《化学能转化为电能——电池》教学设计

1、第第1章章 化学反应与能量化学反应与能量第第3 3节节 化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池 你知道吗？你知道吗？火力发电厂火力发电厂火力发电厂火力发电厂 化石能源的枯竭化石能源的枯竭, ,以及以及生态环境的日益恶化，迫生态环境的日益恶化，迫使人们利用使人们利用新能源发电新能源发电。氢能源便是一种非常理想氢能源便是一种非常理想的新能源。你知道氢能源的新能源。你知道氢能源有哪些应用吗？有哪些应用吗？化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池氢氧燃料电池是直接将氢气和氧气反氢氧燃料电池是直接将氢气和氧气反应的化学能转化为电能的化学电源。应的化学能转化为电能

2、的化学电源。2H2 + O2= 2H2O化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池普通干电池普通干电池手机电池手机电池钮扣电池钮扣电池笔记本电脑笔记本电脑专用电池专用电池 摄像机摄像机专用电池专用电池 “神六神六”用用太阳能电池太阳能电池日常生活日常生活中用到的中用到的化学电源化学电源跟氢氧燃跟氢氧燃料电池一料电池一样，都是样，都是根据原电根据原电池原理池原理制制造的。造的。化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池Zn+MnO2+H2O= ZnO+Mn(OH)2 Pb+PbO2+2H2SO4= 2PbSO4+2H2O 干干电电池池铅铅蓄蓄电电池池常见的常见的两种化两种化学电源学电源工作时工作时的

3、化学的化学反应反应化学电源中的反应是何种反应类型？化学电源中的反应是何种反应类型？（从物质转化和能量转化的角度思考）（从物质转化和能量转化的角度思考）释放能量释放能量的氧化还原反应的氧化还原反应化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池 在必修在必修2 2的学习中我们已经接的学习中我们已经接触过锌触过锌硫酸硫酸铜原电池，请铜原电池，请你试着画出该原电池的装置图你试着画出该原电池的装置图; ;并写出反应方程式并写出反应方程式 你知道该电池是怎样将化学你知道该电池是怎样将化学能转化为电能的吗？能转化为电能的吗？化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池活动活动探究探究预测预测1 1 请你根据锌与请你根

4、据锌与CuSOCuSO4 4溶液反应的反应类型溶液反应的反应类型 预测，该反应伴随怎样的能量变化？我们可预测，该反应伴随怎样的能量变化？我们可 以通过哪些直观现象来进行证明？以通过哪些直观现象来进行证明？预测预测2 2 如果锌与硫酸铜溶液反应是放热反应如果锌与硫酸铜溶液反应是放热反应, ,请请 你利用所学原电池知识设计实验，将该反应你利用所学原电池知识设计实验，将该反应 所释放的能量转化为电能，预测锌和铜片插所释放的能量转化为电能，预测锌和铜片插 入硫酸铜溶液后会有变化吗？有什么变化？入硫酸铜溶液后会有变化吗？有什么变化？实施实验：实施实验：根据你们的预测设计并实施实验。根据你们的预测设计并实

5、施实验。化学能转化为电能转化为电能电池电池实验实验1 1：锌与：锌与CuSOCuSO4 4溶液反应中的能量变溶液反应中的能量变化化 实验装置实验装置 实验现象实验现象能量变化能量变化思考思考：如何将化学能直接转化为电能？如何将化学能直接转化为电能？锌粉锌粉溶解溶解，产生，产生了了红色红色的固体物的固体物质；质； CuSOCuSO4 4溶液溶液颜色颜色变浅变浅，温度，温度升高升高。化学能转化学能转化为热能化为热能小组小组 展示展示化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池实验装置图实验装置图实验现象实验现象能量转化能量转化CuSO4 溶液溶液电流表指针发生电流表指针发生偏偏转转；锌片溶解，其；锌片

6、溶解，其表面出现一层红色的表面出现一层红色的固体物质；铜片表固体物质；铜片表面也出现一层面也出现一层红色的红色的固体固体物质物质CuSOCuSO4 4溶液溶液颜色颜色变浅变浅；化学能化学能转化为转化为电电 能能实验实验2 2：化学能转化为电能：化学能转化为电能小组小组 展示展示思考思考：化学能是如何转化为电能的呢？化学能是如何转化为电能的呢？结合实验现象分析：结合实验现象分析：1.1.锌片上发生什么反应？电子转移到哪里去？锌片上发生什么反应？电子转移到哪里去？2.2.铜片表面析出的红色物质是什么？这些物质是怎样产铜片表面析出的红色物质是什么？这些物质是怎样产生的？发生怎样的反应？电子从哪来？生

7、的？发生怎样的反应？电子从哪来？3.3.电流是怎样产生的？电流是怎样产生的？交流交流 研讨研讨化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池SO42-SO42-SO42-Zn2+Zn2+Cu2+电流电流电子电子失失e-氧化氧化反应反应得得e-还原还原反应反应Cu2+Cu2+SO42-Cu2+ 硫酸铜溶液硫酸铜溶液负极负极还原剂还原剂氧化氧化反应反应阳极阳极氧化剂氧化剂还原还原反应反应阴极阴极+I外电路外电路归纳归纳：正极正极-阳离子阳离子阴离子阴离子e-内电路内电路 AZn Zn2+2e-Cu2+2e- Cu化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池观察比较教材观察比较教材“图图132”132”和和“

