苏教版高一化学《化学能与电能的转化》优秀教案

新课程教学课题$2-2-3化学能与电能的转化课时第1教时教材分析本节内容是在化学能与热能转化的基础上学习化学能与电能的转化，学习掌握原电池的概念、原理、条件及应用；是氧化还原反应、电离等知识的综合应用；是化学基本理论中重要的组成部分。原电池的形成条件是重点内容；原电池的原理是知识的难点。本节课将通过学生思考、体验、观察、归纳激发学生的学习积极性，培养学生由表及里分析问题的能力目标知识与技能1、通过活动与探究了解原电池的形成条件，学会判断原电池2、使学生学会原电池正、负极的判断、反应式书写3、使学生能够进行简单的原电池设计情感态度与价值观培养通过原电池的学习认同能量能够转化的辩证观点，通过原电池学习丰富学生化学情感，让学生感受到化学来源于生活，生活中处处蕴含着化学知识重点原电池的形成条件难点原电池的原理教学用品原电池制作相关材料教法自主探究法教学过程Ⅰ、检测与评析1、写出下列反应的热化学方程式(1)将4克铝完全燃烧放出热量4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s)ΔΗ=mol(2)甲硅烷(SiH4)是一种无色气体，遇到空气能爆炸性自燃，生成SiO2和水。已知室温下1克甲硅烷自燃，放出热量SiH4(g)+2O2(g)=SiO2(s)+2H2O(l)ΔΗ=mol2、已知在250C101Kpa下，1克辛烷(C8H18)燃烧生成CO2和液态水时放出热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是----------------------------------------(B)A、C8H18(l)+=8CO2(g)+9H2O(g)ΔΗ=molB、C8H18(l)+=8CO2(g)+9H2O(l)ΔΗ=-5518KJ/molC、C8H18(l)+=8CO2(g)+9H2O(l)ΔΗ=+5518KJ/molD、C8H18(l)+=8CO2(g)+9H2O(l)ΔΗ=mol通过前面的学习，我们知道化学反应过程中都有能量的变化，化学能可以转化为热能、光能、电能等，其中重点学习了化学能与热能的转化。下面我们学习化学能与电能之间的转化。Ⅱ、新授$2-2-3-2化学电源一、原电池1、定义[过渡1]怎样才能实现化学能转化为电能呢？[学生探究一]ZnCuZnCuZnCu稀硫酸稀硫酸稀硫酸稀硫酸⑴⑵⑶⑷现象锌片溶解无明显锌片溶解铜片上有且锌片上现象且有气泡气泡产生，有大量气产生锌片溶解泡产生但无气泡结论锌与稀硫铜与硫仅锌与稀溶液中H+酸发生了酸不反硫发生了在铜片上置换反应应置换反应获得了电生成氢气子现象分析锌属活泼铜属不同左锌片溶解，金属能置活泼金锌失电子，电换酸中的属不能子沿外导线进氢置换酸入铜片从而H+中氢在铜片上得电子被还原[过渡2]由装置(4)中现象可知，锌片失电子，电子经导线转移到铜片上，溶液中H+得电子生成氢气。[问]我们有什么办法能证明锌片上的电子经导线转移到铜片上的呢？(学生：检流计)[学生探究二]ZnCu(G)稀硫酸现象检流计指针发生了偏转结论外电路导线上有电流通过原理锌片：Zn-2e-=Zn2+反应类型氧化反应铜片：2H++2e-=H2↑反应类型还原反应总反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑反应类型氧化还原反应[过渡3]若把一个电流计改换成一个小灯泡，小灯泡会发光，这就像一个电源一样可以向小灯泡供电，我们把这个装置叫原电池。归纳：原电池的定义(1)：把化学转转化为电能的装置叫原电池常见原电池:锌锰干电池；铅蓄电池；氢氧燃料电池等；[思考1]原电池中总反应是氧化还原反应，那么原电池中电极反应和氧化还原反应之间有何关系？答：电极反应各别为氧化还原反应的半反应[思考2]能否从氧化还原反应的角度归纳出原电池的概念？原电池的定义(2)：以氧化还原反应为依据(自发)使氧化反应、还原反应分别在设置的两个电极上进行，从而产生电流的装置叫原电池[过渡4]电源有正负极，那么原电池的正负极如何规定呢？2、原电池的正负极的规定与反应类型失电子的极(电子流出的极)-----负极-----氧化反应得电子的极(电子流出的极)-----正极-----还原反应电子流向：负极正极溶液中离子移动方向：阴离子向负极(锌片)移动阳离子向正极(铜片)移动[过渡5]何种装置才是原电池？下面共同思考进行探究。3、原电池形成条件[学生探究三]下列装置哪些能产生电流？