高中化学《化学能与电能》教案15 新人教版必修2.docx
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高中化学《化学能与电能》教案15新人教版必修2
2019-2020年高中化学《化学能与电能》教案15新人教版必修2
[教材分析]
初中化学从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在选修模块“化学反应原理”中，将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地学习化学反应与能量。
人教版高中化学必修2第二章第二节《化学能与电能》部分既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又为选修“化学反应原理”奠定必要的基础。
通过化学能与电能的相互转化以及电能应用的学习，学生将对化学在提高能源的利用率和开发新能源中的作用与贡献有初步认识；通过新型化学电源开发利用的介绍，学生会对化学的实用性和创造性有更多的体会；这些都会增进学生对化学科学的兴趣与情感，体会化学学习的价值。
关于化学能与电能的相互转化，侧重讨论化学能向电能的转化，以及化学能直接转化为电能的装置──化学电池，主要考虑其应用的广泛性和学习的阶段性。
在化学电池中，通过原电池和传统干电池（锌锰电池）初步认识化学电池的化学原理和结构，并不要求上升为规律性的知识；通过介绍新型电池（如锂离子电池、燃料电池等）体现化学电池的改进与创新，初步形成科学技术的发展观。
[教学目标]
1.知识技能
（1）理解化学能与电能之间转化的实质。
（2）掌握化学能是能量的一种形式，它可以转化为其他形式的能量。
2.过程与方法
（1）通过分组实验培养学生观察能力与分析思维能力。
（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。
（3）通过化学史实引导学生以问题为中心的学习方法。
学会发现问题、解决问题的方法。
加深理解实践→认识→再实践→再认识的辩证唯物主义的思维方法。
3.态度、情感与价值观
（1）通过原电池的发明、发展史，培养学生实事求是勇于创新的科学态度。
体验科学探究的艰辛与愉悦，增强为人类的文明进步学习化学的责任感和使命感。
同时激发学生的学习兴趣与投身科学追求真理的积极情感。
（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。
[教学重点]
初步认识原电池概念、原理、组成及应用。
[教学难点]
通过对原电池实验的研究，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质，以及这种转化的综合利用价值。
[教学课时]
第一课时学习化学能直接转化为电能的装置——化学电池的工作原理及其组成条件。
（本教学设计内容）
第二课时介绍发展中的化学电源，进一步讨论化学能向电能的转
[教学方法]
实验探究法——通过实验，分析、讨论、思考、交流、归纳、小结。
[教具准备]
1.铁丝、铜丝、锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸、CuSO4溶液、ZnSO4溶液，乙醇、西红柿（或其他水果），灵敏电流计、烧杯、导线
2.多媒体课件
[设计理念]
基于自主学习理论的指导，结合新课程标准，高中化学教学理应促进学生自主学习，使全体学生积极参与教学过程，乐于探究实验，勤于思考。
本教学设计利用教材、图片、动画模拟、课外资料等教育资源，调动学生已有的生活经验，以及电学、化学反应中能量变化和氧化还原反应等知识，对“火力发电”进行剖析，为学生创设问题情景，使学生有机会去研究和总结“火力发电”的利与弊，实现从“化学能→热能→机械能→电能”的思维模式向“将化学能直接转化为电能”新思维模式的转换，并且形成高效利用燃料、不浪费能源、积极开发高能清洁燃料的意识。
一方面，通过课堂内的实验探究，使学生认识和体会化学能与电能相互转化的研究过程，理解氧化还原反应中的电子转移是化学电池的反应基础。
另一方面，利用课堂外水果电池的制作和上网搜索发展中的化学电源等实践活动为学生提供应用知识的空间和拓展课堂知识的机会，从而培养学生的科学探究能力，逐步形成科学态度和科学精神。
[教学过程设计]
第一课时
[引入课题]
电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。
例如，小到日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……大到火箭上天、神州六号宇宙飞船遨游太空，这一切都依赖于电池的应用。
那么，同学们一定想知道电池的结构、它的工作原理。
电池是怎样把化学能转变为电能的呢？
今天我们用化学知识来揭开电池这个谜。
下面我们先来看看前人是如何研究电池的？
[PPT]1.奇妙的青蛙腿——伽伐尼电流
1780年，意大利解剖学和医学教授伽伐尼的青蛙抽搐实验，展示了原电池的雏形。
（Galvani,L.1737—1798）
[思考与交流]
①青蛙腿为什么会抽搐?
