《化学能与电能》教案

《化学能与电能》教案一、教材分析“化学能与电能”是高中化学必修课程中化学反应规律的内容，与元素化合物的知识相比，“化学能与电能”概念的建构过程具有丰富的化学学科核心素养的发展价值，是高中一年级全体学生都要重点学习的内容。该内容可以安排2课时。第1课时的教学重点是：理解氧化还原反应与原电池原理之间的关系，了解原电池的形成条件，分析简单原电池的工作原理；第2课时常见的化学电源及燃料电池。新课标的内容要求：知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。学业要求：能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。因此，该节内容重点是要让学会建构“原电池”的思维模型，培养学生证据推理与模型认知，科学探究与创新意识的学科核心素养。二、学情分析学生在前面已经学习了氧化还原反应原理、电离模型、金属活动顺序表等基础知识，具有一定的元素观、类别观、转化观等核心观念，同时也具有一定的实验探究能力和证据推理能力，但概括总结及迁移应用能力不强。素养目标【教学目标】1．通过实验探究认识化学能可以转化为电能，基于证据推理加深对氧化还原反应本质的理解。2．通过实验探究，分析总结原电池的构成条件。3．通过电极反应、电子移动方向、电极现象、溶液中离子的移动方向等问题的分析总结，理解原电池的工作原理。4.通过设计原电池的装置图，加深对原电池工作原理的应用。【评价目标】1．根据学生的回答和交流点评，诊断并发展学生对氧化还原反应的本质理解及对化学能可以转化为电能的认知水平。2．通过对原电池模型的建构过程，诊断并发展学生对原电池工作原理的本质性理解和模型认知核心素养的培养。3．通过学生对原电池工作原理的分析总结，诊断并发展学生对原电池工作原理的结构化理解。4.通过对学生设计原电池的装置图的分析点评，诊断并发展学生的科学态度与社会责任，培养学生对原电池的文化性理解。四、教学重点、难点1．教学重点：理解氧化还原反应与原电池原理之间的联系，了解原电池的形成条件，分析简单原电池的原理。2．教学难点：原电池的工作原理。 五、教学方法情境引入法、任务驱动法、实验探究法、归纳总结法、查阅资料法。六、教学设计思路①由常见几种生活中的电池引出电能，激发学生的学习兴趣和动机，引导学生自主探索（电能从何而来？日常生活中是怎样发电的？有无能量损耗？）。培养学生的科学态度和社会责任核心素养。②分析电流产生的本质是电子的定向移动引起的，结合氧化还原反应的本质是电子的转移，能否利用氧化还原反应直接将化学能转化为电能呢？通过演示实验，引导学生对假设进行验证，总结原电池的构成条件，培养学生证据推理的核心素养。③通过实验探究，对证据事实（实验结论）的分析与归纳，及回答问题，并用“宏-微-符”三重表征原电池的工作原理，引导学生总结“原电池工作工作原理”，有感性认识到理性认识。让学生依据事实，分析研究对象的构成要素和各要素的关系，建立模型。培养学生的归纳总结能力及证据推理与模型认知、宏观辨识与微观探析的核心素养。④通过学生设计原电池，加深对原电池原理的应用，进一步加强学生的科学精神和社会责任感，培养学生的科学态度与社会责任核心素养。教学流程八、教学过程环节教师活动学生活动环节一：情境引入，思考化学能直接转化为电能的可能性【展示】生活中常见的各种常用电池，比如手机、笔记本、电筒、铅蓄电池等。【情境】同学们，你们能想象一下没有电之后的生活吗？【展示】火力发电厂的工作原理示意图。【问题1】根据图示，分析火力发电的能量转化形式是怎样的过程？【讲述】火力发电的能量转化经历了多个过程，每个过程的能量都不能100%完全转化，有大量的能量损耗。因此，请思考以下两个问题：【问题2】由于火力发电的每个环节都有大量的能量损耗，能否减少中间的环节，直接将化学能转化为电能？【问题3】由于煤作为不可再生资源，终有一天会用完。能不能找某一类物质代替煤发电？如果可以，通过什么类型的反应能将化学能直接转化为电能？火力发电、风能发电等火力发电的能量转化过程：化学能→热能→机械能→电能。思考化学能能否直接转化为电能。环节二：原电池构成条件的探究【演示实验】（实验仪器及药品：金属锌片、铜片、导线、稀硫酸、电流表、烧杯等）（实验1）将铜片和锌片插入装有稀硫酸的烧杯中，观察现象并解释原因。（实验2）用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。（实验3）用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。（实验4）将铜片和锌片分别插入装有稀硫酸的两个烧杯中，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。