第二章《化學(xué)物質(zhì)及其變化》教材分析

選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》

第四章《電化學(xué)基礎(chǔ)》教材分析

廣東華僑中學(xué)趙瑛華一、本章教材的教學(xué)內(nèi)容分析課標(biāo)要求和解讀在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，本模塊知識分為三個主題，本章教學(xué)內(nèi)容與第一章（化學(xué)反應(yīng)與能量）同屬于主題1——化學(xué)反應(yīng)與能量，課標(biāo)中提出的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是：（1）體驗化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的探究過程，了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。（2）通過查閱資料了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理，認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應(yīng)用。（3）能解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，認(rèn)識金屬腐蝕的危害，通過實驗探究防止金屬腐蝕的措施。本章知識是“化學(xué)反應(yīng)與能量”主題的一個重要內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)從化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn)化的角度對原電池、電解的原理及其應(yīng)用提出了要求，從這個角度提出電化學(xué)及其相關(guān)知識的主要貢獻(xiàn)可能是解決能源危機中的能量貯存問題。這部分內(nèi)容涉及到原電池和電解池的工作原理，正確寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式，了解常見化學(xué)電源的種類及其工作原理，解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因等。本章所屬主題雖然與高中化學(xué)必修2模塊的第2個主題名稱相同，但兩者的內(nèi)容有所不同，選修要求也明顯高于必修。必修2中對化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化只需要了解一些常見的實例，而對于發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)則在本模塊中提出要求，具體地說，對于原電池反應(yīng)，必修2的最低標(biāo)準(zhǔn)是只要求知道發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是什么，能寫出所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)總方程式即可；而本章則要求不僅要知識發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是什么，而且要知道發(fā)生的電極反應(yīng)是什么，要能寫出相關(guān)的電極反應(yīng)方程式。地位和功能本模塊的第一章著重研究了化學(xué)反應(yīng)與熱能的關(guān)系，本章著重研究化學(xué)反應(yīng)與電能的關(guān)系，二者都屬于熱力學(xué)研究的范疇，在課程標(biāo)準(zhǔn)中同屬于“化學(xué)反應(yīng)與能量”主題。本章是在必修教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓寬和加深，進(jìn)一步鞏固復(fù)習(xí)了氧化還原反應(yīng)，也是氧化還原反應(yīng)的拓展。本章知識與工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系密切，如原電池原理應(yīng)用（蓄電池、燃料電池的工作原理）、電解原理的應(yīng)用（電解飽和食鹽水、電解AI2Q、電鍍、電解精煉）等，通過分析上述化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換裝置的工作原理，使學(xué)生了解電化學(xué)反應(yīng)所遵循的規(guī)律，知道電化學(xué)知識在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的作用；通過實驗和科學(xué)探究活動，增強學(xué)生探索化學(xué)反應(yīng)原理的興趣，也訓(xùn)練學(xué)生的動手能力、實驗技能和應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。內(nèi)容體系本章包括原電池、化學(xué)電源、電解池、金屬的電化學(xué)腐蝕和防護(hù)等四部分內(nèi)容。第一節(jié)是原電池原理，學(xué)生在必修2中學(xué)習(xí)了由鋅片、銅片和稀硫酸溶液組成的原電池，初步了解了原電池原理。本章學(xué)習(xí)帶有鹽橋的較復(fù)雜的原電池，進(jìn)一步認(rèn)識原電池的構(gòu)成和反應(yīng)原理，了解設(shè)計原電池、選用正、負(fù)電極的原則。