必修2 第二章 第二节 化学能与电能说课教案.docx
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必修2第二章第二节化学能与电能说课教案
必修2第一章化学反应与能量变化
第二节化学能与电能 说课案、教案
湖北巴东一中 向大荣
一、教材分析
从能量变化角度看，本节课程内容是对前一节课中“一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量……能量也是守恒；化学能是能量的一种形式，可以转化为另一种形式的能量如热能和电能等”论述的丰富和完善。
从反应物之间电子转移角度看，原电池概念的形成是氧化还原反应本质的拓展和应用；从思维角度看，“将化学能直接转化为电能”的思想，是对“化学能→热能→机械能→电能”思维方式的反思和突破。
二、化学新课程标准
1．通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。
2．举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。
3．认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
。
活动与探究建议：
①查阅资料：
化学能转化为热能、电能在生产、生活中的应用。
②实验：
用生活中的材料制作简易电池。
③市场调查：
不同种类电池的特点、性能与用途。
三、学生情况分析
现代生活中，学生对“电”有关丰富而又强烈的感性认识。
当学生了解化学反应中能量转化的原因，并感受了探究化学能与热能的相互转化过程之后，会对化学能与电能之间的转化问题产生浓厚的兴趣。
学生在前面已经学习了氧化还原反应和能量转化的有关知识，对这一节学习奠定了基础。
但由于对氧化还原理解不是很深、很透，高一的学生思维能力较弱，将会对“化学能直接转化电能”，从而形成原电池的概念产生困难。
四、教学目标
1．知识与技能：
⑴了解电能在现代社会中的重要性，了解火电站的工作原理；
⑵了解化学能与电能之间的相互转化；
⑶通过对锌－铜原电池等一系列的实验探究，认识化学能转化为电能的装置，初步认识原电池反应的原理，并能正确书写简单的电极反应式和总反应方程式；
⑷初步了解常见化学电源的工作原理，了解化学电源的分类、应用和发展前景。
2．过程与方法：
⑴通过学生自主讨论，使学生了解火电站工作原理，并实现由化学能转化为电能到直接转化为电能的思维跨越；
⑵通过一系列的实验探究，使学生认识原电池的工作原理以及构成条件；
⑶通过对原电池中反应物之间电子转移的讨论，理解原电池的形成实质；
⑷通过对各种化学电源工作原理的自主交流学习及教师引导，加深原电池原理的理解，并了解化学电源的分类、应用和发展前景。
3．情感态度价值观：
⑴感悟化学能与电能相互转化的意义，使学生增强探索化学原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向；
⑵通过原电池原理中的实验探究过程，认识控制变量的化学研究方法，培养实事求是的科学态度和探究意识；
⑶认识研究新型电池的意义以及使用化学电池对环境的影响，提高开发清洁能源的意识。
五、教学重难点
教学重点：
初步认识原电池概念、反应原理、构成及应用。
认识化学能转化为电能对现代化的重大意义。
教学难点：
通过对原电池实验的探究，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。
六、教学对策
可首先利用各种教育资源，为学生创设情境，使学生对“火力发电”进行完整透彻的理解，然后自然的进行“化学能直接转化为电能”的思维模式的转化。
在教学中，可以引导学生首先简单复习氧化还原知识，由氧化剂与还原剂反应进行分析，随后拓展、引申到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，最后理解氧化还原反应中电子转移是化学能向电能转化的本质。
课堂外可布置学生进行科学探究实验活动和制作活动，为学生提供应用知识的空间和拓展知识的机会。
七、课时安排：
二课时
八、教学过程设计
第一课时
【新课引入】能源与材料、信息被称为现代社会发展的三大支柱。
能源是现代物质文明的原动力，
与我们每个人息息相关。
能源可分为“一次能源”和“二次能源”。
请学生阅读教材P39页。
【阅读】学生阅读。
【问题】请问下列能源属于那一类呢？
水能、风能、石油、电能、原煤、天然气、蒸汽。
【生答】学生积极思考并回答问题，教师评价。
【讲述】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，又称为电力。
【展示】2001年我国发电总量构成图；1990-2005年全国火力发电量占全国发电总量比重变化图。
【过渡】估计在2050年火电仍居首位。
火力发电的燃料主要为煤或石油产品，这些化石能源燃烧放出的热能通过一定的设备最终转化为电能。