【问题4】根据演示实验，你能画一个该原电池工作原理的示意图吗？【板书】原电池：定义：把化学能转化为电能的装置。【问题5】请大家根据几个演示实验，分析原电池的形成需要哪些条件？【板书】2、原电池形成的条件：①要有自发进行的氧化还原反应。②要有两个不同的电极。③要形成闭合回路。【及时反馈1】下列各个装置中能组成原电池的是()观察实验、记录实验现象、分析原因。思考、交流。结合演示实验实物装置图，画出简单的示意图。环节三：原电池工作原理分析【问题5】以锌片、铜片和稀硫酸构成的原电池实现了化学能转化为电能，那么，该原电池是如何实现这一转变的呢？【问题6】分析了锌片、铜片和稀硫酸构成的原电池的工作原理之后，请思考以下几个问题：①负极金属一般是较活泼还是较不活泼的？②电子转移的方向是怎样的？③正负极材料的现象分别是怎样的？④溶液中的阴阳离子是移动方向是怎样的？【板书】原电池3、工作原理总反应离子方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑负极Zn：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极Cu：2H++2e-=H2↑（还原反应）根据所观察的实验现象，分析、交流、总结、回答问题。建立原电池工作原理的模型环节四：回扣主题，拓展应用【问题5】理论上任何一个自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池，请问该反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu设计成原电池，装置图该如何画，请标出正负极材料及电解质溶液？【小结】【讲述】原电池装置给我们的生活带来了很多的便利，大家课后可以根据自己的兴趣爱好，选择一种化学电源（比如手机的锂离子电池或者车用的铅酸蓄电池或水果电池等），上网查阅资料，了解其工作原理。归纳总结，建立分析原电池工作原理的模型。课后查阅资料，了解一种或多种化学电源的工作原理。板书设计化学能与电能原电池定义：将化学能转化为电能的装置构成条件：①要有自发进行的氧化还原反应②要形成闭合回路③要有两个电极④要有电解质溶液工作原理：总反应离子方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑负极Zn：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极Cu：2H++2e-=H2↑（还原反应）原电池工作原理模型十、课堂测评1．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是()ABCD2．如图所示的铜锌原电池，下列说法正确的是()A．电子由铜电极经导线达到锌片上B．随着反应的进行，锌片的质量越来越小C．铜片的质量减小，电流表指针发生偏转D．该装置实现电能转化为化学能3．在右图所示的装置中，a的活动性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是()A．碳棒上有气体放出，溶液的酸性减弱B．a是正极，b是负极C．导线中有电子流动，电子从a极流到b极D．a极上发生了氧化反应4．工业上利用FeCl3溶液作为腐蚀液刻蚀电路板，可将电路板上的铜溶解，利用该方案的实验原理可设计为原电池（装置如图所示）。写出该氧化还原反应的离子方程式：________________________。该装置中的负极材料是__________(填化学式)，正极反应式是________________________。

【参考答案】1．【答案】D【解析】ACu和Ag均无法与溶液发生自发的氧化还原反应，错误；BCu和C均无法与溶液发生自发的氧化还原反应，错误；C装置没有形成闭合回路，错误；D满足构成原电池的条件，有自发的氧化还原反应，两极，电解质溶液和闭合回路，正确。2．【答案】B【解析】Zn做负极A电子由负极经过外电路流到正极，错误；B锌片失去电子，不断溶解，质量减小，正确；C铜片在正极，质量不变，错误；D该装置为原电池装置，是化学能转化为电能，错误。3．【答案】B【解析】a为负极，b为正极Ab为正极，氢离子得电子变为氢气析出，溶液酸性减弱，正确；Ba为负极，错误；C导线中电子从负极流到正极，从a到b，正确；Da为负极，失去电子化合价升高，发生氧化反应，正确。4．【答案】Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+Cu2Fe3++2e-=2Fe2+【解析】该原电池设计利用的自发氧化还原反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，从反应可以得出失去电子的为金属铜，因此应将Cu设置为电池的负极，正极材料选择比Cu不活泼的金属或者非金属，例如碳棒，构成原电池装置后，电子从Cu片经过外电路流到C棒上，溶液中的铁离子到正极C棒上得到电子，化合价下降，得到产物亚铁离子《化学平衡的特征与反应条件控制》作业设计1．