高中化学 第1章 化学反应与能量转化 1.3 化学能转化为电能 电池教学设计 鲁科版选修4（通用）

第1章 化学反应与能量变化第3节化学能转化为电能-电池第1课时“化学能转化为电能电池”教学设计一：教材分析本节课为鲁科版选修教材化学反应原理第一章第三节第一课时的内容。1、教材的地位和作用化学反应原理在高中教材中起着承上启下的作用，是在必修的基础上，进一步帮助学生构建较为完整和系统的化学反应原理知识体系，能够有效提升对化学反应的认识，能够从化学反应的本质多角度分析化学反应,为深入学习化学知识提供了理论指导。教材第一章以“能量转化”为纲，从实验测定、理论计算、定量表示等方面描述了化学反应的热效应。后两节介绍了电能与化学能相互转化的具体形式电解和电池。对理论知识的学习给以方法的指导，对化学反应原理的学习起到引领的作用。 2、本节教材简析： 学生在必修教材中已了解了原电池的概念。本节课以单液原电池为模型分析原电池的工作原理、形成条件，并达到对有关“电解质溶液、化学反应的能量变化、氧化还原反应、金属活动性强弱比较”等知识的整和，使学生的认识得到提升。通过介绍盐桥引出双液原电池。采用逐步深人的研究手段，实现对学生创新精神的培养。 3、重点、难点 重点：原电池的工作原理、形成条件、电极反应式及电池反应方程式的书写难点：原电池的工作原理。二 、三维教学目标 1、关于本节内容必修模块与选修模块课标、学习要求的对比分析必修课程标准选修课程标准举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。必修模块学习要求选修模块学习要求1举例说明化学能与电能的转化关系及应用。2知道电池是利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置。3通过制作简易原电池的实验，了解原电池的概念和原理。通过进行化学能转化为电能的探究活动，了解原电池工作原理，能正确书写原电池的正、负极的电极反应式及电池反应方程式。2、本节内容的三维目标 知识与技能： （1）了解原电池是将化学能转化为电能的装置，能够结合实例说明原电池的工作原理，能判断原电池的正负极。知道在原电池中，在负极发生氧化反应，在正极发生还原反应，能写出电极反应式和电池反应方程式。 （2）通过实验探究，知道形成原电池的基本条件。 （3）了解科学探究的一般过程，能设计并完成一些基本的化学实验。 过程与方法：（1）经历实验探究的过程，并从中获得体会，进一步理解科学探究的意义，提高科学探究的能力。 （2）、通过原电池装置的实验设计, 训练学生的实验设计能力、动手操作能力及认真完成实验、观察现象、分析问题和解决问题的科学探究精神和创新能力。 情感态度与价值观：（1） 分组实验，培养学生分工合作的团队精神。（2）让学生体验并享受实验探究带来的快乐，感受化学世界的奇妙，体验科学探索的乐趣，激发学习热情。（3）增强将化学知识应用于生活实践的意识，使学生进一步从能量的角度理解化学科学对人类生活的重要贡献，体会化学的实用性和创造性。（4）关注与化学有关的社会热点问题和科技前沿问题，增强环境保护意识，逐步形成可持续发展的思想。三、教学方法1. 采用实验探究的方法： 高中化学新课程倡导学生“学会运用观察、实验等多种手段获取信息”，“获得有关化学实验的基础知识和基本技能，学习实验研究的方法，能设计并完成一些化学实验” “强调实验对于理论产生的重要性”。因此本节课采取“引导实验探究”的模式，充分利用教材中的活动探究、观察思考等栏目，增加学生实验的机会，使实验成为学生解决问题的重要工具。2.分层教学提问分层、评价分层，面向全体学生，充分调动不同层次学生学习的积极性。3. 多媒体辅助教学总之，在处理内容时顺应学生的认识规律，采用浅显的语言，分析相关概念的物理意义，尽量减少死记硬背的定义，不涉及技术细节和电极电势等定量概念。