②生物电是如何产生的?
1.伏打电池——世界上第一个电池
1800年意大利物理学家伏特建立伏打电堆模型。
伏打电堆的发明，使人们第一次有可能获得稳定而持续的电流，伏特电池使人类从静电时代走向了动电时代。
伏打电池是实用电池的开端。
（Volta,A.1745-1827）
[思考与交流]
你能简述伏打电堆的工作原理吗？
[过渡]
伽伐尼发现了生物电，伏打在此基础上发明了人类第一个直流电源——伏打电堆。
下面我们在前人研究的基础上来探究化学能与电能之间是如何转化的?
[创设问题情景]
火电站工作原理示意图
[分析]火力发电体系中的各种要素。
1.电力在当今社会的应用和作用。
2.我国目前和未来发电总量构成。
3.火电站工作原理分析。
4.火力发电利弊分析。
[板书]第二节化学能与电能
一、化学能与电能的相互转化
（一）火力发电工作原理
[思考与交流]
在怎样的条件下可以实现化学能和电能之间的转变？
燃烧的氧化还原反应本质是什么？
[板书]
（二）燃烧的氧化还原反应本质
[分析]引出本节课的中心意图：
化学能与电能转变。
氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，伴随着体系能量的变化。
当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转化为电能。
要使氧化还原反应释放的能量不通过热能而直接转化为电能，把可产生的电能以化学能的形式储存起来，就要设计一种装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。
[思考与交流]
1.能否将化学能直接转化为电能，高效利用燃料、不浪费能源、开发出高能清洁燃料？
2.怎样实现将氧化反应和还原反应拆开？
3.选择什么氧化剂和还原剂？
4.从物理电学角度考虑如何选择仪器、怎样组装？
[交流]
学生尝试画出装置图，并与同伴交流
[分组实验探究]
实验1：
把一块锌片和铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯里。
实验2：
用导线将锌片和铜片连接起来。
实验3：
在导线中接入一个灵敏电流计。
[交流与讨论]（组织学生小组讨论并回答）
1、锌和稀H2SO4直接反应的实质是什么？
2、什么原因造成实验1和实验2中的现象的不同？
3、铜片与稀硫酸不反应，锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，为什么在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？
4、灵敏电流计的指针发生偏转，偏向何方？
你如何解释这一现象？
[板书]（三）原电池
[分析]
灵敏电流计指针偏转→有电流产生→产生电能→化学能转化为电能的装置→原电池。
[板书]
1.概念：
将化学能转化为电能的装置叫原电池。
[学与问1]
根据你所了解的电学知识，你知道电子是怎样流动的吗？
[板书]
2.原电池的工作原理
[动画模拟]原电池的微观原理
[分析]当把用导线连接的锌片和铜片一同浸入稀硫酸中时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H+从铜片获得电子被还原成氢原子，氢原子再结合成氢分子从铜片上逸出。
[学与问2]
作为电池，有正极和负极之分，你如何判定装置中锌片和铜片谁是负极、谁是正极？
请你再设计一个实验证明之。
[讨论与交流]
利用干电池已知的正负极和灵敏电流计的指针偏转方向对照。
