选修4第四章《电化学基础》教材分析与教学建议(常芸)

1、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

2、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新课程内容标准新课程活动与探究建议2010年广东省高考考试说明要求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，

3、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。实验探究：电能与化学能的相互 转化。调查市场常见化学电池的种类，讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。 查阅资料并交流：防止钢铁腐蚀的方法。1. 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。了解常见化学电源的种类及其工作原理。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。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

4、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：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。了解原电池、电解池的工作原理在实际的一些应用。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：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。通过在不同原电池的工作原理、原电池与电解

5、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：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。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。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

6、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？电子流出活泼金属负极

7、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）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

8、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？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

9、；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

10、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：氯化铜溶液中存在哪些微粒？接通电源后，这些微粒如何运动？移动到电极表面的离子是哪些离子发生什么变化? 这些离子发生什么变化?有什么产物生成? 变化后对电极和电解质溶液产生什么影响电源、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根据电极反应的本身判断（反应中电子转移的方向）根据电子流动方向判断根据电极材料的性质判断根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断根据电极现象确定（2）能从以下角度分析电解池的阴阳极根据电极反应的本身判断（反应

11、中电子转移的方向）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）根据电解质溶液内离子的定向流动方向判断根据电极现象（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。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若为无明

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、电子，发生氧化还原反应，将电能转化为化学能。把这样的过程，就叫做放电。“放”并不一定专指释放电流的意思，而是指得到或失去电子，离子(或原子)所带电荷发生变化的意思。因此，二次充电电池正向原电池工作叫放电，逆向电解其实也叫放电，只不过为了形象表达正向是将化学能转化为电能的过程，所以称之为放电，逆向是将电能转化为化学能的过程，所以才叫充电。参考资料：1. 选修4化学反应原理教师教学用书（人民教育出版社）2普通高中化学课程标准3.2009学年第四章电化学基础教材分析与教学建议（广州市第16中学 汪道岚真光中学化学科 王国强）4、2010学年第四章电化学基础教材分析与教学建议（广州市执信中学 林玩花）

18、5、 教科书中电化学内容组织方式的分析研究（胡久华 化学教育2011年第2期）6、“电化学基础”中几个学生好奇的问题 （潘明成 中学化学教学参考2011年第5期）附件： 选修4 第四章电化学基础教材分析与教学建议（2010学年上学期十六周高二教研资料-林玩花供）如何围绕 “过程与方法”目标，实现本教学内容的“知识与技能”目标我们认为，实现新课程的三维目标，教学设计要以三维目标为指导，处理好这三者的关系，最终得以实现三维目标。把“知识与技能”作为基础和载体，通过一定的“过程与方法”学习与教授化学知识与技能，形成“情感态度与价值观”。其中“过程与方法”是核心和关键，是教与学的方式的体现。我们把握围

19、绕“过程与方法”目标设计学习与教授的过程与方法，达成“知识与技能”与“情感态度与价值观”目标。下面，通过几个案例说明。案例一：原电池的工作原理，突破“盐桥的作用”的教学难点。“过程与方法”目标：回归原有的知识，实现新的学习；体验应用基本化学知识原理，不断改进实验，解决遇到的问题的过程。教学过程：学生根据实验课题设计实验，教师演示实验，师生边观察实验现象，边分析，边改进实验，同时尝试，以求获得较理想的实验效果。探究课题：以Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu为反应原理，设计实验，实现“化学能转变为电能”，能提供持久、稳定的电流。实验一：装置如图1，同浓度和体积的CuSO4溶液和ZnSO4溶液，相同

20、Zn、Cu电极，实验的时间略长。现象：开始时，电流计的指针发生偏转，在铜片表面有新的红色铜析出；随着时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，直至归零。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。分析原因：开始时，此装置的符合原电池的装置的三个条件，实现了在外电路产生电子的定向流动，实现了化学能转变为电能；后来，由于负极的Zn片与CuSO4溶液直接接触，在锌片上析出铜。当锌表面完全被铜覆盖后，反应终止；此外负极附近溶液会因Zn2+的进入而带正电荷， 正极附近CuSO4液会因Cu2+的析出而带负电荷。结论：1、发生了原电池反应，且其中锌为原电池的负极，铜为正极。2、这是一个低效率的原电池，不能持续对外提供电能

21、。解决问题：设法阻止溶液中的Cu2+在负极锌表面还原，维持反应池中溶液的电中性。解决设想：负极锌片与CuSO4溶液分开，维持反应池中溶液的电中性，形成闭合回路。解决办法：见实验二。实验二：装置如图2，同浓度和体积的CuSO4溶液和ZnSO4溶液，相同Zn、Cu电极，实验时，先按着装置图连接仪器，使用盐桥与不使用盐桥，对比实验现象，突显盐桥的作用。实验现象：不使用盐桥，流计的指针不发生偏转；插入盐桥，电流计的指针发生偏转且比较稳定、持久，在铜片表面有新的红色铜析出。分析原因：（如图，在PPT中演示其动画模拟微观中的外电路的电子流动、内电路的溶液盐桥中离子的移动）结论：盐桥电池由于使用了既相对独立

22、（两只烧杯中）又有联系（通过盐桥）的两个半电池，两个电极反应在互不干扰的环境中发生，使氧化还原反应得以持续发生且产生持久、稳定的电流。学生的几个困惑：改用别的电极材料可以吗？改用别的盐桥溶液可以吗？改用别的电解质溶液可以吗？（在实际应用中，还真的不全是插到相应的盐溶液中，如碱性锌锰干电池）实验三：装置如图2，只是把负极的半电池的电解质溶液改成KCl溶液。装置如图2，只是把正极材料换成石墨。看是否仍然有电流产生。（学生在理解了使用盐桥的原电池的原理上，回答设计原电池、回答原电池有关的一些概念性的陈述应该不难了。）在随后的教学中，还可以提出问题：铁片、碳棒与食盐水能否组成原电池？可让他们进行实验，