在不降低学习要求的前提下尽量降低学习难度。 四、学习方法和学习策略1、学情分析高二学生好奇心强，思维活跃，具备一定实验技能，但对实验现象及结果的分析和处理能力还有一定的欠缺，本节课以实验为载体，创设问题情境，将实验探究与交流研讨交替进行，充分体现学生的主体作用和教师的主导地位。 2、学法指导采用“自主探究”的教学方式，指导学生运用实验观察、分析、比较、讨论、概括、练习等学习手段，通过亲自动手参与实验，分析讨论实验现象，解决问题，得出结论的过程培养其分析问题和解决问题的能力，充分调动学生在学习过程中的自主意识，促进学生对知识的主动建构。3、组织学习过程的基本策略（1）创设情景策略通过演示实验的现象，引发认知冲突产生认知需要。（2）问题探究策略 按照科学探究的一般过程，引导学生结合已有原电池的知识设计实验，通过问题探究的方式，获得原电池的构成条件和原电池正负极的判断规则。（3）评价与反思策略 要求学生运用原电池概念与原理，判断某些装置能否形成原电池、原电池的正负极，书写电极反应式，并根据给定的材料设计原电池。使学生通过思考交流、合作与探究、评价与反思的学习过程，实现对知识的自主建构。五、教学用具溶液：1mol/L CuSO4溶液、1mol/LZnSO4溶液、1mol/LH2SO4溶液、酒精电极材料： Cu棒1根、C棒1根、Zn片2片、Cu片2片、其它：灵敏电流计、导线六根、夹子两个，250ml烧杯2个、100ml小烧杯4个、胶头滴管、洗瓶、抹布、砂纸六、教学过程教学环节课堂教学活动设计教学中可能出现的情况设计意图创设情景引入新 课利用西红柿电池使音乐贺卡发出美妙音乐，创设新奇刺激的问题情境，提出新的研究任务：如何把“化学能直接转化为电能”西红柿电池电流太小音乐贺卡不响激起学习兴趣和热情，产生学习欲望。 观看电池图片及实物生产、生活中常见的、必不可少的电池图片。（1）展示各种电池的图片：干电池、数码相机、摄像机、笔记本电脑、蓄电池，激发学生学习的兴趣。（2）展示具体的实物：干电池、手机电池，联系学生的实际生活，如计算器、手电筒、文曲星等需要电池才能正常的工作；感受“电池”确实与我们的生活息息相关。学生不够兴奋再次激发学习原电池工作原理的欲望，体会化学在生活中的重要性自主探 究合作交 流理解新 知探究实验一：原电池的工作原理上一单元我们学习了化学能与热能的相互转化。请预测Zn 和CuSO4溶液的反应是吸热反应还是放热反应，并设计实验方案加以证明。学生交流实验方案的设计后完成实验探究：实验方案：向一只试管中加入1.0mol/LCuSO4溶液5mL，测量此时溶液的温度。（用药匙柄端凹槽）加入适量锌粉，测量溶液的温度，观察温度的变化。（学生积极动手实验，教师巡回观察学生实验情况，个别指导，）探索发现：锌粒表面不再是银白色，好象变黑了（有一层紫红色物质生成）。溶液颜色变浅了。试管壁有些发热。测量的溶液的温度升高了。说明该反应为放热反应，过渡 写出该反应的离子方程式指出反应类型，标出电子转移的方向和数目。根据实验桌上提供的试剂和仪器，参考课本P20图1-3-2设计实验方案，将该反应所释放的能量转化为电能，2人一组，交流讨论。学生活动：通过设计原电池将化学能转化为电能。（学生热烈的讨论，有的还在纸上画着装置图。）师：请小组选派一名代表，说说你们组设计的实验方案。实验方案：（如图） 指导学生实施实验方案学生描述实验现象：锌片逐渐溶解。电流计指针偏转，且偏向C，碳棒上有红色的铜析出。学生完成实验用时过长，学生对实验现象的观察不够全面。学生对碳棒上出现铜的现象观察不细，没有引起认知上的冲突。通过问题的设置引导学生分析探究实质。培养学生分析问题、设计实验方案、完成实验、最终解决问题的能力。充分利用教材中活动探究栏目，通过异常的实验现象使学生在原有知识的基础上产生认知冲突,发现新问题学习新知识。通过本组实验意在使学生在原有知识的基础上发现新问题，并主动的寻找解决问题的方式。