【问题】火力发电厂是使燃煤中的化学能转化为电能，是如何转化的呢？
【板书】一、化学键转化为电能
【讨论】分析P40图2—8，谈谈火力发电的工作原理，并指出其利与弊。
【归纳】1、火力发电原理及过程
2、火力发电的化学本质分析
3、火力发电的优缺点？
⑴优点：
a.我国煤炭资源丰富,廉价方便；b.电能清洁安全,又快捷方便
⑵缺点：
a.产生大量的“三废”；b.煤的储量有限；c.能量转换效率低。
【思考】火力发电要经过一系列能量转换才能将化学能转换为电能，能否用一种装置或设备将化学能直接转化为电能呢？
【实验探究】以Zn或Fe和稀硫酸反应为例探究化学能转化为电能的过程。
反应原理：
实验过程：
实验一把一块铁片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中,观察实验,记录现象（注意两块金属片不要相接触）。
实验二 用导线把实验一中的锌片和铜片连接起来,观察实验现象并记录（注意两块金属片不要相接触）。
实验三如图所示在导线中间连接一个灵敏电流计,观察电流计的指针是否发生偏转?
请记录现象。
实验现象：
实验现象
结论
实验一
①Fe片表面有气泡
②铜片表面无气泡
Zn+2H+=Zn2++H2↑
Cu不与稀H2SO4反应
实验二
铜片表面有气泡、（Zn片上也有少量气泡－－以后解释）
实验三
铜片表面有气泡电流计指针偏转
有电流形成
【思考交流】既然铜片上产生了气体（H2），哪么H+得到的电子是铜失去的还是锌失去的？
如何检验？
请设计出你的实验方案。
【归纳】方案1：
称量实验前后铜片或铁片（或锌片）的质量。
方案2：
观察溶液的颜色，看有无Cu2+生成
【板书】二、原电池：
1、概念：
将化学能转化为电能的装置。
【讨论与交流】根据物理学的知识，如何确定Cu、Zn及稀硫酸组成原电池的正、负极？
【投影】原电池模拟动画。
【板书】2、正、负极
正极：
电子流入的电极。
负极：
电子流出的电极。
【课堂小结】
第二课时
【复习】
【归纳】展示表格，学生完成。
电极
电极材料
电极上反应
反应类型
电子流向
负极
锌
Zn–2e－=Zn2+
还原反应
Zn
e－
Cu
正极
铜
2H++2e－=H2↑
氧化反应
【思考与交流】如何判断原电池的正、负极？
【投影】原电池模拟动画，引导学生以铜－锌原电池为例分析。
【归纳板书】⑴电子子流向；⑵电极反应；⑶电极材料；⑷离子移动方向；⑸实验现象
【思考与交流】原电池的工作原理是什么？
【投影】原电池模拟动画，引导学生以铜－锌原电池为例分析。
【归纳板书】3、工作原理
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），溶液中的离子在正极得到电子发生还原反应。
4、电极反应：
电极上发生的反应。
负极：
发生氧化反应。
正极：
发生还原反应。
5、电极材料：
负极：
活泼性较强的金属（或金属）。
正极：
活泼性较弱的金属（或金属化合物或非金属）。
6、溶液中离子移动方向：
阳离子→正极。
阴离子→负极。
【典例一】请同学们根据原电池的原理，指出下列原电池的正极与负极分别是什么？
写出电极反应方程式和总反应方程式；标出电子、阴阳离子移动方向。
负极反应：
Fe-2e-=Fe2+正极反应：
Cu2++2e-=Cu
总反应式：
Fe+Cu2+=Fe2++Cu
【思考与交流】通过前面的实验和探究，试说明化学电池由哪几部分构成，各起什么作用？
【实验探究】形成原电池的条件。
形成条件一：
活泼性不同的两个电极
负极：
较活泼的金属（作还原剂，提供电子）。
正极：
较不活泼的金属或金属化合物或非金属（如石墨）（传递电子）
形成条件二：
有电解质溶液且与电极接触（导电或提供氧化剂）
形成条件三：
必须形成闭合回路
形成条件四：
发生氧化还原反应
【归纳板书】7、原电池的形成条件
①活泼型不同的金属作电极；
②电解质溶液，且与电极接触，并形成闭合回路；
③氧化还原反应（放热反应）。
【投影】典例二
【课堂小结】
第三课时
【复习】原电池：
概念、工作原理、形成条件、电子流动方向、离子移动方向等。
【板书】二、原电池原理的应用
1、判断原电池正、负极的方法
⑴由电流、电子、离子流动方向：
①电流是由正极流向负极（外电路）。
②电子流动方向是由负极流向正极（外电路）。
③阳离子移向正极，阴离子移向负极（内电路）
⑵由电极材料：
一般是活泼的金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
⑶由电极发生的反应
负极：
发生氧化反应；正极：
发生还原反应
⑷由电极反应现象：
不断溶解，质量减少为负极；有气体产生或质量增加或不变为正极。
【问题】如何设计一个原电池？
【板书】2、设计原电池。
【例题】由FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2反应，选择适宜的材料和试剂设计
一个原电池,画出原电池的示意图并写出电极反应式。
方法：