FeZnZnZnFeCuFeCu稀硫酸稀硫酸硫酸铜酒精⑴⑵⑶⑷FeC稀硫酸稀硫酸稀硫酸⑸⑹[归纳与总结]原电池形成条件:两极—溶液—导线(1)有电解质溶液(2)有两个活动性不同的金属(一种金属另一种非金属)具体①金-------金②金-------非金属如：石墨③金-------不溶性的金属氧化物(3)两电极浸入电解质溶液中且用导线连接或直接接触闭合回路[指出1]闭合回路有多种方式如下：CuZnCuZnCuZn稀硫酸稀硫酸稀硫酸[指出2]电极与电解质溶液可能反应，也可能不反应如生铁放入氯化钠溶液中生锈。[学生练习1]由原电池的构成条件能否回答出在实验探究一中装置(1)(2)(3)为什么不能产生电流？[学生练习2]下列装置中哪些是原电池？是原电池的写出电极反应式FeCuZnCuFeC稀硫酸酒精稀硫酸稀硫酸稀硫酸①②③④4、原电池正负极的判断①由电子流出及流入流出为负极流入为正极②由反应类型氧化反应为负极还原反应为正极③由电极材料的性质确定金----------非金金------------为负；(石墨)-----为正金--------金较活泼-------为负；较不活-----为正金---不溶氧化物金-------为负；氧化物----为正指出(1)：原电池中正极不参加化学反应，仅作导体负极参加反应而溶解进入溶液指出(2)：原电池相比于一般条件下的氧化还原反应的优点：反应速率加快；能量利用率高。Ⅲ、巩固练习1、下列装置中能构成原电池的是--------------()ZnCuZnCuAgCuZnCu硫酸溶液酒精硫酸溶液硫酸溶液2、根据已有的知识，填空：(1)若将锌片插入稀硫酸中，将会观察到的现象是(2)若将铜片插入稀硫酸中，(如图)将会观察到的现象是CuZn稀硫酸(3)现将锌片与铜片用导线相连，同时浸入稀硫酸中(如图),可观察到铜片表面有气体析出，可以认为铜与锌相连以后，活泼性增强，从而可置出酸中氢吗？为什么？(4)可以利用哪些实验现象或方法来证实你的想法？Ⅳ、作业课本P46EX1如右图所示，将锌、铜通过导线相连，置于稀硫酸中CuZn(1)锌片上的现象是电极反应为稀硫酸(2)铜片上的现象是电极反应为(3)电流由经导线流向，说明为正极，负极为。若反应过程中有摩电子发生转移，则生成氢气在标准状况下的体积为(4)若将电解质溶液换成硫酸铜溶液，能否形成原电池？若能，请写出电极反应式；若不能，请说明理由。新课程教学课题$2-2-3化学能与电能的转化课时第2教时目标利用原电池原理解决生活现象学会以自发氧化还原反应以依据设计化学电源重点化学电源的设计难点化学电源的设计教学用品原电池制作相关材料教法探究法教学过程Ⅰ、检测与评析下列A、B、C、D四个装置中分别具有足量的CuCl2溶液ZnCuCPtZnCuZnZnABCD(1)A、B、C、D四个装置中属于原电池的是分析原因(2)A中的Zn是极，电极反应式发生的反应类型Cu是极，电极反应式发生的反应类型总反应方程式：(3)指出A工作时溶液中离子的移动方向Ⅱ、新授$2-2-3-2化学电源二、原电池原理的重要应用1、通过原电池可判断金属单质的活泼性；进而判断元素金属性强弱及形成氢氧化物碱性的强弱。[练习1]：把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池，a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由dC；a、c相连时，C极上产生大量气泡；b、d相连时，d极上发生氧化反应；这四种金属的活泼性由强到弱的顺序为---------------------------------------------()A、a、b、c、dB、a、c、d、bC、c、a、b、dD、b、d、c、a2、通过原电池反应可提高同一反应在同温同浓度下的进行的速率[练习2]、实验室用锌与稀硫酸反应制备氢气，为了提高氢气生成速率，可以使用含金属杂质的粗锌或者在硫酸溶液中加入少量硫酸铜溶液。试分析上述方法能加快氢气生成速率的原因,写出正、负极的电极反应式和原电池的总反应式[过渡]：学生阅读课本P41钢铁锈蚀3、利用原电池原理解释钢铁生锈现象[练习3]学生阅读课本P41资料卡内容，利用原电池知识回答：[学生交流与讨论]钢铁组成：铁碳铁锈的主要成分是什么?(Fe2O3)潮湿空气中钢铁表面形成水膜(电解质溶液：H+OH-O2)(3)原理：铁碳-------构成正、负两极潮湿空气中钢铁表面形成水膜(电解质溶液：H+OH-O2)构成原电池负极：Fe2Fe–4e-=2Fe2+正极：CO2+2H2O+4e-=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O(Fe2O3是铁锈的主要成分)[学生练习体会一遍]指出：原电池两半反应书写时一定要注意两极电子得失守恒[教师]像这样，不纯的金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼金属失电子被氧化，这种腐蚀叫电化学腐蚀。