8、图图133”133”，分析锌粉和硫，分析锌粉和硫酸铜溶液反应和铜锌原电池反应有何异同？酸铜溶液反应和铜锌原电池反应有何异同？2.2.电子转移电子转移：锌粉和硫酸铜溶液的反应是铜离子：锌粉和硫酸铜溶液的反应是铜离子和锌片表面锌原子直接接触发生电子转移的反应，和锌片表面锌原子直接接触发生电子转移的反应，溶解的锌离子和铜离子相互碰撞阻碍反应发生，溶解的锌离子和铜离子相互碰撞阻碍反应发生，反应杂乱无章；原电池反应，反应杂乱无章；原电池反应，两个两个反应分别在两反应分别在两极发生极发生，反应的有序性强，反应的有序性强 。3.3.能量转化能量转化的形式不同。一是转化为热能；的形式不同。一是转化为热能；原电

9、池是转化为电能。原电池是转化为电能。 1.1.反应的反应的本质本质相同，都是相同，都是 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池 比较比较 归纳归纳选择活泼性不同的选择活泼性不同的两个金属电极两个金属电极，其中较为活泼的，其中较为活泼的 电极能跟溶液反应，做负极。电极能跟溶液反应，做负极。将两金属电极用导线连接后将两金属电极用导线连接后插入电解质溶液插入电解质溶液中。中。【问题问题2 2】如果将铜锌原电池连续作如下变换如果将铜锌原电池连续作如下变换 电池的铜片换成镁片，锌片上有何现象？电池的铜片换成镁片，锌片上有何现象？ 在在1 1的基础上，将硫酸铜溶液换为硫

10、酸锌的基础上，将硫酸铜溶液换为硫酸锌 溶液，锌片上又有何现象？溶液，锌片上又有何现象？问题问题 讨论讨论【问题问题1 1】从这两个电池中你从这两个电池中你可以发现，构成这类电池的可以发现，构成这类电池的条件了吗？条件了吗？化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池【问题问题3 3】如果仔细观察，同学们做实验的铜锌原电池中，电如果仔细观察，同学们做实验的铜锌原电池中，电池工作一段时间后，锌片上也有少量的红色物质析出，这是池工作一段时间后，锌片上也有少量的红色物质析出，这是为什么呢？可以通过哪些直观实验现象证明你的判断呢？为什么呢？可以通过哪些直观实验现象证明你的判断呢？电池工作时，锌片跟铜离子能够

11、接触，所以可电池工作时，锌片跟铜离子能够接触，所以可以直接发生电子的传递，发生置换反应，在锌片以直接发生电子的传递，发生置换反应，在锌片表面上析出铜。表面上析出铜。因为这部分反应没有产生电流，反应放出的能因为这部分反应没有产生电流，反应放出的能量应该以热能的形式释放出来。所以可以用测量量应该以热能的形式释放出来。所以可以用测量溶液温度变化的实验来证明上述结论。溶液温度变化的实验来证明上述结论。问题问题 讨论讨论化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池 请同学们先阅读请同学们先阅读“资料资料在线在线”栏目给大家的信栏目给大家的信息息盐桥，然后仔细观察下面的演示实验，回答盐桥，然后仔细观察下面的演

12、示实验，回答相关的问题。（教材相关的问题。（教材P21“P21“观察观察思考思考”栏目。注意栏目。注意阅读资料）阅读资料）化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池【观察观察 思考思考】1.1.盐桥插入两电解质溶液中后盐桥插入两电解质溶液中后，该装置是否实现了化学，该装置是否实现了化学能向电能的转化？两电池能向电能的转化？两电池相比，能量转化效率发生相比，能量转化效率发生了怎样的变化？为什么？了怎样的变化？为什么？2.2.你觉得哪个更适合设计成化你觉得哪个更适合设计成化学电源呢？为什么？学电源呢？为什么？化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池该铜锌原电池发生的氧化该铜锌原电池发生的氧化还原反应

13、，氧化剂和还原还原反应，氧化剂和还原剂剂不需要直接接触不需要直接接触，两个，两个电极反应可在电极反应可在彼此隔离彼此隔离的的条件下进行。条件下进行。化学能转化为电能转化为电能电池电池石墨石墨O2石墨石墨 H2KOH溶液溶液如图所示装置，两根石墨棒与如图所示装置，两根石墨棒与检流计连接后插入到氢氧化钾检流计连接后插入到氢氧化钾溶液中。在两个极上分别持续溶液中。在两个极上分别持续通氢气和氧气。发现电流计通氢气和氧气。发现电流计指指针发生偏转针发生偏转。 1.1.上述装置是否是原电池？你能找到它所发生上述装置是否是原电池？你能找到它所发生的氧化还原反应吗？的氧化还原反应吗？2.2.对于原电池的电极和

14、电解质溶液的作用和选对于原电池的电极和电解质溶液的作用和选择，你有何更深的理解？择，你有何更深的理解？化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池【迁移迁移 应用应用】思考思考：你能够将构成原电池的方法完善一下吗：你能够将构成原电池的方法完善一下吗？1.1.根据反应，选择合适的金属或非金属导体材根据反应，选择合适的金属或非金属导体材料做电极材料。料做电极材料。2.2.将氧化剂和还原剂分别置于两极表面。将氧化剂和还原剂分别置于两极表面。3.3.将两极连接后浸入电解质溶液中。将两极连接后浸入电解质溶液中。归纳：构成原电池的条件归纳：构成原电池的条件化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池 请你将氯化铁溶液和铜的反应请你将氯化铁溶液和铜的反应 设计成原电池？设计成原电池？ 将你的设计用装置图表示出来。将你的设计用装置图表示出来。 学以致用学以致用化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池答案展示答案展示铜铜石墨石墨FeCl3 溶液溶液铜铜CuCl2溶液溶液FeCl3 溶液溶液石墨石墨方案一方案二化学能转化为电能化学能