师:老师好,同学们好,请坐好。各位同学,今天我们继续来学习化学反应与能量变化之间的关系。在这之前,老师先给大家介绍一位新朋友,格林太太。下面请一位同学来读一下格林太太的故事。好,嗯,来马西文。
生:格林太太是一位漂亮、开朗、乐观的妇女。当她开怀大笑的时候,人们发现她一口整齐洁白的牙齿中有两颗假牙,一颗是金黄色的,这是它附有的标志;另一颗是不锈钢的,这是一次车祸留下的痕迹。可令人百思不得其解的是,自从车祸以后,格林太太经常头痛,晚上失眠,情绪烦躁。医生绞尽脑汁,可她的病情仍未好转。后来,一位年轻的化学家来看望她,才为她解开了病因。你知道化学家发现了什么吗?你能为格林太太开一个药方吗?
师:读得很有感情哈。来,请坐。那么各位同学,你们想知道格林太太的病因吗?
生:想啊,我们也想成为化学家。
师:那么今天老师就带大家一起来进行探究。首先老师为大家准备了两组实验。这两组实验分别是铜插入到稀硫酸中和锌片插入到稀硫酸中,请同学们根据学过的知识来描述一下实验现象应该是什么?
生:铜插入到稀硫酸中没有明显现象。
师:对,那么锌片呢?
生:锌片有气泡产生。
师:为什么啊?
生:锌比氢更活泼,它的金属活动性在氢之前,而铜在氢之后。
师:嗯,很好,请坐。所以锌可以和稀硫酸发生反应。那么现在请同学们迅速在导学案上写出锌与稀硫酸反应的方程式,郑伟在黑板上写一下。
(过了一会儿)
师:好了,黑板上同学已经写完了,你们写完了吗?
生:写完了。
师:那我们一起来看一下对不对啊?锌和稀硫酸反应生成了硫酸锌和氢气,对不对?
生:对。
师:好,那现在老师要提出两个问题,请问在这个反应中失电子的是谁?得电子的是谁?
生:锌失去电子。
师:对不对?失去电子化合价升高,这里锌失去了几个电子?
生:两个电子。
师:对,锌失去了两个电子。那么谁得到电子?
生:氢离子得到电子变成了氢气。
师:得几个?
生:两个。
师:对,有两个氢离子,每个得一个电子,所以总共是两个。那么像这样有电子转移,有化合价升降的化学反应,我们称之为?
生:氧化还原反应。
师:好,现在老师对这样一个大家熟知的实验,这个反应,进行一个改变,进行一个改装。那么首先老师将锌片和铜片用导线连在一起,中间接一个电流表,同时插入到稀硫酸中,请同学们仔细观察现象并记录。现在开始小组合作实验,动作快点,小组合作可以有同学取液体,有同学连电流表,注意取液体的时候标签要朝哪边?
生:手心。
师:对,如果已经观察到了现象,请交流讨论一下,并把你们的现象如实记录下来。
(过了一会儿)
师:嗯,我看很多组都做完了,并且现象还比较明显,我们请一组的同学来回答一下。来,小平,说说两边电极的情况。
生:两边电极都有大量气泡产生,电流表指针发生偏转。
师:嗯,两边都有气泡产生,并且发现电流表指针发生了偏转,很好,请坐。回答得没有问题,你们跟他看到的现象一样吗?
生:一样。
师:那这个时候老师的问题就来了,锌片表面有气泡很正常,那么铜片表面怎么也会有气泡?这个气泡是什么呀?
生:氢气。
师:我们通过分析这里头的元素,发现这里的气泡确实是氢气。那么为什么会有氢气在铜片产生?铜并不会和硫酸反应,这个气体是怎么来的?思考一下为什么会有气泡产生,结合我们电流表指针的偏转思考一下。
生:氢离子在铜片上得到了电子。
师:对,那么铜片上的电子哪来的?
生:因为电流表指针有了偏转,电子从锌这边失去,顺着导线到了铜这里。
师:所以接下来这个问题其实我们就迎刃而解了。电子从锌到溶液中氢离子经历了哪种途径?锌失去电子,顺着导线到了铜片,铜片自己还会不会得电子?
生:不会。
师:对,因为金属没有负价,得一个电子它就变成负价了,不可能。所以这里怎么办?只有溶液中的氢离子来得电子,所以我们看到在铜片表面有大量的气泡产生,有没有问题?
生:没有。
师:那还有一个问题,在这个过程中能量是如何转化的?
生:化学能转化为电能。
师:对,因为我们的电流表指针偏转了,有电子通过,有电流就有了电能,所以在整个过程中咱们的化学能转换成了电能。好了,老师把这样一个装置进行了改进,我们会发现用导线连接了电流表之后,它就会有化学能转换成电能,那么像这样一个将化学能转换成电能的装置,我们就把它称之为原电池。那么请同学们再说一下原电池的概念是什么?
生:将化学能转换成电能的装置就叫做原电池。
师:好,我们知道了,化学能转换成电能的装置被我们称之为原电池,那下面我们将从各个方面来了解一下原电池的工作原理。首先电池有正负极,物理上已经学过了,电池中的电流从哪一级流出来到哪一级去?
生:负极流出顺着导线到了正极。
师:好,所以在这里咱们负极是电子流出的一极。从化学角度来讲,电子流出也可以说是失电子,失电子从反应角度来讲是发生什么反应?
生:氧化反应,失升氧化。
师:对,那么咱们就以这个锌铜稀硫酸的原电池为例,我们来分析一下在整个过程中,谁失去电子?
生:锌失去电子。
师:失电子的这一极刚才说的是什么极?
生:负极,这一极我们用一个“ - ”号来表示。
师:那对应的另一极就是?
生:正极。
师:那么锌失去电子变成什么了?
生:锌离子。
师:所以我们来表示这一极的反应,我们就可以用电极反应式,失去电子用“ - ”号来表示,锌失去电子变成锌离子。那么对应的正极,正极就是我们电子流入的方向,电子流入也叫得到电子。得到电子发生什么反应?
生:还原反应,得降还原反应。
师:那么这一极谁得到电子?
生:氢离子。
师:好,我们通过分析发现是溶液中的氢离子得到电子变成了氢气。那么最后我们还要来分析一下这个溶液中的离子的移动方向,在这个溶液中因为有硫酸这种电解质,所以它会有氢离子和硫酸根离子,请问在这个里头离子又是如何移动的呢?氢离子向哪里移动?
生:氢离子向正极移动。
师:为什么氢离子要向正极移动?
生:因为氢离子要在正极得到电子。
师:很好,那请问硫酸根离子又该向哪里移动呢?
生:硫酸根离子向负极移动。
师:为什么要向负极移动?
生:因为负极失去电子带正电,异性相吸。
师:回答得很好,这是物理上的知识,异性相吸。所以咱们的阴离子会趋向于正电荷比较高的方向移动。换句话说,咱们的阳离子,氢离子在正极得到电子,正极的负电性就更高,负电性更高就会趋向于吸引阴离子,所以在这里这个原电池里头,氢离子会向正极移动,硫酸根离子会向负极移动。如果换成原电池的普遍规律,那就是阳离子向?