电化学腐蚀在我们生活中随处可见，金属的腐蚀给我们带头来了很多不变，必须进行金属的防护，请回忆我们学过哪些金属的防护方法?[学生回答]制成合金、覆盖保护层、电化学防护[学生练习1]、下列现象与电化学腐蚀无关的是-------(D)A、黄铜(铜锌合金)制作铜锣不易产生铜绿B、生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈C、铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈D、银质奖牌在空气中久置后表面变暗[学生练习2]、、埋在地下的铸铁输油管道，是下列各种情况下被腐蚀过程速率最慢的是-------------------(C)A、在含铁元素较多的酸性土壤中，B、在潮湿疏松的碱性土壤中C、在干燥致密不透气的土壤中D、在含碳粒较多，潮消极透气的中性土壤中[学生练习3]、下列叙述中正确---------------(AC)A、锌跟稀硫酸反应制取氢气，加少量硫酸铜溶液能加快反应速率B、镀层破损后白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀C、钢铁表面常易腐蚀生成氧化铁D、电化学腐蚀中作为正极的金属材料更易被腐蚀4、利用氧化还原反应设计成原电池[方法]：按原电池原理把还原剂作负极；用另一较不活泼金属或导体作正极，把氧化剂溶液作电解质溶液(或把作氧化剂的氧化物涂在正极上)，将两极浸在电解质溶液中，再用导线将两电极相连，便可构成一个原电池。例如：以Cu+2Ag+==Cu2++2AgCuC硝酸银溶液[练习1]、同步练习P44EX7一个原电池总反应的离子方程式是：Zn+Cu2+=Zn2++Cu该原电池材料及电解质可能是-----------------(D)ABCD正极ZnCuZnFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuCl2[练习2]、同步练习P44EX8、有M、N两种金属，分别与盐酸反应，产生H2的速率相近，试设计一个实验，证明M、N两种金属的活泼性。[练习3]、下列反应不可能设计成原电池的是----(D)A、Fe+2H+=Fe2++H2↑B、2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+C、2H2+O2=2H2OD、H++OH-=H2O[练习4]、[学生设计一]利用橙子或葡萄等水果、铁钉、铜丝、灵敏检流计制作一个水果电池。(也可用舌尖感觉电流)归纳原电池设计条件：必须是氧化还原反应、通常反应能自发进行如：锌与稀硫酸。[练习5]、[学生设计二]P42图2-9设计一个燃料电池S1S2多孔碳棒多孔碳棒+-发光二极管硫酸钠溶液操作(1)打开S2闭合S1电解半分钟(用3---6V直流电源)(2)打开S1闭合S2接通二极管二极管发光原理(1)打开S2闭合S1电解半分钟电解水外接电源负极的碳棒：生成氢气外接电源正极的碳棒：生成氧气电解2H2O====2H2+O2(2)打开S1闭合S2接通二极管二极管发光有氧气的碳棒：正极(得电子)O2+4e-+4H+=2H2O有氢气的碳棒：负极(失电子)2H2–4e-==4H+总反应O2+2H2=2H2O指出：上述电池叫氢氧燃料电池。很多时候氢氧燃料电池使用氢氧化钾溶液作为电解质溶液正极(得电子)O2+4e-+2H2O=4OH-负极(失电子)2H2–4e-+4OH-==4H2O总反应O2+2H2=2H2O[思考1]为什么飞船上要用氢氧燃料电池?燃料电池有何优点?(可循环使用、可通过太阳能电板提供电能电解水氢气和氧气；氢气和氧气生成无污染的水)[指出]该类燃料电池由于发生反应的是可燃物与O2的反应通常需加热或点燃，但构成原电池之后就可自发进行，故两电极仅作导体，不参与反应(均可用石墨C作电极)。[练习]：甲烷燃料电池(电解质溶液KOH溶液)负极：(C棒)CH4+10OH--8e-==CO32-+7H2O[记住]正极：(C棒)2O2+4H2O+8e-==8OH-[记住]总反应式：CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O[记住]Ⅲ、小结学习了原电池原理的几个重要应用通过原电池可判断金属单质的活泼性；通过原电池反应可提高同一反应在同温同浓度下的进行的速率；原电池的设计Ⅳ、作业试写出有关钢铁生锈的电极反应式及化学反应方程式课题$2-2-3化学能与电能的转化课时第3教时目标了解几种常见的原电池的化学原理会准确书写电极反应式及总原电池反应式掌握一些书写要点重点会准确书写电极反应式及总原电池反应式难点会准确书写电极反应式及总原电池反应式教学用品查阅一些资料教法探究法教学过程Ⅰ、检测与评析1、金属A不纯，混有金属C，发生锈蚀时，A先腐蚀；A与金属B组成原电池时，A为电池的正极。