选修4第四章《电化学基础》教材分析与教学建议(常芸)

选修4 第四章《电化学基础》教材分析与教学建议荔湾区教育发展研究中心常芸一、教材分析1、地位和作用（1）本章是高中化学基本理论知识体系中的一个重要内容，也是学生所学高中知识的难点之一。

有关电化学知识考点是高考考查的必考点、热点。

（2）本章在必修2教材“化学能与电能” 内容的基础上进一步拓宽和加深，同时，在学习了前面溶液中离子平衡知识已经为学生建立了微观、动态、相互作用的认识深度，并且建立了分析反应体系中微粒及运动情况的认识思路，因此电化学是对氧化还原反应、离子反应等知识进行深化和应用。

（3）本章知识在了解和掌握了原电池、电解池工作原理的基础上，通过对碱性锌锰干电池（一次电池）、铅蓄电池（二次电池）、燃料电池、电镀、金属精炼的分析，体会电化学知识与生产、生活、国防等工业的密切联系以及对人类社会发展和进步的重要作用。

其中涉及的“化学能与电能的相互转化”是选修4第一章“化学反应与能量”学习的延续。

（4）通过对金属腐蚀和防护原理和实验的探究，培养学生的实验技能和应用所学知识分析、解决实际问题的能力（理论联系实际）。

2、知识结构本章的知识结构为：二．课程标准、考试说明对本章的要求三、课时分配建议第一节原电池（含原电池的设计）1课时第二节化学电源【一、二次电池、燃料电池】1课时第三节电解池2课时第四节金属的电化学腐蚀与防护2课时复习2课时测验、评讲2课时合共10课时。

四、各节教学目标（1）知识与技能：①在氧化还原的知识基础上，进一步理解原电池、电解池的反应原理与它们的装置。

能够根据电极材料、氧化还原反应原理写出电极反应式。

②了解原电池、电解池的工作原理在实际的一些应用。

③了解金属腐蚀的原理与种类，认识金属腐蚀的危害，知道防止金属腐蚀的方法。

（2）过程与方法：①在运用氧化还原反应原理来分析原电池、电解池及各类化学电源工作原理的过程中，通过对电子、离子流动方向的分析，加深对微粒观的理解。

体会到如何在自己原有的知识与能力基础上，继续自主学习，认识到知识的延续性、发展性。

②通过在不同原电池的工作原理、原电池与电解池、化学腐蚀与电化学腐蚀、析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较学习中，学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工③经历对原电池、电解池的实验装置的改进，进一步理解科学探究的意义，学习科学探究的基本方法，体会用理论知识解决实际问题的意义。

（3）情感、态度与价值观：①有参与化学实验和科学探究活动的热情，有将化学知识应用于生产、生活实践的意识。

②赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献，关注与化学有关的社会热点问题，逐步形成可持续发展的思想。

③通过了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。

五、教学建议1、用微粒观和氧化还原原理阐析原电池和电解池的工作原理无论是必修还是选修教材都是在通过获取相关实验事实后，对实验现象进行分析，确定反应产物，找到发生氧化还原反应的微粒，分析这些微粒的运动情况来得到原电池和电解池的工作原理的。

因此在教学过程要注重培养学生用微粒观分析各种微粒运动的情况以及微粒发了什么反应，在装置的什么位置发生反应。

建议教学过程最好能运用多媒体动画展示微粒的运动过程，增强直观性。

存在微粒：外电路：电子（电子流向、得失情况）电极：原子（金属材料电极，电子得失情况）内电路：电解质溶液中的阴阳离子（移动方向、电子得失情况）原电池：在教学过程重点应让学生明确在电解质溶液中两极会发生什么反应？在外电路中电子如何流动（电流方向怎样）？在内电路中溶液中的离子如何移动？发生什么反应？从物理学可知：电荷的定向移动形成电流，并规定负电荷的移动方向与电流方向相反，正电荷的移动方向为电流方向。