根据金属活动性顺序，锌比铜活泼，Zn易失电子，变成Zn2+进入溶液，电子则从锌片通过导线定向流动到铜片上，而电流的方向应该与此相反，从铜片流向锌片。
实验中灵敏电流计指针偏向铜片，与干电池对照，说明铜片为正极，锌片为负极。
[启发归纳]在原电池中，从不同角度判定电极名称
1.指针偏向哪一极，该极为正极，另外一极为负极。
2.从电极材料，金属活泼性判断。
相对活泼金属为负极，相对不活泼金属为正极。
[板书]3.原电池的电极名称
负极：
电子流出（电流流入）的一极（较活泼金属），发生氧化反应。
正极：
电子流入（电流流出）的一极（较不活泼金属），发生还原反应。
[板书]4.电极反应式与电池总反应式
[指导书写]
负极（锌片）Zn+2e-=Zn2+（氧化反应）
正极（铜片）2H++2e-=H2↑（还原反应）
电池总反应式：
Zn＋2H+=Zn2++H2↑
[过渡]
将化学能转化为电能的装置需要什么组成条件？
下面请同学们自己动手进行探究实验设计,看谁组装的原电池最多？
[实验探究]
1.材料准备：
铁丝、铜丝、锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸、CuSO4溶液、ZnSO4溶液，乙醇、西红柿（或其他水果），灵敏电流计、烧杯、导线
2.参考实验设计方案：
①Zn-Zn与稀硫酸进行实验。
②Cu-石墨与稀硫酸进行实验。
③Zn-石墨与稀硫酸进行实验。
④Fe-Zn与稀硫酸进行实验。
⑤Fe-Cu与CuSO4溶液进行实验。
⑥Cu-Zn与CuSO4溶液进行实验。
⑦Cu-Zn与乙醇进行实验。
⑧Cu-Zn与一个西红柿进行实验。
⑨Cu-Zn与两个西红柿进行实验。
……
[思考与交流]
比较伽伐尼电池、伏打电池和大家的探究实验，请归纳原电池的组成条件？
[板书]5.组成原电池的条件（两极一液一连线）
①电极：
有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）材料作电极。
②溶液：
两电极均同时插入电解质溶液中。
③导线：
两电极用导线相连，形成闭合电路。
原电池化学反应本质：
能自发进行氧化还原反应。
[课后作业]
1.课外实践活动：
利用苹果、柑橘、柠檬等水果尝试制作原电池。
2.上网查询，发展中的化学电源种类及应用。
[自我评价和反思]
1.过去所学的哪些知识对你在本节课的学习有所帮助？
2.你对原电池概念、工作原理、组成条件等知识掌握了吗？
3.你是如何与本组同学进行合作的？
4.在本节课的学习中你认为最有用的学习方法是什么？
在实验探究过程中你学到了什么？
[教学后记]
附《化学能与电能》第一课时学案
一、探究化学能与电能的转化
实验顺序
金属
实验现象
解释（有关化学方程式）
1.Zn、Cu分别插入稀H2SO4溶液
Zn片
Cu片
2.Zn、Cu导线连接后插入稀H2SO4
Zn片
Cu片
3.Zn、Cu导线连接后，再接灵敏电流表，插入稀H2SO4
Zn片
Cu片
灵敏电流表指针
二、探究原电池的组成条件
原电池构成部分对比一
实验现象
解释（有关化学方程式）
稀硫酸
Zn
石墨
稀硫酸
Cu
石墨
灵敏电流计
原电池构成部分对比二
实验现象
解释（有关化学方程式）
稀硫酸
Zn
Fe
乙醇
Zn
Fe
灵敏电流计
原电池构成部分对比三
实验现象
解释（有关化学方程式）
稀硫酸
Zn
Zn
稀硫酸
Zn
Fe
灵敏电流计
原电池构成部分对比四
实验现象
解释（有关化学方程式）
插在一个西红柿中
Zn
Cu
插在两个西红柿中
Zn
Cu
灵敏电流计
三、下列装置是否为原电池?