标变价→找氧化反应和还原反应→确定正、负极→
选电极、电解质溶液→画装置图。
【练习1】根据反应:
2Fe3++Fe=3Fe2+设计原电池，你有哪些可行方案?
负极材料
正极材料
电解质溶液
Fe
Cu
FeCl3
Fe
C
Fe（NO3）3
Fe
Ag
Fe2（SO4）3
正极反应：
2Fe3++2e－=2Fe2+ 负极反应：
Fe－2e－=2Fe2－
【练习2】一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该反应的的原电池正确组合是（C）
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Fe
负极
Cu
Zn
Zn
Zn
电解质溶液
CuCl2
H2SO4
CuSO4
HCl
【板书】3、比较金属活动性强弱
【例题】例、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。
若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（B）
A．a>b>c>d B．a>c>d>bC．c>a>b>d D．b>d>c>a
【板书】4、加快氧化还原反应速率
【例题】下列制氢气的反应速率最快的是 （D）
A、纯锌和1mol/L硫酸 B、纯锌和18mol/L硫酸 C、粗锌和1mol/L盐酸
D、粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
【板书】5、判断溶液pH值变化
【例题】在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为 0.015 mol,溶液的pH值变变大（溶液体积变化忽略不计）？
第四课时
【复习引入】原电池工作原理是什么？
【过渡】根据原电池原理可以设计有实用价值的化学电池。
【板书】二、常见的原电池
1．一次电池
①普通锌锰电池：
“干电池”是用锌制圆筒形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极剂（吸收正极放出的H2，防止产生极化现象）。
电极反应为
正极产生的NH3又和ZnCl2作用：
Zn2＋＋4NH3===[Zn（NH3）4]2＋，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率。
电池总反应式：
2Zn＋4NH4Cl＋4MnO2===[Zn（NH3）4]Cl2＋ZnCl2＋2Mn2O3＋2H2O，“干电池”的电压通常约为1.5伏，不能充电再生。
②钮扣式电池（也叫银锌电池）：
常见的钮扣式电池为银锌电池，它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极壳一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH，溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜，将电极与电解质溶液隔开。
电极反应为
电池总反应式为：
Ag2O＋Zn===2Ag＋ZnO
一粒钮扣式电池的电压达1.59伏，安装在电子表里可使用两年之久。
③海水电池：
1991年，我国首创以铝—空气—海水为能源的新型电池，用作航海标志灯已研制成功。
该电池以取之不尽的海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电流。
电极反应式
电池总反应式为：
4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3
这种海水电池的能量比“干电池”高20～50倍。
④微型电池（锂电池）
常用于心脏起搏器和火箭的一种微型电池叫锂电池，它是用金属锂作负极，石墨作正极，电解质溶液由四氯化铝锂（LiAlCl4）溶解在亚硫酰氯（SOCl2）中组成。
电池总反应式为：
10Li＋4SOCl2===8LiCl＋Li2SO4＋3S
这种电池容量大，电压稳定，能在－56.7～71.1℃温度范围内正常工作。
2．二次电池
①铅蓄电池
铅蓄电池可放电亦可充电，具双重功能。
它是用硬橡胶或透明塑料制成的长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色PbO2，负极是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用微孔塑料隔开。
蓄电池放电时的电极反应为
负极：
Pb＋SO
－2e－===PbSO4
正极：
PbO2＋4H＋＋SO
＋2e－===PbSO4＋2H2O
当放电进行到硫酸浓度降低，溶液密度达到1.18g·cm－3时即停止放电，而将蓄电池进行充电：
阳极：
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO
阴极：
PbSO4＋2e－===Pb＋SO
当溶液密度增加至1.28g·cm－3时，应停止充电。
蓄电池充电和放电的总反应式为：
PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
目前，有一种形似于“干电池”的充电电池，它实际是一种银蓄电池（电解液为KOH），电池反应为：
Zn＋Ag2O＋H2O Zn（OH）2＋2Ag
②银锌蓄电池
银锌蓄电池是一种高能电池，它质轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的能源。
一次电池中介绍的钮扣式电池（也叫银锌电池）就可以制成银锌蓄电池。
它的放电过程可以参见一次电池，充电过程可以表示为，阳极：
2Ag＋2OH－－2e－===Ag2O＋H2O；阴极：
Zn（OH）2＋2e－===Zn
＋2OH－；总反应式为：
Ag2O＋Zn＋H2O 2Ag＋Zn（OH）2。
③镍镉蓄电池
负极材料：
Cd；正极材料：
NiO（OH）；电解质：
KOH。
总反应式为：
2NiO（OH）＋Cd＋2H2O 2Ni（OH）2＋Cd（OH）2。
特点：
比铅蓄电池耐用，可密封使用。
3．燃料电池
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的能量转换成电能的化学电池。
燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应，只是一个催化转化元件。
它工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。
①甲烷燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。
电极反应式为
电池总反应式为：
CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
②氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。
它的电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等。
电解质溶液一般为40%的KOH溶液。
在不同的介质中发生的电极反应归纳如下：
介质
电池反应：
2H2＋O2===2H2O
酸性
（H＋）
负极
2H2－4e－===4H＋
正极
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
中性
（Na2SO4）
负极
2H2－4e－===4H＋
正极
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性
（OH－）
负极
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
第五课时
【复习引入】原电池发生的电极反应和电池反应。
一、电极反应式、原电池反应式的书写
1．电极反应式的书写
⑴根据原电池的装置书写
负极：
①若负极材料本身被氧化，其电极反应式有两种情况：
一种是负极金属失电子后生成的金属阳离子不与电解质溶液的成分反应，此时的电极反应可表示为M－ne－===Mn＋。
另一种是负极金属失电子后生成的金属阳离子与电解质溶液的成分反应，此时的电极反应要将金属失电子的反应、金属阳离子与电解质溶液反应叠加在一起，如铅蓄电池的负极反应为：
Pb＋SO
－2e－===PbSO4。
②若负极材料本身不反应，如燃料电池，在书写负极反应式时，要将燃料失电子的反应及其产物与电解质溶液中的反应叠加在一起书写，如H2－O2（KOH溶液）电池的负极反应为：
H2＋2OH－－2e－===2H2O。
正极：
首先判断在正极发生反应的物质。
①当负极材料与电解质溶液能发生自发的化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；②当负极材料与电解质溶液不能发生自发的化学反应时，在正极上发生反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。
然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若反应也要书写叠加式。
⑵根据原电池反应书写电极反应式
①找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定正负极产物。
②利用电荷守恒分别写出电极反应式。
③验证：
两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。
2．原电池反应式的书写
两电极反应式，得失电子数相等时，将两电极反应式相加即得原电池反应式。
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