第二節(jié)是原電池原理的應(yīng)用——化學(xué)電源，學(xué)生在必修2中對于化學(xué)電池的原理和應(yīng)用已有初步了解，本章在電池選用的標(biāo)準(zhǔn)，以及在一次電池、二次電池和燃料電池的反應(yīng)原理方面，均有所拓寬和加深。第三節(jié)是電解池，教材以CuCI2溶液的電解為例，介紹電解的原理，在電解原理的應(yīng)用方米納，教材介紹了電解飽和食鹽水、電鍍、電冶金等知識，目的是拓寬學(xué)生的知識面，開拓其科學(xué)技術(shù)視野。第四節(jié)是金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)，介紹了電化學(xué)腐蝕的原理及防止金屬腐蝕的幾種方法，重點是掌握金屬電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)，而在防護(hù)金屬電化學(xué)腐蝕方面，不但運用原電池原理（犧牲陽極的陰極保護(hù)法），也再次運用了電解原理（外加電流的陰極保護(hù)法），加深了學(xué)生對化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的認(rèn)識。本章知識的邏輯關(guān)系如下圖所示:氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)、教學(xué)目標(biāo):知識與技能1?進(jìn)一步了解原電池的工作原理，能寫出其電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2?了解常見的化學(xué)電源的種類及其工作原理，知道它們在生產(chǎn)、生活和國防中的實際應(yīng)用。3?了解電解池的工作原理，知道電解在氯堿工業(yè)、電鍍、電冶金等方面的應(yīng)用。4?能解釋金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，認(rèn)識金屬腐蝕的危害，知道防護(hù)金屬腐蝕的方法，并能從實驗探究中獲得體會。過程與方法1?通過原電池、電解池實驗的觀察、比較、分析、綜合、抽象、概括等思維過程，體會化學(xué)原理的形成過程。2?通過原電池、電解原理的探究和應(yīng)用，掌握邏輯推理的方法，學(xué)會歸納化學(xué)反應(yīng)原理的過程和運用相關(guān)原理解決問題的演繹過程。3.聯(lián)系氧化還原反應(yīng)的有關(guān)知識，運用對立統(tǒng)一的辨證思維理解相關(guān)原理。

情感態(tài)度與價值觀1?認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應(yīng)用。2?通過化學(xué)電源、電鍍、金屬腐蝕等與生產(chǎn)、生活實際相聯(lián)系的內(nèi)容，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。3?通過冋一電化學(xué)裝置中兩個不冋電極的電極反應(yīng)的相互依存關(guān)系，鞏固氧化還原反應(yīng)的知識，強化對立統(tǒng)一的辨證唯物主義觀點。4?通過課堂探究活動，發(fā)展學(xué)生的探究能力，學(xué)會與人合作與交流，共同研究、探討科學(xué)問題。三、課時安排第一節(jié)原電池1課時第二節(jié)化學(xué)電源1課時第三節(jié)電解池2課時第四節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)1課時復(fù)習(xí)機動1課時單元測驗2課時測驗講評1課時小計9課時四、教學(xué)建議加強理論知識的指導(dǎo)作用在必修部分，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了氧化還原的基礎(chǔ)知識，而本章電化學(xué)知識與氧化還原反應(yīng)關(guān)系密切，無論是原電池、化學(xué)電源、電解池、電鍍池、金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)，都是以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，用氧化還原反應(yīng)的知識來分析理解電化學(xué)知識，有利于知識的系統(tǒng)性和全面性。密切聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際電化學(xué)知識的很多原理在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實驗、日常生活中都有廣泛的用途，與人類的生存和發(fā)展有密切的關(guān)系，解決了化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化；干電池、蓄電池、燃料電池等化學(xué)電源在向外輸送能量方面不可缺少，而電解食鹽水、電鍍、電解精煉、電冶金等在工業(yè)生產(chǎn)中更是不可缺少，聯(lián)系實際，可有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)求知與探索的欲望。注意新舊知識的聯(lián)系學(xué)生在必修教材的學(xué)習(xí)中已經(jīng)接觸過一些與本章相關(guān)的內(nèi)容，如氧化還原反應(yīng)、原電池、部分金屬的性質(zhì)等。