A、B、C三种金属的活动性顺序为------------------------------------------------------(C)A、A>C>BB、A>B>CC、B>A>CD、B>C>A2、下列各变化中属于原电池反应的是---------------------(BD)A、在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护膜B、白铁(镀锌)表面有破损时，也能阻止铁被氧化C、红热的铁丝与水接触表面形成黑色的保护层D、铁与稀硫酸反应时，加入少量硫酸铜溶液可使反应加快3、把一小块镁铝合金放入6mol/lNaOH溶液中，可以形成原电池，可以形成微型电池，则该电池负极的电极反应为-------------(B)A、Mg-2e-=Mg2+B、2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2OC、4OH--4e-=2H2O+O2↑D、2H2O+2e-=2OH-+H2↑Ⅱ、新授$2-2-3-2化学电源二、原电池原理的重要应用请阅读下列资料资料1：在日常生活中非常多的场合使用了化学电源如手机；数码摄像机；笔记本电脑；心脏起搏器；铅蓄电池；干电池等；资料2：人们根据原电池原理，发明并制造了多种多样的化学电源见课本P42拓展视野请根据上述资料了解下列几种常见原电池的化学原理5、几种常见的原电池干电池(学生剥开一废旧干电池，了解内部结构)碳棒封蜡锌筒多孔纸NH4Cl+ZnCl2+MnO2+C+淀粉糊锌片原理：(-)Zn–2e-=Zn2+氧化反应[记住](+)2NH4++2e-=2NH3+H2还原反应[记住]总反应：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2[记住]或Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnO(OH)[记住]注：其中：MnO2作去氢剂即与新生的氢反应生成水[了解]MnO2+H2+2H+=Mn2++2H2OZn2++4NH3==Zn(NH3)42+铅蓄电池Pb(-)PbO2(+)浓硫酸(-)Pb+SO42--2e-==PbSO4[记住](+)PbO2+SO42--2e-+4H+==PbSO4+2H2O[记住]总反应：Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O[记住]指出：最终产物应以实际形式存在，写出相应的半反应或总反应式(3)氢氧燃料电池(电解质：KOH溶液)电极材料：Pt负极：(Pt/C棒)2H2+4OH--4e-==12OH-[记住]正极：(Pt/C棒)O2+2H2O+4e-==4OH-[记住]总反应式：2H2+O2==2H2O[记住]燃料电池把燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能C(H2)C(O2)KOH溶液(4)银锌电池是一种纽扣式的容量较大的电池，常用于电子计算器、电子表等电器中。银锌电池的电极分别是Ag2O和Zn。电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：(-)Zn+2OH--2e-=Zn(0H)2[记住](+)Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-[记住]总反应为：Ag2O+H2O+Zn==2Ag+Zn(0H)2[记住](6)镍氢电池正极(NiO)负极MH电解质溶液KOH溶液负极MHMH-e-+OH-=M+H2O[记住]正极(NiO(OH))NiO(OH)+e-=NiO+OH-[记住]总反应为：NiO(OH)+MH=NiO+H2O+M[记住](7)甲醇空气燃料电池正极(Pt-Ni)负极(Pd-C)电解质溶液KOH溶液负极(Pd-C)2CH3OH+8OH—-12e-=2CO32-+12H2O[记住]正极(Pt-Ni)空气3O2+12e-+6H2O=12OH-[记住]总反应为：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O[记住](8)铝----空气燃料电池(海水为电解质溶液)负极：(铝)4Al–12e-==4Al3+[记住]正极：(C棒：空气)3O2+6H2O+12e-==12OH-[记住]总反应式：4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3[记住](9)有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人起博的能源，它依靠人体内体