浙江省嘉兴市第三中学高中化学《2.3化学能与电能的转化》教案 苏教版必修2.doc

第三单元 化学能与电能的转化教学目标知识与技能1.通过实验探究，认识化学能可以转化为电能，初步认识原电池反应的原理。2.了解常见的化学电源及其应用。过程与方法 1.通过电能转化为化学能的实例电解和电镀的教学活动，了解电解和电镀的重要应用。 2.通过反应物之间电子的转移的探究，理解原电池的形成是氧化还原反应的本质的拓展和运用。情感态度与价值观1.利用伏打电池发明的事例，激发学生学习和发明创造的欲望。2.感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，形成较为客观、正确的能源观，提高开发高能清洁燃料的意识。重点难点1.初步了解原电池的概念、原理、组成及应用。2.通过实验探究从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件。课时分配3课时教学过程第一课时 化学能转化为电能创设问题情景电能是现代社会最清洁、也是最重要的二次能源，人类生产、生活的各个方面都离不开它。而火力发电又在电能生产中占有相当大的比重，是电能最主要的来源。播放录像或展示图片提问燃烧的本质是什么？火力发电中能量的转化方式是怎样的？火力发电又有哪些优点和缺点呢？ 学生讨论、分析激疑针对火力发电的缺点，能否通过某些方式将化学能直接转化为电能呢？分组实验探究锌铜原电池原理实验1：把一块锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里。实验2：用导线将锌片和铜片连起来。实验3：在导线中接入一个灵敏电流计。将实验中观察到的现象和自己的结论记录下来。学生交流、讨论1.实验1和实验2中的现象有何不同？是什么原因造成的？2.锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，铜片表面有气泡产生，你认为这种气体可能是什么？锌片和铜片上可能分别发生什么反应？如何证明？灵敏电流计的指针发生偏转，说明有电流通过，你如何解释这一现象？该装置的正负极分别是什么？请你再设计一个实验证明之。教师补充讲解原电池的定义；锌铜原电池的工作原理；电极反应式及电池总反应式的书写。在原电池中，较活泼的金属极板发生氧化反应，电子经导线从较活泼的金属一极流向较不活泼的金属极板，溶液中易得电子的阳离子在不活泼的金属极板发生还原反应。在原电池中，相对活泼金属为负极，相对不活泼金属(或石墨电极)为正极。上述原电池发生的反应是：在锌电极（负极）：zn - 2e zn2+ 在铜电极（正极）：zn - 2e zn2+ 反应总方程式 zn+2h+=zn2+h2电子流动方向：电子流从原电池的负极经导线流向正极（而电流从原电池的正极经导线流向负极）讲述这一现象早在1799年被意大利的物理学家伏打捕捉到并加以研究，发明了世界上第一个电池伏打电池，即原电池。观看计算机软件模拟原电池两极的氧化还原反应。设疑通过刚才的实验我们可以体会到，化学能在原电池装置中可以直接转化为电能，那么，符合什么条件的装置才能构成原电池呢？分组实验探究原电池的构成条件。交流讨论、归纳总结原电池的构成条件：1.两种活泼性不同的金属（或一种金属和另一种非金属导体）构成电极。2.电解质溶液。3.构成闭合回路。4.能发生自发的氧化还原反应。反思与评价在刚才的分组实验中，同伴或其他组的同学的哪些做法对你有启发？你又提出了哪些好的思路？根据提供的仪器、药品，你现在还能设计出其它的原电池装置吗？实践活动设计其它的原电池装置小结通过前面的两组分组实验，我们了解了原电池的工作原理和构成条件，同学们对于通过实验来进行化学研究的思路、方法也一定有了更深的体会。为了满足生产、生活、科学研究等各方面的需要，科学家尤其是化学家根据原电池原理设计出了许许多多形状各异、用途不同的实用电池，极大地方便了我们的生活，也有力地促进了科学的发展。