23、还是回归到它们的组成可能发生怎样的一个自发的氧化还原反应的原理，发现问题以及提出对该问题的初步解释，为本章后面“金属的腐蚀与防护”的学习埋下伏笔。既然“氧化还原反应都能设计成原电池”，最后可让学生思考：如何把氢气在氧气中燃烧的反应设计成原电池？让学生带着这个疑问进入第二节的学习中去。案例二：常见化学电源的工作原理，突破“化学电源的工作原理”的记忆、理解教学难点“过程与方法”目标：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。运用氧化还原反应原理来理解各类电池的工作原理为了让学生能独立学习，主动学习，我们尝试在新授课的课堂前期设置一个耗时约十分钟的环节-“预习

24、提问”。我觉得这种“预习提问”有三个层次。低级层次，老师问，学生回答；中级层次学生问，师生讨论回答；高级层次，师生质疑课本，对课本的某些说法提出疑问，或拓展课本信息素材等。老师根据本节课的内容提出问题，学生回答，检查是否预习；第二层次，随意提问学生，“你自己在预习的过程中，有什么疑问”；最高层次我认为课本的一些说法不够贴切，我可以补充有关的信息或素材或更好的。质疑目前，我在课堂教学中尝试的是低级层次的“预习提问”，目标是让学生改变过于依赖别人帮助学习新知识的习惯，养成预习的习惯，逐渐具有自己学习的能力。在“预习提问”的问题设计中，主要针新授课的知识点，设计三类问题。第一类是，学生据原有的知识能

25、回答的。老师可以根据学生已有的知识、生活常识与本内容有关的旧知识提出问题，实际就是旧知识的回顾或巩固。第二类是，学生自己从课本预习中获得的新知识。老师根据学生的学习能力，课本的素材可读性等提出问题，以便检查学生是否预习了，表扬预习的学生，同时根据学生的回答，调整接下来的课堂教授内容。第三类是，本节课的难点与重点。目的是提出难点，激发思考，另外，若有学生能回答此类问题，也是对这些自行能力强的学生极大的肯定，激励他们继续自学，带动别的同学一起自学。在第二节化学电源教学中，我设计了以下“预习提问”的问题1、通过日常生活和学习，你知道哪些电池？2、化学电池和其他能源比较有哪些优点？3、判断电池优劣的标

26、准主要是什么？4、目前化学电池主要分为哪几大类？5、化学电源产生电能是利用了什么特点的化学反应，原电池的组成条件是什么？6、请根据下列原电池的名称，大概说明它们利用了怎样的一个氧化还原反应原理（1）碱性锌锰干电池（2）锌银电池（3）铅蓄电池（4）氢氧燃料电池在这些问题中，第六个问题，师生讨论的最为激烈，也有趣。“根据名称，推测在原电池的反应原理中，发生了怎样的氧化还原反应，氧化剂、还原剂分别是什么？”这样的问题能回归的原电池利用的最基本的化学反应原理，也能引出一系列的氧化还原反应的知识。从“碱性锌锰干电池”推测，主要是含锌锰两种元素的物质之间的氧化还原反应，那么活泼的金属单质具有强的还原性，因

27、此，应该是锌单质作还原剂，锰的高价化合物作氧化剂，在碱性介质中反应。从“锌银电池”推测，锌单质作还原剂，银的高价化合物作氧化剂（有一位学生还提出因为银盐和氢氧化银不稳定，因此采用了氧化银）。关于“铅蓄电池”，有一位学生（明显的没有预习）张嘴就说，是铅与蓄两种元素的物质之间的氧化还原反应，大部分学生（预习了的）都说不是，“蓄”的含义应该是可以储存电能的意思，“铅”不同价态的铅元素的物质之间的氧化还原反应，在放电时，铅单质作还原剂，铅的高价（+4）化合物作氧化剂，产物应该是中间价态化合物。坚持课堂前期设置一个耗时约十分钟的环节-“预习提问”，我觉得能帮助学生学会学习。而且，学生是多样的，想法“怪怪

28、”的，同时也是非常聪明的，他们的回答常常给我们老师有许多信息。案例三： 围绕“学会比较”的目标，设计一系列的学习情景，同时击破各难点“过程与方法”目标：学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工每个目标的达成，都是一个学习、体会、学会和逐步形成而持续发展的过程。在本章书知识的学习中，知识点多，相似性强，但一点点不同，导致的差异性较大。我们过去也常常采用图、表、信息等进行比较，但若围绕“学生掌握对比、归纳的学习方法”的目标，那么这样的对比学习又赋予了新的学习意义，我们希望教会学生以后面对复杂的信息，繁乱的情况，能使用对比、归纳的方法，对信息进行加工、处理，找到关键点，寻求解决问题的方法。1、学习对比不同原电池的工作原理，突破“电极材料的选择与确定负极”的难点情景一：请对比下列装置与反应原理，指出各装置中的负极分别是什么？请观察三装置，完成以下表格比较的项目装置装置装置电极材料与名称电解质溶液可能发生的反应什么物质发生了氧化反应？正极材料起什么作用？其中表中罗列的比较的项目详细，提供学生观察对比、思考的台阶，也为接下来的原电池与电解池、化学腐蚀与电化学腐蚀、析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较做铺垫2、体会对比相似的知识点，容易抓住关键。在不断