在原电池的负极，活泼金属的原子发生氧化反应，失去电子后形成金属离子，在外电路电子（带负电荷）则沿导线流向正极，电流方向是正极到负极；在内电路电解质溶液中的阳离子（带正电荷）则定向移动到正极，在正极上发生还原反应，得到电子形成金属原子，因此电流方向是从负极到正极，由此形成了闭合回路。

在双液原电池中，盐桥（如含琼脂的KCl 饱和溶液）中K +和Cl -的移动方向：由于负极的金属离子不断增多，为中和过剩的正电荷保持溶液的电中性，盐桥中的Cl -会移向负极一边；而正极的电解质溶液中的阳离子反应后留下过剩的阴离子，因此K +向正极移动中和过剩的负电荷，从而保持两溶液的电中性，使反应持续进行，电流不断产生。

电解池：在教学过程重点应让学生明确该电解质溶液中存在哪些离子？这些离子分别向哪个电极移动？这些离子中哪个先发生氧化还原反应？电解时外电路的电流（电子运动）方向怎样？电解是通过外加电压使一些不能自发进行氧化还原反应得以进行。

通电后，电子是从电源的负极流入电解池的阴极，电解质溶液的阳离子流向阴极，在阴极上得电子发生还原反应；电解质溶液的阴离子则流向阳极，若阳极是活泼金属电极，则是金属原子失电子形成金属离子进入到电解质溶液中，若阳极是惰性电极，则阴离子移向 与电源正极相连 阳极 阳离子移向 阴极 发生还原反应（得电子） 与电源负极相连 发生氧化反应（失电子） 电子流出 活泼金属 负极 电子流入 阳离子移向 正极 发生还原反应（得电子）不活泼金属 或非金属 发生氧化反应（失电子）是电解质溶液中阴离子失电子发生氧化反应，电子则经过导线从阳极流回电源的正极。

注意：关于离子的放电顺序值得提出的是该放电顺序是在一定条件下的经验规律，不能绝对化，在不同的实验条件存在不同的顺序，因此规律也是有条件限制的2、创设情景，围绕“过程与方法”目标，实现“知识与技能”目标，突破本章难点见2010学年上学期十六周高二教研资料（林玩花供稿）和本期各节教学设计3、帮助学生形成分析电化学的基本角度和思路，培养有序的思维习惯在初学阶段，可通过设计核心问题线索帮助学生建立综合运用微粒观和氧化还原原理分析电化学问题的基本思路，如进行电解氯化铜溶液的教学时可设计以下问题：①氯化铜溶液中存在哪些微粒？②接通电源后，这些微粒如何运动？③移动到电极表面的离子是哪些离子发生什么变化? ④这些离子发生什么变化?⑤有什么产物生成?⑥变化后对电极和电解质溶液产生什么影响⑦电源、导线、电极材料起到了什么作用?在复习阶段，可归纳以下分析电极的思路和方法（1）能从以下角度分析原电池的正负极①根据电极反应的本身判断（反应中电子转移的方向）②根据电子流动方向判断③根据电极材料的性质判断④根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断⑤根据电极现象确定（2）能从以下角度分析电解池的阴阳极①根据电极反应的本身判断（反应中电子转移的方向）②根据电子流动方向或电流方向判断电源的正负极后得到：正极（阳）；负（阴）③根据电解质溶液内离子的定向流动方向判断④根据电极现象（质量变化、产生气体的性质，附近溶液酸碱性）--电子的得失情况判断（3）、原电池、电解池、电镀池判断规律①若无外电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”：先看电极——两种活泼性不同的金属(或其中一种非金属导体)作电极再看溶液——在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应。

后看回路——用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。

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离子相同则为电镀池③若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。

4、对几个问题的析疑（1）“盐桥”的作用是什么?有“盐桥”的原电池正极材料的选择有何讲究?常用原电池中有盐桥吗?对于原电池的认识难点之一在于形成氧化反应和还原反应分开进行的理解，即使学生看到分开进行的现象，仍无法认同。