判断依据是什么？
2019-2020年高中化学《化学能与电能》教案16新人教版必修2
三维目标
知识与技能
1.获得化学能与电能转化的化学实验的基础知识和基本技能，学习实验研究的方法，能设计并完成化学能与电能转化的化学实验。
2.形成原电池的概念，探究构成原电池的条件。
过程与方法
1.经历对化学能与电能转化的化学实验探究的过程，进一步理解探究的意义，学习科学探究的基本方法，提高科学探究的能力。
2.能对自己的探究原电池概念及形成条件的学习过程进行计划、反思、评价、和调控，提高自主学习化学的能力。
情感、态度与价值观：
赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献，关注能源问题，形成正确能源观。
教学重点：
原电池的概念与构成的条件。
教学难点：
用已经学过的有关知识探究化学能转化成电能的条件和装置。
教具准备：
多媒体、烧杯、导线、电流表、铜片、锌片、石墨棒、稀硫酸。
教学过程
[新课导入]【多媒体动画展示：
热电厂生产的过程】
［板书］一、化学能转化成热能、热能转化成机械能、机械能转化成电能
二、［板书］化学能直接转化为电能的原理与装置
[学生自学]阅读课本P35第二、第三段。
思考问题：
（教师播放投影片）
1.当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转化为电能。
2.把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。
3.需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从氧化剂区域流向还原剂区域。
4.考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。
5.从电学角度考虑仪器选择和组装问题
[师生互动]：
1.学生活动形式：
组成课堂学习小组进行讨论，建立思维模型。
2.挖掘学生已有的氧化还原反应知识来分析氧化剂和还原剂之间电子转移中的能量转化。
3.积极引导学生思考将氧化反应和还原反应拆开的有关问题（怎样实现上述想法？
氧化剂和还原剂分别选择什么物质？
它们怎样给出和接受电子？
）。
师：
能否将氧化反应区域和还原反应区域拆开？
这样在氧化反应区域和还原反应区域之间可能有电子流动，从而完成化学能向电能的转化。
[板书]
实验设计：
1.Cu-Zn原电池实验：
①Cu、Zn分别插入稀硫酸中。
②Cu、Zn同时插入稀硫酸中，但不接触。
③将Cu、Zn用导线连接起来。
④在Cu、Zn导线之间接电流表。
⑤将Cu、Zn导线互换再接电流表。
[板书]
Zn片发生氧化反应， Zn：
Zn － 2e ＝ Zn２－ 负极
H+在Cu片上发生还原反应，Cu：
2H+ + 2e＝ H2↑ 正极
师：
很好，总的离子反应方程式：
Zn2++2H+＝ Zn2+＋H2↑
［板书］实验探究２：
2.Zn-Zn与稀硫酸进行实验。
3.Cu-石墨与稀硫酸进行实验。
（在短时间内，不考虑氧气的作用）4.Zn-石墨与稀硫酸进行实验。
5.Fe-Zn与稀硫酸进行实验。
6.Cu-Zn与乙醇进行实验。
7.Cu-Zn与一个西红柿进行实验。
8.Cu-Zn与两个西红柿进行实验
上述实验及现象以表格对比的形式呈现出来。
①两极材料不同的各种现象。
②不同溶液的各种现象。
③电极在同一容器和不同容器中的现象。
化学用语化：
将上述成功转化实验中的反应，用氧化反应式、还原反应式和总化学方程式的形式表示出来
同一容器
不同容器
实验序号
电极材料
溶液
现象
氧化反应
还原反应
总反应
解释：
2
Zn-Zn
稀
硫
酸
3
Cu-C
4
Zn-C
5
Fe-Zn
6
Cu
Zn
7
［课堂小结］
［板书］
1.归纳、概括形成原电池概念：
将化学能转化为电能的装置叫做原电池。
［知识拓展］2.总结归纳原电池的构成条件：
①有两种活动性不同的金属（或非金属单质）作电极。
②电极材料均插入电解质溶液中。
③两极相连形成闭合电路。
3.抽象出原电池化学反应本质：
较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）通过外电路流向较不活泼的金属（正极）
[布置作业]P39,T1。
［板书设计］
［活动与探究］
从下列课题中选择你感兴趣的问题，自由组成学习小组开展研究性学习活动。
设计各种情况下观察锌与稀硫酸反应产生氢气的速率，并探究其原因：
（1）将一粒纯锌、一粒粗锌与铜丝分别放人装有稀硫酸的不同试管中，观察氢气产生的速率；
（2）将铜丝取出，与纯锌粒接触后放人装有稀硫酸的试管中，观察氢气的产生速率及溶液有无颜色变化；
（3）在锌与稀硫酸反应的试管中，滴人少量硫酸铜溶液，观察实验现象。
第二节化学能与电能（第2课时）
三维目标
知识与技能：
