第二章 化学反应与能量变化

第二节 化学能与电能的转化(第一课时教学设计)

【教材分析】

本节是人教版化学必修一第二章《化学反应与能量》的第二节，在学习了《化学能与热能》一节之后，学生已经通过实验探究，了解了化学能与能量的变化的本质原因和宏观能量转化关系，并且知道了常见的放热反应和吸热反应。知道化学能可以通过化学反应与其他形式的能量之间转化。对于如何使化学能转化为电能有着强烈的好奇心和探索意识，为本节《化学能与电能》的学习打下了基础。

由于新课标“螺旋式上升”教学思路，必修模块和选修模块均安排了“化学能与电能”的教学，但在必修部分，只要求掌握原电池的定义、工作原理和形成条件。本节利用《电池的起源》视频引起学生对于原电池组成的兴趣与质疑，引导学生利用实验进行探究。并通过师生讨论、小组讨论以及实验探究，发现形成原电池的条件，激发学生兴趣。

【教学目标】

1、知识与技能：

理解原电池的概念，理解原电池原理及其形成条件

2、过程与方法：

通过实验探究和分析实验现象，培养学生独立解决问题、发现问题的能力。

通过实验探究培养学生主动探索科学规律的精神

    3、情感、态度与价值观

通过《电池起源》的学习，培养学生的质疑精神和广泛学习的科学习惯。

经历探究过程，提高学生的创新思维能力，勇于探索问题的本质特征，体验科学过程。

【教学重点】

原电池概念、工作原理、形成条件和电极方程式的书写。

【教学难点】

    原电池的工作原理和电极方程式的书写。

【教学方法】

    启发探究，实验探究，小组讨论，练习归纳，实践应用

【教学过程】

【视频导入】《电池的起源》

    1780年，意大利科学家加伐尼发现，用两种金属线连接死青蛙，蛙腿仍会抽搐。受到电鳗等放电生物的影响，他认为这是“生物电”。但同是意大利的科学家伏打质疑，电流时试验中的金属线产生的，于是，他用蘸了盐水的湿布替换了青蛙，也产生了电流。根据这个实验原理，伏打设计了第一个电池——伏打电堆。

【提出问题】

1、伏打发现电池，说明科学家应当具有什么样的科学素养和研究习惯？

2、电流产生的条件是什么？

3、联想到肌肉、神经类似于能导电的电解质的溶液，那么，电解质溶液与活泼性不同的金属作用会不会产生电流呢？请先做以下尝试：

【探究实验一】

实验顺序	金属	实验现象	结论或解释(有关化学方程式)
1.Zn、Cu分别插入稀H2SO4溶液	Zn片	表面有气泡生成	Zn ＋2H＋＝Zn2+  ＋H2      铜不能与稀硫酸反应
	Cu片	面有无泡生成
2.Zn、Cu导线连接后插入稀H2SO4	Zn片	表面有气泡生成
	Cu片	表面有气泡生成

 

【提出问题】锌片和稀硫酸反应中，锌失电子，转移给了氢离子，在第二个实验中，氢离子得到的电子从何而来，谁有能力给氢离子电子？是铜吗？

【学生假设】假设：电子从锌片跑到铜片上。

【追问】如何证明电路中有电子通过？

【学生回答】用电流表检验。将锌片和铜片用导线连接起来，在导线之间接入电流表。平行插入稀硫酸溶液中观察实验现象。  

【探究实验二】

实验顺序	金属	实验现象	结论或解释(有关化学方程式)
3.Zn、Cu导线连接后，再接电流表，插入稀H2SO4	Zn片、 Cu片	电流计指针偏转，铜片表面有气泡产生

 

【教师】分析该装置中能量的变化?

【学生】化学能转化为电能。

【教师】还有其他能够实现化学能和电能之间转化的装置吗？如何实现？与上述装置有何区别？

 

【学生】火力发电厂，通过燃烧反应将化学能转化为热能，机械能和电能。多步骤转化才能实现化学能转化为电能。而上装置可以将化学能直接转化为电能。

【板书】原电池定义：化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。

【教师】烧杯内是内电路，外面是外电路。

【小组讨论】1．原电池中，谁失电子？谁得电子？

2．电子从哪里来，到哪里去？

3．电流从哪里来，到哪里去？

4. 电池的正极和负极分别是什么？判断依据是什么？谁更活泼？

5. 哪一极发生氧化反应？哪一极发生还原反应？

6. 导线中承担导电的微粒是？电解质溶液中？

7. 溶液中的阴离子向哪一极移动？阳离子？为什么？

8. 溶液中的电流移动方向？

【展示图片】                                

【小组汇报】负极Zn：Zn－2e^－＝Zn²⁺      正极Cu：2H^＋＋2e^－＝H_2   ，由于Zn失去的电子经导线转移到Cu片上，故导线上有电流通过，因此电流计指针发生偏转。电子由锌片流向铜片，根据物理学知识，电子移动方向与电流方向相反，电流由铜片流向锌片，铜片为正极，锌片为负极。负极发生氧化反应，正极发生还原反应。导线中是自由移动的电子导电，溶液中是自由移动的离子在导电。 Zn失去的电子成Zn²⁺进入溶液，溶液中的阴离子移向负极Zn，由于正极的氢离子被消耗，正电荷下降，阳离子移向正极Cu。内电路中，电流从正极流向负极。