那么，你所知道的电池有哪些呢？学生举例教师引导学生分析常见电池的组成和工作原理。巩固练习相同条件下，纯锌粒和粗锌粒（含杂质）与同浓度的稀硫酸反应的速率一样吗？为什么？假如要求你设计实验来证明你的观点，你的实验方案是怎样的？证据和结论又是什么？第二课时 化学电源实践活动 水果电池的制作1.实验准备： 水果样品（柠檬、番茄、桔子、葡萄或其它水果）、金属（铁丝、铜丝、锌片或铝片）、石墨电极、电铃、灯泡、微安电流计、导线若干、小刀、ph试纸2.学生分小组活动鼓励学生利用各种自备的水果、金属片制作电池，用微安电流计或耳机测试是否能产生电流，比较电流的大小。若用小刀切开水果，使两个极板分离，观察电流是否消失，将水果重新合拢是否又产生电流？探究其原因。学生设计实验方案，教师参与活动并适时点拨、鼓励、引导。讨论与交流 小组代表汇报说明实验结果，交流发现的问题与解决方法。总结与评价 说明水果电池的构成，为什么可以产生电流。教师补充讲解电池在生活、工农业生产和科学技术等方面有广泛的用途，人们利用原电池原理，制作了多种电池，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等，以满足不同的需要。二、化学电源依据原电池的反应原理，人们发明并制造了多种多样的化学电源。化学电源有一次电池与二次电池之分。各种干电池是一次电池，用过之后不能复原。蓄电池是二次电池，在充电后能继续多次使用。化学电源的能量转化率是燃料燃烧所不可比拟的。化学电源不仅在生活中得到了广泛的应用，而且在高科技领域乃至航天技术中也是不可或缺的。请结合生活经验和自己的了解，请同学们说说你所知道的电池的用途。投影各种电池（学生分别述说电池的用途）1.干电池 2.铅蓄电池展示干电池和铅蓄电池实物。（由学生和教师分别讲述这两种电池的构造和用途）阅读课本中 3.锂电池 4.新型燃料电池（由学生自学完成）讲述生活经验告诉我们，有些金属制品在使用一段时间以后，会失去表面的光泽，严重的会变得锈迹斑斑影响使用，尤其是钢铁制品，在潮湿的空气里，很容易生锈，这实际上是一种被叫做金属腐蚀的现象。下一个问题，我们就要研究一下这个现象。三、金属的腐蚀（回顾化学1学过的相关内容） m - ne- = mn+阅读学生在教师指导下阅读教材相关内容投影阅读要点：1.什么是金属的腐蚀？举例说明。2.金属腐蚀的本质是什么？3.由于金属接触的介质不同，一般金属的腐蚀可分为几种？各是什么？4.什么是化学腐蚀？举例说明。5.什么是电化学腐蚀？6.在潮湿的空气里，钢铁制品的表面为什么会形成无数微小的原电池？正、负极各是什么？（学生讨论）讲述在这些微小的原电池里，做负极的铁失去电子被氧化，钢铁表面的水吸收氧气得电子生成oh-，这样钢铁制品被慢慢腐蚀。1.化学腐蚀2.电化学腐蚀钢铁在潮湿空气里腐蚀 负极：fe - 2e- = fe2+ 正极：2h2o + o2 + 4e- = 4oh- 小结投影化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟氧化剂直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生讲述金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，会使机器设备、仪器、仪表的精密度和灵敏度降低，影响使用以至报废，甚至发生严重事故。据估计，每年由于腐蚀而直接损耗的金属材料，约占金属年产量的10%。因此防止金属腐蚀有很重要的意义。金属的防护方法有多种，同学们在课下已做了充分的准备，下面请各组派代表发言。讨论发言讲述（教师最后总结。）第三课时 电能转变为化学能教学过程创设学习情景 电解水能够制得氢气和氧气，电解食盐水能够制取烧碱、氢气和氯气，用于制造日常生活中各种铝制品的铝，是通过电解氧化铝获得的。电流怎样使水、食盐水、 氧化铝发生氧化还原反应，转化为各种产物呢？