过已学知识，分析原理，得出结论。初步明白原电池的工作原理。多媒体辅助教学动画演示：铜锌原电池工作原理。观察动画并思考巩固知识围绕以下问题进行交流研讨：电子的流向，电流的流向，溶液中阴阳离子的移动方向，哪个作正极，哪个作负极，两极各发生的反应以及电池反应，思考、分析原电池的工作原理：电子流向：负极（Zn）正极（Cu）电流方向：正极负极正极Zn作负极，C作正极，电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。负极（发生氧化反应）：ZnZn2+2e-正极（发生还原反应）：Cu2+2e-Cu电池反应方程式：Zn+Cu2+=Zn2+ Cu 学生对电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极不易理解。个别学生存在方程式书写困难通过具体生动的动画将学生看不见的微观世界宏观化变抽象为具体，从而帮助学生理解原电池的化学原理。以突破难点，提高教学效率。思维小练习练习：化学反应HCl + NaOHNaCl+H2O能设计成一个原电池吗?试试看。个别学生对原电池必须是自发进行的氧化还原反应认识不到位强调：只能利用自发进行的氧化还原反应设计电池尝试新知反馈巩固运用新知 探究实验二：原电池的构成条件质疑根据前面的学习和探究，你认为原电池构成的条件是什么？根据实验桌上的用品，自己设计组装原电池，并检验是否有电流产生。学生交流实验设计方案：电极材料的可能组合：ZnZn CuCuZnCu ZnC ZnMg溶液：1mol/L CuSO4溶液、1mol/LH2SO4溶液、蔗糖溶液、果汁、水果要求：注意有电流产生的装置构成。若装置中无电流产生，请思考原因。实施实验并相互交流，记录实验现象。实验中的个别问题：Mg片和Zn片都与稀H2SO4反应，检流计指针会发生变化吗？ZnCu浸在硫酸铜溶液中铜片表面还出现了一道线，铜片浸入溶液中的部分颜色加深了。Zn和Zn用导线连接，放入稀H2SO4中，用检流计检验有无电流产生。Zn和Cu直接接触放入稀H2SO4中，观察现象。实验中得出的其它结论：1、电解质溶液相同时，两种金属活泼性差别越大，产生电流越大，反应速度越快。如：电解质溶液为CuSO4溶液负极正极电流大小Zn铜棒小碳棒大2、电极材料相同时，电流大小与电解质溶液的性质（种类、浓度）有关。如Zn-Cu原电池电解质溶液种类不同（或非电解质）溶液电流原电池总反应1mol/L硫酸溶液大Fe+2H+=Fe2+H21mol/LNaCl溶液小2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2酒精无电解质溶液种类相同浓度不同电解质溶液电流大小1mol/L硫酸溶液大极稀的硫酸溶液小分析总结：原电池的构成条件 (1)两个活泼性不同的电极 两种活泼性不同的金属。 一种金属与一种非金属导体。(2)电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）(3)形成闭合回路（或在溶液中接触）总结原电池实验中的现象：一般负极溶解，质量减小，正极（本身不反应）上有气泡（H2）或不活泼金属单质析出根据实验现象和反应原理总结原电池正负极的判定由学生交流研讨，概括整合完成：个别学生完成实验有困难学生的归纳整理，概括整合的能力不全面 学生实验兴趣越来越浓，不易终止试验探究过程学生交流研讨时间太长教学大纲中指出“要有计划地指导学生自学，组织学生搜集有关的信息，阅读有关的资料以发挥学生的学习主动性”，利用实验桌上现有的实验用品，增加教材没有的开放性探究实验，通过设计实验，进行探究，分析实验现象，通过对比分析、互相讨论对实验事实进行整理，总结出构成原电池的条件， 提高了学生的学习兴趣，不仅培养了学生观察能力，逻辑思维能力发现问题，提出问题的能力。还培养学生的实验能力和创新能力。对原电池形成条件认识的更加深刻。