第二章《化学物质及其变化》教材分析

选修4《化学反应原理》

第四章《电化学基础》教材分析

广东华侨中学赵瑛华一、本章教材的教学内容分析课标要求和解读在《普通高中化学课程标准》中，本模块知识分为三个主题，本章教学内容与第一章（化学反应与能量）同属于主题1——化学反应与能量，课标中提出的内容标准是：（1）体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。（2）通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。（3）能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。本章知识是“化学反应与能量”主题的一个重要内容，标准从化学能与电能之间相互转化的角度对原电池、电解的原理及其应用提出了要求，从这个角度提出电化学及其相关知识的主要贡献可能是解决能源危机中的能量贮存问题。这部分内容涉及到原电池和电解池的工作原理，正确写出电极反应和电池反应方程式，了解常见化学电源的种类及其工作原理，解释金属发生电化学腐蚀的原因等。本章所属主题虽然与高中化学必修2模块的第2个主题名称相同，但两者的内容有所不同，选修要求也明显高于必修。必修2中对化学能与电能的转化只需要了解一些常见的实例，而对于发生能量转化的化学反应本质则在本模块中提出要求，具体地说，对于原电池反应，必修2的最低标准是只要求知道发生的化学反应是什么，能写出所发生的化学反应总方程式即可；而本章则要求不仅要知识发生的化学反应是什么，而且要知道发生的电极反应是什么，要能写出相关的电极反应方程式。地位和功能本模块的第一章着重研究了化学反应与热能的关系，本章着重研究化学反应与电能的关系，二者都属于热力学研究的范畴，在课程标准中同属于“化学反应与能量”主题。本章是在必修教材内容的基础上进一步拓宽和加深，进一步巩固复习了氧化还原反应，也是氧化还原反应的拓展。本章知识与工业生产联系密切，如原电池原理应用（蓄电池、燃料电池的工作原理）、电解原理的应用（电解饱和食盐水、电解AI2Q、电镀、电解精炼）等，通过分析上述化学能与电能相互转换装置的工作原理，使学生了解电化学反应所遵循的规律，知道电化学知识在生产、生活和科学研究中的作用；通过实验和科学探究活动，增强学生探索化学反应原理的兴趣，也训练学生的动手能力、实验技能和应用所学知识解决实际问题的能力。内容体系本章包括原电池、化学电源、电解池、金属的电化学腐蚀和防护等四部分内容。第一节是原电池原理，学生在必修2中学习了由锌片、铜片和稀硫酸溶液组成的原电池，初步了解了原电池原理。本章学习带有盐桥的较复杂的原电池，进一步认识原电池的构成和反应原理，了解设计原电池、选用正、负电极的原则。第二节是原电池原理的应用——化学电源，学生在必修2中对于化学电池的原理和应用已有初步了解，本章在电池选用的标准，以及在一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理方面，均有所拓宽和加深。第三节是电解池，教材以CuCI2溶液的电解为例，介绍电解的原理，在电解原理的应用方米纳，教材介绍了电解饱和食盐水、电镀、电冶金等知识，目的是拓宽学生的知识面，开拓其科学技术视野。第四节是金属的电化学腐蚀与防护，介绍了电化学腐蚀的原理及防止金属腐蚀的几种方法，重点是掌握金属电化学腐蚀的本质，而在防护金属电化学腐蚀方面，不但运用原电池原理（牺牲阳极的阴极保护法），也再次运用了电解原理（外加电流的阴极保护法），加深了学生对化学能与电能相互转化的认识。本章知识的逻辑关系如下图所示:氧化还原反应氧化还原反应、教学目标:知识与技能1•进一步了解原电池的工作原理，能写出其电极反应和电池反应方程式。2•了解常见的化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用。3•了解电解池的工作原理，知道电解在氯碱工业、电镀、电冶金等方面的应用。4•能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防护金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。过程与方法1•通过原电池、电解池实验的观察、比较、分析、综合、抽象、概括等思维过程，体会化学原理的形成过程。2•通过原电池、电解原理的探究和应用，掌握逻辑推理的方法，学会归纳化学反应原理的过程和运用相关原理解决问题的演绎过程。3.联系氧化还原反应的有关知识，运用对立统一的辨证思维理解相关原理。