【模拟动画】

 

【教师总结板书】       电子  电流

 负极Zn：Zn－2e^－＝Zn²⁺    流出 流入 氧化 活泼

 正极Cu：2H^＋＋2e^－＝H₂     流入 流出 还原

【教师】 内电路，电流从负极流向正极，外电路，电流从正极流向负极。构成了一个闭合回路。断开导线，还有电流吗？

【学生】没有电流

【教师】原电池形成条件一：闭合回路。负极反应和正极反应，是两个半反应，称为电极反应。加起来才是原电池的总反应。是什么？

【学生】Zn ＋2H^＋＝Zn²⁺  ＋H₂  

【教师】为什么要将还原剂和氧化剂的反应拆成两个半反应？目的是什么？

【学生】氧化剂和还原剂直接接触，会产生电子的转移，但并未向外界供电。所以要拆开。

【教师】什么类型的反应可以设计成原电池？氢气还原氧化铜可以吗？

【学生】自发进行的氧化还原反应。

【教师】还需要哪些条件？

【学生】电解质溶液，才能导电。不同的电极材料。

【小组讨论】下列装置能否构成原电池。如果你还有疑问，你可用下列药品：Zn片、Cu片、石墨棒、稀硫酸、导线、电流表、烧杯等设计对比实验证明你的想法。

对比实验：
电流计是否偏转	是	否
能否构成原电池	是	否

 

【教师总结】闭合回路,自发氧化还原反应,电解质溶液,活泼性不同的两个电极。

【板书】构成原电池条件：

闭合回路

自发氧化还原反应

电解质溶液

活泼性不同的两个电极

【练习】1、装置中哪些能构成原电池？请判断出正负极。

 

     A                B                 C             D

 

             E                    F                G   

2、请写出B、D、F、G的电极反应方程式和总反应方程式。

【过渡】根据构成原电池的条件，你是不是已经摩拳擦掌，想动手设计一个原电池呢？

【实践活动】有下列材料：电极（Zn片、Cu片、石墨棒等任选）、导线、水果 （圣女果）、电流计，请设计一个能使电流计指针发生偏转的装置。方式：最好先独立设计，并动手试验，边做边改进，也可与邻座同学相互讨论和观摩，或请老师指导。 

我设计的原电池	实验现象	电流表是否偏转	能否构成原电池
结  论

【讲述】 通过这个实验，大家知道了用西红柿作电解液也可以组成原电池。我们回家也可以用其它金属、水果、液体再试一试。

【生活实践】请你当医生：格林太太是位漂亮、开朗、乐观的妇女, 当在开怀大笑的时候，人们才可以发现她一口整齐而洁白的牙齿中镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的—这是格林太太富有的标志；另一颗是不锈钢做的—这是一次车祸后留下的痕迹。令人百思不解的是，打从车祸以后，格林太太经常头痛，夜间失眠，心情烦躁……医生绞尽了脑汁，格林太太的病情仍然末见好转。你能为格林太太开一个药方吗？

【总结】

【课后作业】同步训练

六、板书设计

2.2  化学能与电能 

一、原电池

1、定义：化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。

2、工作原理：

                       电子  电流

 负极Zn：Zn－2e^－＝Zn²⁺    流出 流入 氧化 活泼

 正极Cu：2H^＋＋2e^－＝H₂     流入 流出 还原

3、 形成条件：

闭合回路

自发氧化还原反应

电解质溶液

活泼性不同的两个电极

 

              七、教学反思

    本节课为学生生活中比较熟悉的电池，学生学习热情高，可以很好的引导学生认识化学对促进             人类社会的进步和人类生活质量的提升做出的贡献；通过对电池原理和实验条件的探究以及师生讨论和小组讨论，完成了教学目标,，保证了课堂学习效率。由于学生的学习能力较强，但实验动手能力比较薄弱，所以在设计实验探究形成条件时，只设计了“不同电极材料的影响”这一较难理解的内容，其他都可以通过师生分析交流得出结论，从而提高课堂效率。在最后的生活实践环节，利用“格林太太的假牙”这一案例，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，效果良好。为选修4《化学反应原理》中的相关提升内容的学习，打下了坚实的基础。