学习小组，合作学习，共同进步；把时间留给学生，把想象的空间留给学生，把认知过程留给学生。学生练 习幻灯片展示练习题练习 判断下列装置能否形成原电池教师讲评指出“相连接”可以是用导线连接,也可以直接相接触。学生对两个电极直接接触构成的原电池理解有困难拓宽学生的思维，并加深学生对原电池组成条件的理解。再探再练，拓展创新，深化新知探究实验三：双液原电池通过一道练习题设疑：若把F中的电解质溶液用能够使阴阳离子移动的装置连接起来，能否形成原电池?利用资料在线介绍盐桥，打开课本：指导学生阅读课本P21“资料在线”，共同学习盐桥的制备和作用，盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂做成的冻胶，在盐桥中，离子能发生移动。在盐桥中，Cl-移向ZnSO4溶液， K+移向CuSO4溶液，使两电解质溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行通过观察思考栏目，探究双液原电池， 按P21图1-3-4组装好仪器，实施实验并思考相关问题。 向两只烧杯中分别加入40ml 1.0mol/L CuSO4溶液和40ml1.0mol/LZnSO4溶液，将连接导线和电流计的锌片和铜片分别插入ZnSO4溶液和CuSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液中，观察实验现象。取出盐桥，观察实验现象。该原电池有什么优点？通过这个活动，你对原电池有了哪些新的认识？现 象：连接盐桥，电流计指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色的铜析出，取出盐桥电流计指针不偏转指导阅读：课本P22 第一自然段了解什么叫电极、内电路、外电路等。双液原电池是怎样减小副反应的？引导学生思考将氧化反应和还原反应分开进行、减少副反应的发生以提高电流效率（比如用盐桥将两个反应分开）的方法等问题，层层深入探究原电池工作的原理。 指导阅读：课本P22“资料在线”原电池的表示式：指导阅读：课本P22 第二自然段区分原电池的正负极和阴阳极。实验室没有盐桥，学生自制实验用的盐桥可能产生的实验效果不佳。部分学生在理解时仍存在困难通过一道练习题设疑，利用资料再线介绍盐桥，通过观察思考栏目，探究双液原电池，引导学生思考将氧化反应和还原反应分开进行、减少副反应的发生以提高电流效率的方法等问题，层层深入探究原电池工作的原理。 进一步认识原电池的工作原理。开拓学生的视野。由物理学知识和化学知识引导学生区分原电池的正负极和阴阳极。理论联系实际体会化学的魅力深化对原理的应用以生活中常见物品为原料动手制作一个水果电池。寻找下列材料：导线、金属片、铅芯、电流表、手电筒用小灯泡（或发光二极管）、小闹钟、音乐卡、果汁（橙汁、苹果汁、柠檬汁等）、水果、口杯。动手设计组装一套原电池装置，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，实现知识的迁移应用，领略创新成功的喜悦。材料的寻找可能有困难动手制作一个水果电池。体验学习化学的乐趣，使学生觉得化学就在我们的身边。展示观摩学生的作品，震撼思维。延伸课堂，开展研究性学习让学生利用网络、图书馆、找专家访谈，查询有关资料，调查日常生活中常见电池的种类、使用范围和性能，体会现代科技的魅力，拓展视野，深化对原理的应用。并且通过对废电池的处理问题，了解日常生活中废弃旧电池对环境的危害，对学生进行环保教育。部分学生的硬件条件达不到要求。将课堂知识延伸到课后，让学生感受生活中蕴含的化学信息，体会化学在现实世界中的广泛应用，感受化学的价值。体会现代科技的魅力，拓展视野，深化对原理的应用。对学生进行环保教育，形成可持续发展的思想。实验室开放 日兴趣小组活动：进行如下实验操作：把用砂纸去膜等大的镁