在获得原电池概念和组成条件的基础上，能设计出原电池实验，学习实验研究的方法。
过程与方法：
在探究设计原电池实验的过程中，学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。
情感、态度与价值观：
有参与化学科技活动的热情，有将原电池知识应用于生产、生活实践的意识，能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断。
教学重点：
实验探究的基础上认识原电池的组成及应用。
教学难点：
对研究成果以及学习过程和结果的评价与反思
教具准备：
多媒体课件、投影仪
教学过程
[新课导入]
[复习]请一位同学总结原电池的重要知识点
［板书］自我评价和反思
师：
请同学们从以下方面依据个人的知识总结和习题完成情况，进行自我知识评价：
①对原电池概念、组成、工作原理等知识掌握的程度。
②在实验探究过程中学会了哪些方法，各种基本技能有没有提高。
③在执行学习任务过程中所采取的态度以及与其他同学和老师的合作情况
师：
请同学们展示自己制作的原电池，清用图表示。
教师投影学生的设计图
多媒体展示各种电池
PrimaryBatteryForIBMThinkpadT20
CR2032LithiumPrimaryBattery
南孚耐能高功率无汞电池是中国性能最佳的碳性电池，特别适用于低耗电电池使用。
LithiumPrimaryBatteries
[板书]二、发展中的化学电源
[合作探究]
教师投影表格[学生自学]阅读P３７发展中的化学电源干电池部分，填写下表中的空白问题（表一）
电池名称
干电池（drycell）
负极
正极
2NH4++2e=2NH3+H2
H2+2MnO2Mn2O3+H2O
Zn2++4NH3[Zn（NH3）4]2+
电池总反应式：
2Zn+4NH4Cl+2MnO2=[Zn（NH3）4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O
优点
缺点
改进方法
表二（１）
电池名称
蓄电池（storagebattery）
负极
正极
电池总反应式：
优点
缺点
改进方法
表二（２）
电池名称
镍镉电池
锂电池
银锌电池
总反应式
Cd+2NiO（OH）+2H2O
=2Ni（OH）2+2Cd（OH）2
Li+MnO2=LiMnO2
Zn+Ag2O+H2O
=Zn（OH）2+2Ag
主要用途
优点、缺点
如果有缺点改进的方法
表三
电池名称
氢氧燃料电池
正极
O2+2H2O+4e-=4OH-
负极
２H2+４OH- -４e=４H2O
总反应式
2H2+O2=2H2O
有什么燃料可以代替氢气
燃料电池的发展前景
21世纪，燃料电池将是一种广泛使用的电源―――
[思考与交流]
1.将化学能转变为电能有几种基本形式？
（1）化学能→热能→机械能→电能．包括从大型火力发电站到小油机等各种“火力”发电装置．
（2）化学能→热能→电能．包括从热电堆到热离子发电装置等各种“热电转换设备”．
（3）化学能→电能．即所谓“化学电源”，它是一种把化学能直接转变为低压直流电能的装置，简称电池．
2.我国首创以铝-空气-海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功．这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中氧气使铝不断氧化而产生电流．只要把灯放入海水中，数分钟后就会发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20～50倍．试推测这种新型电池的负极是______，电极反应是______；正极是______，电极反应是______．
答案：
1．铝，Al-3e=Al3+；石墨（Pt）：
2H2O+O2+4e=4OH-
[课堂小结]
本课同学们展示自己制作的原电池，进一步理解原电池工作原理；通过自学熟悉了化学电源的应用和发展；对自己的学习过程和结果进行了反思和评价。
[布置作业]1．教材P３９T２、T３
板书设计
一．自我评价和反思：
①对原电池概念、组成、工作原理等知识掌握的程度。
②在实验探究过程中学会了哪些方法，各种基本技能有没有提高。
③在执行学习任务过程中所采取的态度以及与其他同学和老师的合作情况
二、发展中的化学电源
一次性电池可充电电池
活动与探究
1.废旧电池的危害及其回收利用
2.用生活中的材料制作简易电池
参考：
番茄电池
（1）取一只大的半熟番茄，相隔一定距离插入一片铜片和一片锌片。
（2）把铜片和锌片的上端用导线与灵敏电流表相连（图），观察电流表的指针偏转情况。
发现灵敏电流表的指针有较大的偏转。
说明做成的番茄电池中产生了电流。
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