教師在教學(xué)過程中，要將新知識與舊知識相互聯(lián)系，使新、舊知識相互融合，以達(dá)到新而不難，舊中有新的教學(xué)效果。充分利用教材提供的圖表和圖示教材中有21幅圖示，其中12幅是為了說明原理和裝置的構(gòu)造，教學(xué)中要充分利用好這些圖示，把抽象的離子移動和電荷移動形象化，部分圖表和圖示甚至在網(wǎng)上有相關(guān)的課件，教學(xué)中要運用好這些教學(xué)資源，增強學(xué)生的直觀認(rèn)識。注意學(xué)科綜合原電池原理、電解原理及其應(yīng)用等電化學(xué)知識與物理學(xué)中的電學(xué)知識有一定的聯(lián)系，在教學(xué)過程中要用好這些材料，提高學(xué)科間知識綜合應(yīng)用能力。注意科學(xué)思維的訓(xùn)練化學(xué)反應(yīng)原理具有較嚴(yán)密的邏輯性，本章涉及的原電池原理和電解原理的形成都是從特殊到一般，由具體到抽象、由現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)識過程，同時，對于原電池原理的應(yīng)用學(xué)電源）和電解原理的應(yīng)用（氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉、電冶金）等知識，則是運用相關(guān)原理進(jìn)行推理判斷的演繹過程。因此在教學(xué)中應(yīng)抓住本章教學(xué)內(nèi)容的基本特征，充分運用邏輯推理，訓(xùn)練科學(xué)思維。五、教學(xué)策略第一節(jié)原電池本節(jié)通過對原電池中閉合電路形成過程的分析，引出半電池、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念，要求學(xué)生能夠?qū)懗鱿嚓P(guān)的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。同時，幫助學(xué)生對電化學(xué)的研究和應(yīng)用范圍形成一個概貌性的認(rèn)識。教學(xué)中要注意借助氧化還原反應(yīng)理論和金屬活動性順序以及物理學(xué)中的電學(xué)知識對有關(guān)問題進(jìn)行定性分析，如判斷原電池中的正、負(fù)電極，設(shè)計原電池時選擇正、負(fù)電極材料和電解質(zhì)溶液，判斷電極反應(yīng)產(chǎn)物等。本節(jié)內(nèi)容在選修教材與必修教材中都有涉及，其最大的不同之處就是選修教材在原電池中設(shè)置了鹽橋，需要注意的是，這不是一個普通的技術(shù)改進(jìn)，而是對舊的思想模式的一個質(zhì)的突破。過去認(rèn)為氧化劑與還原劑只有直接接觸、相互作用才能發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，而現(xiàn)在是使氧化劑與還原劑近乎完全隔離，并在不同的區(qū)域之間通過特定的裝置實現(xiàn)了電子的定向轉(zhuǎn)移，為原電池持續(xù)、穩(wěn)定地產(chǎn)生電流創(chuàng)造了必要的條件，也為原電池原理的實用性開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。本節(jié)教學(xué)以實驗為載體，因為鋅銅原電池裝置在必修教材中已經(jīng)接觸過，故如果簡單重現(xiàn)該實驗，僅僅在電解質(zhì)溶液、鹽橋方面做一些變化，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣會減弱?？梢钥紤]把教材中的實驗分解成以下幾步：學(xué)生實驗1：將鋅片和銅片分別通過導(dǎo)線與電流計連接，并使鋅片和銅片直接接觸，然后浸入盛有稀硫酸的燒杯中?，F(xiàn)象：銅片表面產(chǎn)生大量氣泡，但電流計指針無偏轉(zhuǎn)。思考：上述實驗裝置是否構(gòu)成原電池？如果沒有構(gòu)成原電池，銅片表面為什么會產(chǎn)生大量氣泡？如果構(gòu)成原電池，電流計指針為什么無偏轉(zhuǎn)？判斷：根據(jù)“銅片表面產(chǎn)生大量氣泡”的實驗現(xiàn)象，上述實驗裝置已構(gòu)成了原電池；借助物理學(xué)的知識可推測，電流計指針不偏轉(zhuǎn)的原因可能跟鋅片與銅片直接接觸有關(guān)。學(xué)生實驗2：將鋅片和銅片分別通過導(dǎo)線與電流計連接，并使鋅片和銅片不直接接觸，然后浸入盛有稀硫酸的燒杯中?，F(xiàn)象：銅片表面產(chǎn)生大量氣泡，電流計指針偏轉(zhuǎn)，指示電子由鋅片流向銅片。結(jié)論：上述實驗裝置構(gòu)成了原電池，鋅為原電池的負(fù)極，銅為正極。思考：把裝置中的電解質(zhì)溶液換成硫酸銅溶液，現(xiàn)象有什么不同？判斷：因為鋅能與硫酸銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而且由金屬活動性不同的兩種金屬分別作電極，所以能發(fā)生原電池反應(yīng)。學(xué)生實驗3：將鋅片和銅片分別通過導(dǎo)線與電流計連接，并使鋅片和銅片不直接接觸，然后浸入盛有CuSO4溶液的燒杯中?，F(xiàn)象1：電流計指針偏轉(zhuǎn)，指示電子由鋅片流向銅片，銅片表面有紅色的銅析出。結(jié)論：上述實驗裝置構(gòu)成了原電池，鋅為原電池的負(fù)極，銅為正極?，F(xiàn)象2：隨著實驗時間的延續(xù)，電流計指針偏轉(zhuǎn)的角度逐漸減小，如果反應(yīng)時間足夠長，最終會沒有電流通過。