单液铜锌原电池中氧化剂和还原剂仍然在一个反应器中，学生往往认为氧化剂和还原剂直接接触才能发生氧化还原反应，从而产生电流。

实际上，原电池负极和能与其反应的电解质直接接触的话，电解质中部分参与放电的阳离子在负极就可以直接获得负极失去的电子，因此外电路电流就会减弱。

为了延缓电流的衰减，提高电池的效率，常常采取加盐桥的方式。

可是有盐桥的原电池，负极材料几乎是确定的(总反应式可以确定)，正极材料的选择，按一般原理，只要其活泼性比负极差就行，事实上并非这样。

比如，总反应式为：2Fe3++Fe===3Fe2+的原电池，若用石墨和铁分别作正负极，用氯化铁溶液和氯化亚铁溶液分别作正负极电解质，用充满氯化钾饱和溶液的U形管做盐桥，电池能够正常工作一段时间。

如果用铁做负极，铜做正极，其他条件不变，由于铜和氯化铁溶液直接接触而发生了反应2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+，使原来的原电池不能正常工作。

因此，要特别提醒大家，有盐桥的原电池，正极材料在选择时，不能只要求比负极材料的化学活泼性弱，还要求不能和正极池中的电解质发生反应。

在实际生产的原电池中，盐桥是有的，只不过其形状更具体，式样各不相同，如锌锰干电池使用浸透电解质的导电纸做盐桥。

（2）是否原电池只有正负极无阴阳极；而电解池只有阴阳极无正负极？学生在学习完本章节后都一致认为原电池只有正负极无阴阳极；而电解池只有阴阳极无正负极，实际上利用第四节金属腐蚀和防腐知识，在开展电化学内容的综合应用的同时，进一步深化了对电极的认识，从而避免有以上偏差认识（见宫淸丽第四节第二课时教学设计）。

（3）为什么含杂质锌（杂质比锌活泼性差）与酸反应比纯锌与酸反应的反应速率要快？（或含杂质的金属（杂质要比金属活泼性差）腐蚀速率要比纯金属快？）因为含杂质锌（杂质比锌活泼性差）与酸形成了原电池反应。

分析纯锌与稀硫酸反应，开始时进入溶液的锌离子受到锌表面过剩的负电荷（电子）的吸引，在锌周围形成一层带正电荷的离子层，使氢离子不能接触锌而取得电子形成氢气，因而反应不能迅速进行。

如果形成了原电池反应，锌上面的负电荷（电子）就转移到不活泼的杂质上，氢离子再从杂质上获得电子生成氢气，这样锌表面就不再带有负电荷，溶液中的锌离子得以扩散到溶液中，不至于在锌表面聚集，氢离子就容易接触锌，反应速率就随之加快。

（4）二次电池中的放电与电解池中的离子放电含义是否相同？选修4“电化学基础”中曾这样描述：电解池通电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，在电极上失去或得到电子，发生氧化还原反应的过程叫放电。

而在二次电池的总反应式中却这样表达，放电如Pb十PbO2+2H2SO4====PbSO4+2H2O充电正向为放电，逆向为充电。

如此一来，学生就糊涂了，到底什么叫放电?是原电池工作，还是电解过程中离子得失电子?通过查阅大量化学文献，结合物理中有关放电的描述，可以得出一致的结论：异性电荷在两极聚集，使两极的电势差达到一定程度，对于原电池来说，电荷的聚集是因为正负极得失电子造成的，如果两极之间连接有负载的话，就会形成电流，化学能就会转化为电能；对于电解池来说，电荷的聚集是因为阴阳极通直流电的缘故，如果两极之间存在着电解质的话，电解质中的阴阳离子就会定向移动到电性相反的一极，从而在电极上失去或得到电子，发生氧化还原反应，将电能转化为化学能。