实验探究活动 在教师指导下，让学生用下图所示简易电解装置进行电解实验，并交流讨论实验结果。1.取一段棉线约2厘米，置于大片玻璃片上，用3滴食盐水将整根棉线润湿，然后在其左右两边各加数滴食盐水溶液。两端再各加入1滴酚酞试液。2.将两只鳄鱼夹分别夹住棉线两端，用导线把鳄鱼夹分别与电源（两节2号干电池）相连。约15-20秒后，观察发生的现象，并做好记录。3.在没有显示红色的一端滴入一滴碘化钾淀粉溶液，观察发生的现象，并做好记录。学生依据实验结果，汇报如下现象：实验1-食盐水滴加酚酞试液没有颜色变化；实验2-跟电源负极相联的一端溶液呈红色，并有细微气泡产生，说明氢氧根离子浓度增大。实验3-跟电源正极相联的一端溶液显蓝色，声明有氯气产生。观察到的现象实验1实验2实验3教师补充讲解 我们可以依据大家的实验探究结果来分析电解反应的原理：一、电解反应1.电解池与电解电解池由电源、阴极、阳极和电解质溶液各部分。跟电源负极相联接的电极称为阴极，在阴极有过剩的负电荷；跟电源正极相联接的一极称为阳极，在阳极有过剩的正电荷。在食盐水溶液中存在大量的na+和cl- ，还有微量的h+和oh-。当接通电源时，带正电荷的na+和h+向阴极定向移动，带负电荷的cl- 和oh-向阳极定向移动。在阴极，由于h+比na+易得电子，h+得电子发生还原反应：2h+2e=h2在阴极区域由于h+发生还原反应成为h2逸出，溶液中oh浓度大于h+溶度，溶液显碱性，使酚酞显红色。在阳极，由于cl比oh易失电子，cl失电子生氧化反应：2cl-2e= cl2 在阳极区域由于cl发生氧化反应（2cl-2e=cl2 ）成为cl2。cl2和碘化钾反应生成碘（cl2+2ki=2kcl+i2），碘遇淀粉变蓝色。总之，由于在阴极生成氢气，在阳极生成氯气，没有参加氧化还原反应的na+和oh形成氢氧化钠溶液，这就是我们已学的电解食盐水反应的基本原理。电解食盐水反应的化学方程式为：2nacl+2h2o电解2naoh + h2 +cl2 阴极产物 阳极产物实验观察 用石墨做电极，电解u型管中的氯化铜溶液，在阴极和阳极各发生什么样的变化？ 交流与讨论试分析氯化铜溶液电解发生的反应，写出电解反应的化学方程式。学生分析：在氯化铜溶液中，存在cu2+和cl，接通电源后，阴极周围的cu2+得电子发生还原反应：cu2+2e=cu；在阳极cl失电子发生氧化反应：2cl-2e=cl2 。在这一电解过程中，水中电离的h+和oh-。都没有被氧化或还原。所以电解的化学方程式为：cucl2电解 cu + cl2 阴极产物 阳极产物归纳与小结通过我们的分析，可以知道，电解反应是电解质溶液在电流的作用下，在电极上发生的氧化还原反应，得到电解产物，电能转化为化学能。2.电解反应是电流作用下发生的氧化还原反应，电解过程电能转化为化学能。请大家通过下表把已学的一些电解实例进行归纳。实例电极反应阴极产物阳极产物化学方程式电解cucl2溶液阳极发生 反应；阴极发生 反应。铜氯气cucl2电解 cu + cl2电解食盐水烧碱、氢气氯气2nacl+2h2电解 2naoh + h2 +cl2电解水氢气氧气2h2o电解 2h2 +o2观看影像资料 电解原理的应用：电解饱和食盐水、氯碱工业；铜的电解精炼。交流与讨论 用硫酸铜溶液做电解质，用含有锌、金、银等金属杂质的粗铜板与电源正极连接做阳极，用纯的铜簿片和电源负极连接做阴极，进行电解反应时，纯的铜簿片在电极上“长大”得到纯度很大的精铜板，相反粗铜板“瘦身”变少，这是为什么？能分析发生的变化吗？归纳与小结进行电解时，在阳极，粗铜板上的cu失去电子被氧化：cu-2e=cu2+，进入溶液；（粗铜板“瘦身”变小）；在阴极，cu2+在纯的铜簿片得电子发生还原反应：cu2+2e=cu（纯的铜簿片变大）。所以，当电路中通过电流时，阳极上的粗铜不断溶解，阴极上不断析出铜，这样得到的精铜又叫做电解铜，其纯度大于99.9%。 这就是工业上铜电解精练的基本原理。二、电解反应的应用1.铜的电