2+分析：由于鋅片與CuSO4溶液直接接觸，在反應(yīng)一段時間后，難以避免溶液中有Cu在鋅片表面被直接還原，一旦有少量銅在鋅片表面析出，即在負(fù)極（鋅片）表面也構(gòu)成了原電池，進(jìn)一步加速了銅在鋅片表面的析出，使向外輸出的電流強度逐漸減弱。思考：原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，如果負(fù)極上發(fā)生變化，必然影響原電池的供電效率。能否設(shè)法組織溶液中的Cu2+在負(fù)極（鋅片）表面析出？判斷：要使Cu2+不在鋅片表面析出，必須使鋅片不與CuSQ溶液接觸。演示實驗1：將鋅片和銅片分別通過導(dǎo)線與電流計連接，然后把鋅片浸入盛有ZnSO4溶液的燒杯中，把銅片浸入盛有CuSQ溶液的燒杯中?，F(xiàn)象：電流計指針無偏轉(zhuǎn)。結(jié)論：上述裝置沒有構(gòu)成原電池。演示實驗2：在上述實驗裝置中，用一個充滿電解質(zhì)溶液的鹽橋?qū)nSQ溶液和CuSQ溶液連接起來，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：電流計指針偏轉(zhuǎn)，指示電子由鋅片流向銅片，銅片表面有紅色的銅析出。結(jié)論：上述裝置構(gòu)成了原電池。通過上述實驗的分析和歸納，最終可以得出原電池的功能、組成、工作原理、電能強弱的影響因素等，落實本節(jié)教學(xué)的目標(biāo)。第二節(jié)化學(xué)電源本節(jié)教學(xué)是在原電池原理的基礎(chǔ)上深入了解化學(xué)電池。與必修2不同的是，教材進(jìn)一步介紹了電池的分類、優(yōu)點以及質(zhì)量優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并以三大類型電池一一一次電池、二次電池、燃料電池的相關(guān)知識為主線，以堿性鋅錳電池、鉛蓄電池和氫氧燃料電池為代表，簡要介紹了電池的基本構(gòu)造、工作原理、性能和適用范圍，引出了“活性物質(zhì)”、“比能量”、“比功率”、“自放電率”、“記憶效應(yīng)”以及“綠色”環(huán)保等概念。在教學(xué)中可以圍繞下列問題進(jìn)行討論、交流：（1）通過日常生活和學(xué)習(xí)，你知道哪些電池？其中有哪些屬于化學(xué)電池？它們在哪些方面得到應(yīng)用？'化學(xué)電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置電池?太陽能電池：將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的裝置原子能電池：將放射性同位素自然衰變時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為電能的裝置（2）化學(xué)電池與其他能源相比較有哪些優(yōu)點？（3）判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么？（4）目前化學(xué)電池主要分為哪幾大類？主流產(chǎn)品有哪些？在性能等方面它們各自有什么特點？產(chǎn)生電能的基本原理是什么？在對上述問題進(jìn)行討論、交流后，可采用列表歸納的方法對各類電池的代表產(chǎn)品進(jìn)行比較，從而進(jìn)一步掌握原電池原理。第三節(jié)電解池本節(jié)內(nèi)容包括兩大部分，一是電解原理，二是電解原理的應(yīng)用，重點圍繞“電能如何轉(zhuǎn)換為化學(xué)能”，可用2課時分別進(jìn)行教學(xué)。新課的引入可以通過教材中電解CuCl2溶液的實驗直接引入，也可以利用《教學(xué)用書》中的科學(xué)發(fā)展史引入。此外，因為在第二節(jié)化學(xué)電源中已經(jīng)以鉛蓄電池為例，初步接觸了二次電池的充電反應(yīng)，事實上，二次電池的充電反應(yīng)就是一個電解反應(yīng)，可以充分運用，先對電解池中陰、陽兩極的反應(yīng)進(jìn)行分析，然后通過電解CuCl2溶液的實驗進(jìn)一步探究電解原理。需要注意的是，電解過程中陰、陽兩極上離子的放電順序，只要求學(xué)生通過對實驗現(xiàn)象的觀察和分析有一個粗略的了解。具體來說，陰離子在陽極（Pt、Au、C等惰性電極）的放電順序只要求知道CI->OH>含氧酸根（如SQ2-等），除Pt、Au外的其它金屬單質(zhì)作陽極則優(yōu)先于陰離子在陽極放電（變成金屬陽離子）；陽離子在陰極的放電順序按照金屬活動性順序，越不活潑的金屬，其陽離子越容易被還原，而鋁前的金屬均不可能在水溶液中被還原。教學(xué)中不要把陰、陽離子在電極上的放電順序絕對化，因為陰、陽離子在兩極上的放電情況比較復(fù)雜，與離子性質(zhì)、溶液濃度、電流密度和電極材料等都有關(guān)系。關(guān)于電解原理的應(yīng)用，教材介紹了氯堿工業(yè)、電鍍、電解精煉、電冶金等工業(yè)上的應(yīng)用，應(yīng)把教學(xué)重點放在原理介紹上，對生產(chǎn)的主要設(shè)備只作一般性的了解，不要求具體的生產(chǎn)流程。因此，建議引導(dǎo)學(xué)生運用第一課時所學(xué)的電解原理，對電解飽和食鹽水、電鍍銅、電解精煉銅、電解熔融NaCl等電解裝置進(jìn)行電極反應(yīng)的分析、對比，達(dá)到深入認(rèn)識電解原理的目的。為了使學(xué)生正確區(qū)分原電池和電解池，建議在對教材第8