情感态度与价值观1•认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2•通过化学电源、电镀、金属腐蚀等与生产、生活实际相联系的内容，增强学生学习兴趣。3•通过冋一电化学装置中两个不冋电极的电极反应的相互依存关系，巩固氧化还原反应的知识，强化对立统一的辨证唯物主义观点。4•通过课堂探究活动，发展学生的探究能力，学会与人合作与交流，共同研究、探讨科学问题。三、课时安排第一节原电池1课时第二节化学电源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1课时复习机动1课时单元测验2课时测验讲评1课时小计9课时四、教学建议加强理论知识的指导作用在必修部分，学生已经学习了氧化还原的基础知识，而本章电化学知识与氧化还原反应关系密切，无论是原电池、化学电源、电解池、电镀池、金属的电化学腐蚀与防护，都是以氧化还原反应为基础，用氧化还原反应的知识来分析理解电化学知识，有利于知识的系统性和全面性。密切联系生产、生活实际电化学知识的很多原理在工农业生产、科学实验、日常生活中都有广泛的用途，与人类的生存和发展有密切的关系，解决了化学能与电能的转化；干电池、蓄电池、燃料电池等化学电源在向外输送能量方面不可缺少，而电解食盐水、电镀、电解精炼、电冶金等在工业生产中更是不可缺少，联系实际，可有效提高学生的学习兴趣，激发求知与探索的欲望。注意新旧知识的联系学生在必修教材的学习中已经接触过一些与本章相关的内容，如氧化还原反应、原电池、部分金属的性质等。教师在教学过程中，要将新知识与旧知识相互联系，使新、旧知识相互融合，以达到新而不难，旧中有新的教学效果。充分利用教材提供的图表和图示教材中有21幅图示，其中12幅是为了说明原理和装置的构造，教学中要充分利用好这些图示，把抽象的离子移动和电荷移动形象化，部分图表和图示甚至在网上有相关的课件，教学中要运用好这些教学资源，增强学生的直观认识。注意学科综合原电池原理、电解原理及其应用等电化学知识与物理学中的电学知识有一定的联系，在教学过程中要用好这些材料，提高学科间知识综合应用能力。注意科学思维的训练化学反应原理具有较严密的逻辑性，本章涉及的原电池原理和电解原理的形成都是从特殊到一般，由具体到抽象、由现象到本质的认识过程，同时，对于原电池原理的应用学电源）和电解原理的应用（氯碱工业、电镀、电解精炼、电冶金）等知识，则是运用相关原理进行推理判断的演绎过程。因此在教学中应抓住本章教学内容的基本特征，充分运用逻辑推理，训练科学思维。五、教学策略第一节原电池本节通过对原电池中闭合电路形成过程的分析，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念，要求学生能够写出相关的电极反应式和电池反应方程式。同时，帮助学生对电化学的研究和应用范围形成一个概貌性的认识。教学中要注意借助氧化还原反应理论和金属活动性顺序以及物理学中的电学知识对有关问题进行定性分析，如判断原电池中的正、负电极，设计原电池时选择正、负电极材料和电解质溶液，判断电极反应产物等。本节内容在选修教材与必修教材中都有涉及，其最大的不同之处就是选修教材在原电池中设置了盐桥，需要注意的是，这不是一个普通的技术改进，而是对旧的思想模式的一个质的突破。过去认为氧化剂与还原剂只有直接接触、相互作用才能发生电子转移，而现在是使氧化剂与还原剂近乎完全隔离，并在不同的区域之间通过特定的装置实现了电子的定向转移，为原电池持续、稳定地产生电流创造了必要的条件，也为原电池原理的实用性开发奠定了理论基础。本节教学以实验为载体，因为锌铜原电池装置在必修教材中已经接触过，故如果简单重现该实验，仅仅在电解质溶液、盐桥方面做一些变化，学生学习兴趣会减弱。可以考虑把教材中的实验分解成以下几步：学生实验1：将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片直接接触，然后浸入盛有稀硫酸的烧杯中。现象：铜片表面产生大量气泡，但电流计指针无偏转。思考：上述实验装置是否构成原电池？如果没有构成原电池，铜片表面为什么会产生大量气泡？如果构成原电池，电流计指针为什么无偏转？判断：根据“铜片表面产生大量气泡”的实验现象，上述实验装置已构成了原电池；借助物理学的知识可推测，电流计指针不偏转的原因可能跟锌片与铜片直接接触有关。学生实验2：将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，然后浸入盛有稀硫酸的烧杯中。现象：铜片表面产生大量气泡，电流计指针偏转，指示电子由锌片流向铜片。结论：上述实验装置构成了原电池，锌为原电池的负极，铜为正极。思考：把装置中的电解质溶液换成硫酸铜溶液，现象有什么不同？