并得出结论,不要对实验原理进行纠 缠。 2、拓展实验“用铜电极电解饱和食盐水” 重在让学生通过对实验现象的观察,引起 学生思考,并结合自己已有的知识作出解 释,不必寻求结论的完整和统一。 (三)从实验角度分析:1、必修(I)的专题1已经涉及到电解 饱和食盐水,但它重在电解的产物, 对电解知识不作要求。 2、必修(II)的专题2 P41-43页已经 涉及,但要求不高。3、选修4化学反应原理的专题 1P17-19页也涉及,主要从原理上分 析。 本专题主要从实验的层面上进
14、 行操作,且对各种现象能作出解 释,这样对所学的理论知识更具 有说服力。主要是探究电解时的电解液 、电流大小、电极的处理、溶液 的pH值、电镀的时间对实验的影 响。电镀实验原理分析: 从理论上分析,电镀是电解原理的应用 。 电镀(electroplating)是应用电解原理在某 些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 。电镀时,待镀的金属制品作阴极,镀层金属 作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电解液 。在直流电的作用下,阳极发生氧化反应,金 属失去电子成为阳离子进入溶液;阴离子发生 还原反应,金属离子在阴极上获得电子,沉积 在镀件表面形成一层均匀,光洁而致密的镀层 。 以铁钉上镀锌为例说明:
15、 实验原理: 该实验为无氰镀锌法,以烧杯作为 电解槽,锌片作阳极,镀件铁钉作 阴极。 电解时:阳极(锌片)Zn-2e=Zn2+阴极(铁钉)Zn2+2e=Zn实验仪器:托盘天平,烧杯, 玻璃棒,药匙,导线,细纱纸 ,直流电源,酒精灯,pH试纸实验试剂:铁钉,锌片, 2mol/LNaOH溶液,固体KCl ,固体ZnCl2,浓HCl,浓硝 酸,蒸馏水实验装置:电解液的配制:先向烧杯中加入 50ml蒸馏水,再加入3.5g ZnCl2, 12.5gKCl,搅拌使之溶解,用硼 酸或盐酸调节溶液的pH为5-6。 说明:如果没有硼酸则用二 滴盐酸来代替也可。ZnCl2的作用是提供Zn2+离子, 加入KCl是为
16、了使Cl-离子与 Zn2+结合形成ZnCl42-络离子 ,从而使Zn2+离子浓度降低, 使电镀得到的产品光洁。硼酸 或盐酸起到调节酸度的作用。 镀件的处理:用细砂纸打磨铁钉, 使铁钉粗糙的表面变得光滑,用水 洗净;把铁钉放入到80 2mol/L NaOH溶液中浸泡5分钟,除去油 污,用水洗净;再将铁钉放入45 的浓盐酸中浸泡2分钟,取出,洗 净;最后将铁钉放入V(浓硝酸) :V(水)=1:100的稀硝酸中浸 泡3-5秒,取出,洗净。 镀前处理大致包括以下基 本内容:除油、除锈、除 氧化层、浸蚀、酸洗、活 化等。资料:镀件在加工后会存在着不同程度的毛刺,表面 可能沾染油污,有的表面甚至已经严重锈蚀。 这样就使工件表面呈现介电、疏松、钝态、电 阻大等不良状况。如果不将这些东西清除干净 ,则会给整个电镀过程带来很大的障碍。它们 会阻碍电流的通过,给电解液