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是()A.两烧杯中锌片质量均减小，铜片质量均不变B.甲烧杯中锌片和铜片表面均产生气泡，乙烧杯中只有锌片表面产生气泡C.甲烧杯中铜片失去电子，乙烧杯中铜不参与化学反应D.当转移1mol电子时，甲烧杯中产生氢气比乙烧杯中产生的氢气多【参考答案】A【质量水平】容易考点细化内容质量水平原电池工作原理A考查对电极反应的理解L2B考查对电极反应及离子移动的理解L1C考查对正负极的判断及电极反应的理解L1D考查对电极反应及相关计算的理解L32．如图是土豆电池的示意图。土豆电池工作时，下列有关说法正确的是()A.Fe片作正极，Fe－2e－===Fe2＋B.Cu片质量减少C.电子由Fe片经导线流向Cu片D.实现了电能向化学能的转化【参考答案】C【质量水平】容易考点细化内容质量水平原电池工作原理A考查对正负极的判断及电极反应的理解L2B考查对电极反应的理解L1C考查电子移动方向的认识L1D考查原电池定义L13.下列事实不能用电化学理论解释的是()A.轮船水线以下的船壳上装上一定数量的锌块B.银质奖章久置后表面变暗C.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿D.纯锌与稀H2SO4反应滴入少量的CuSO4溶液后反应速率加快【参考答案】B【质量水平】中等考点细化内容质量水平原电池A考查对原电池正负极的判断及电极反应的理解L2B考查到金属及其化合物知识L2C考查对原电池正负极的判断及电极反应的理解L2D考查对原电池正负极的判断及电极反应的理解L34．由锌片和石墨棒作为电极的原电池，已知电极反应分别是：石墨：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，锌片：2Zn＋4OH－－4e－===2ZnO＋2H2O。下列说法不正确的是()电子从石墨经外电路流向锌片 B.锌片是负极，发生氧化反应C.石墨是正极，发生还原反应D.该电池将化学能转化为电能【参考答案】A【质量水平】容易考点细化内容质量水平原电池工作原理A考查电子移动方向的认识L1B考查对原电池正负极的判断及电极反应的理解L1C考查对原电池正负极的判断及电极反应的理解L1D考查原电池定义L15．某研究性学习小组设计了能使LED灯发光的装置，如图所示。下列说法不正确的是()A．锌片是负极，电子由锌片经导线流向铜片B．氢离子在铜片表面被还原C．锌电极质量减少65g时，铜电极表面析出氢气的体积是22.4LD．装置中存在“化学能→电能→光能”的转化【参考答案】C【质量水平】容易考点细化内容质量水平原电池A考查电子移动方向的认识L1B考查对原电池正负极的判断及电极反应的理解L1C考查对电极反应及相关计算的理解L2D考查原电池定义L16．下图所示的原电池中，随着放电的进行，下列选项(作纵坐标)中满足图中曲线关系的是()正极质量 B.负极质量C.溶液质量 D.转移的电子数【参考答案】A【质量水平】中等考点细化内容质量水平原电池A考查对原电池正负极的判断及电极反应的理解L1B考查对原电池正负极的判断及电极反应的理解L1C考查对原电池工作原理的理解L2D考查对转移电子数的认识L27．如图所示装置，电流表G指针发生偏转，同时X极逐渐变粗，Y极逐渐变细，Z是电解质溶液，则X、Y、Z应是下列各组中的()A.X是Zn，Y是Cu，Z为稀硫酸B.X是Cu，Y是Zn，Z为稀硫酸C.X是Fe，Y是Ag，Z为稀AgNO3溶液D.X是Ag，Y是Fe，Z为稀AgNO3溶液【参考答案】D【质量水平】中等考点细化内容质量水平原电池A考查对原电池工作原理的理解L2B考查对原电池工作原理的理解L2C考查对原电池工作原理的理解L2D考查对原电池工作原理的理解L28．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c【参考答案】C【质量水平】中等考点细化内容质量水平原电池A考查对原电池工作原理的理解L2B考查对原电池工作原理的理解L2C考查对原电池工作原理的理解L2D考查对原电池工作原理的理解L29．某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是()A．a和b不连接时，该装置不能形成原电池，铁片上有红色的铜析出B．a和b用导线连接时，铜片为负极，发生的反应为Cu2＋＋2e－===CuC．无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成D．a和b用