判断：因为锌能与硫酸铜发生氧化还原反应，而且由金属活动性不同的两种金属分别作电极，所以能发生原电池反应。学生实验3：将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，然后浸入盛有CuSO4溶液的烧杯中。现象1：电流计指针偏转，指示电子由锌片流向铜片，铜片表面有红色的铜析出。结论：上述实验装置构成了原电池，锌为原电池的负极，铜为正极。现象2：随着实验时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，如果反应时间足够长，最终会没有电流通过。2+分析：由于锌片与CuSO4溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极（锌片）表面也构成了原电池，进一步加速了铜在锌片表面的析出，使向外输出的电流强度逐渐减弱。思考：原电池是将化学能转换成电能的装置，如果负极上发生变化，必然影响原电池的供电效率。能否设法组织溶液中的Cu2+在负极（锌片）表面析出？判断：要使Cu2+不在锌片表面析出，必须使锌片不与CuSQ溶液接触。演示实验1：将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，然后把锌片浸入盛有ZnSO4溶液的烧杯中，把铜片浸入盛有CuSQ溶液的烧杯中。现象：电流计指针无偏转。结论：上述装置没有构成原电池。演示实验2：在上述实验装置中，用一个充满电解质溶液的盐桥将ZnSQ溶液和CuSQ溶液连接起来，观察现象。现象：电流计指针偏转，指示电子由锌片流向铜片，铜片表面有红色的铜析出。结论：上述装置构成了原电池。通过上述实验的分析和归纳，最终可以得出原电池的功能、组成、工作原理、电能强弱的影响因素等，落实本节教学的目标。第二节化学电源本节教学是在原电池原理的基础上深入了解化学电池。与必修2不同的是，教材进一步介绍了电池的分类、优点以及质量优劣的判断标准，并以三大类型电池一一一次电池、二次电池、燃料电池的相关知识为主线，以碱性锌锰电池、铅蓄电池和氢氧燃料电池为代表，简要介绍了电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围，引出了“活性物质”、“比能量”、“比功率”、“自放电率”、“记忆效应”以及“绿色”环保等概念。在教学中可以围绕下列问题进行讨论、交流：（1）通过日常生活和学习，你知道哪些电池？其中有哪些属于化学电池？它们在哪些方面得到应用？'化学电池：将化学能转换成电能的装置电池?太阳能电池：将太阳能转换成电能的装置原子能电池：将放射性同位素自然衰变时产生的热能转换为电能的装置（2）化学电池与其他能源相比较有哪些优点？（3）判断电池的优劣标准主要是什么？（4）目前化学电池主要分为哪几大类？主流产品有哪些？在性能等方面它们各自有什么特点？产生电能的基本原理是什么？在对上述问题进行讨论、交流后，可采用列表归纳的方法对各类电池的代表产品进行比较，从而进一步掌握原电池原理。第三节电解池本节内容包括两大部分，一是电解原理，二是电解原理的应用，重点围绕“电能如何转换为化学能”，可用2课时分别进行教学。新课的引入可以通过教材中电解CuCl2溶液的实验直接引入，也可以利用《教学用书》中的科学发展史引入。此外，因为在第二节化学电源中已经以铅蓄电池为例，初步接触了二次电池的充电反应，事实上，二次电池的充电反应就是一个电解反应，可以充分运用，先对电解池中阴、阳两极的反应进行分析，然后通过电解CuCl2溶液的实验进一步探究电解原理。需要注意的是，电解过程中阴、阳两极上离子的放电顺序，只要求学生通过对实验现象的观察和分析有一个粗略的了解。具体来说，阴离子在阳极（Pt、Au、C等惰性电极）的放电顺序只要求知道CI->OH>含氧酸根（如SQ2-等），除Pt、Au外的其它金属单质作阳极则优先于阴离子在阳极放电（变成金属阳离子）；阳离子在阴极的放电顺序按照金属活动性顺序，越不活泼的金属，其阳离子越容易被还原，而铝前的金属均不可能在水溶液中被还原。教学中不要把阴、阳离子在电极上的放电顺序绝对化，因为阴、阳离子在两极上的放电情况比较复杂，与离子性质、溶液浓度、电流密度和电极材料等都有关系。关于电解原理的应用，教材介绍了氯碱工业、电镀、电解精炼、电冶金等工业上的应用，应把教学重点放在原理介绍上，对生产的主要设备只作一般性的了解，不要求具体的生产流程。因此，建议引导学生运用第一课时所学的电解原理，对电解饱和食盐水、电镀铜、电解精炼铜、电解熔融NaCl等电解装置进行电极反应的分析、对比，达到深入认识电解原理的目的。为了使学生正确区分原电池和电解池，建议在对教材第8