化学能与电能的转化.docx

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化学能与电能的转化

化学能与电能的转化

【教学目标】

依据课程标准的要求，主要的学习目标是：

1.通过实验探究原电池中发生的反应，了解化学能向电能转化的基本原理；进一步加深对氧化还原反应、金属活动性顺序、电解质溶液性质的理解，并能应用于解决实际问题。

2．学习分析、推理、归纳和总结的逻辑思维方法，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。

3．通过实验和小组合作学习活动，提高合作学习的能力、体验科学探究过程、培养科学态度和创新精神。

4．初步了解各类电池在生产、生活实际中的应用，重视理论与实际的联系。

【案例设计】

设计思路

从学生的已有知识入手，用实验探究活动组织课堂教学。

教学程序是：

1．利用伏打电池的故事创设教学情景，提出关于化学能如何转化为电能的问题，引入新课的学习。

2．通过原电池实验帮助学生形成化学电池的感性认识，认识化学能可以通过化学反应转化为电能；引导学生利用氧化还原反应知识分析实验现象，了解原电池反应的基本原理，认识化学能转化为电能的机理。

3．指导学生制作“水果电池”。

进一步验证、巩固所学知识，开阔视野，培养学生创新意识。

4．延伸课堂，开展研究性学习。

让学生利用网络、图书馆、找专家访谈，查询有关资料，调查日常生活中常见电池的种类、使用范围和性能；了解日常生活中废弃旧电池对环境的危害。

教学过程

[创设学习情景]观看影像文件、交流讨论，帮助学生发现、提出问题，引入学习课题：

1780年，意大利生物学家伽伐尼为给妻子看病，遵医嘱买了不少青蛙。

当用金属解剖刀触动*近铜盘的青蛙腿皮时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。

他联想起以前做经典实验时不慎触电而使身体肌肉发生颤抖的情形，断定青蛙的抽搐可能是受到电击的结果。

这偶然的现象并没有被伽伐尼放过，经过不懈的探索和思考，提出了“动物电”的概念。

他认为青蛙神经和肌肉是两种不同的组织，带有相反电荷，两者存在电位差，一旦用导电材料将两者接通，就有电流通过。

由于有动物电流的刺激，蛙腿肌肉发生收缩。

“动物电”的发现引起了意大利物理学家伏打的极大兴趣，经过一番研究，他发现蛙腿只是起了显示电流通过的作用，所谓特殊的“动物电”是不存在的。

伏打指出，伽伐尼实验中连接起来的是两种不同的金属和含有液体的青蛙肌肉。

伏打把不同的金属板连接后浸入一种电解液里，组成了第一个直流电源：

用容器盛盐水，把插在盐水里的铜板、锌板连接起来，电流就产生了。

1800年3月20日伏打向伦敦英国皇家学会宣布了这个发现，第一个“人造电源”---伏打电池问世。

请思考下列问题：

1.伽伐尼和伏打对“动物电”见解有何本质区别？

3．两种不同的金属用导线连接，在一定条件下，为什么会产生电流？

3．“伏打电池”的发明给你什么启示？

[讨论与交流]学生议论，提出自己的看法，教师倾听，不做结论。

[观看演示实验]

在烧杯中加入约2/3容积的稀硫酸，按下列步骤进行实验，让学生观察并记录实验现象。

1．将一块铜片和一块锌片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中。

2．将一块铜片和一块锌片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中。

3．用导线把锌片和铜片连接起来，插入盛有稀硫酸的烧杯中。

4．在锌片和铜片的导线中间连接一个灵敏电流计，插入盛有稀硫酸的烧杯中。

[讨论与交流]组织学生讨论以下问题，教师适时做启发、引导。

1．实验步骤1或2（锌片和铜片分别插入稀硫酸中）与实验步骤3（用导线把锌片和铜片连接起来，插入盛有稀硫酸的烧杯中）发生的现象有什么不同？

2．为什么当锌片与铜片连接后插入稀硫酸中，在铜片上有气泡产生？

Zn片和Cu片上可能各发生什么反应？

3．灵敏电流计显示有电流通过，电流是如何产生的？

[课件展示]播放多媒体课件，总结讨论，使学生认识锌与氢离子的氧化、还原，怎样产生电流，了解化学能如何通过化学反应转化为电能。

在烧杯中加入稀H2SO4，溶液中有自由运动的H+、SO42-离子，Cu在溶液中不发生反应；Zn片插入溶液，Zn片上电子转移到H+离子上，形成锌离子（Zn2+）进入溶液，H+离子结合电子被还原，在Zn板上有氢气放出。

用导线连接锌片和铜片，Zn失电子形成锌离子进入溶液，电子经锌电极通过导线、电流表流入铜电极。

在Cu上，H+结合电子，还原生成氢气。

铜电极附近溶液中氢离子减少，硫酸根离子向锌电极附近移动，锌电极附近溶液中增加的锌离子向铜电极附近移动，使电极和溶液形成电的回路。

[归纳与小结]

一、原电池反应

1．原电池的构成---用导线连接两块活动性不同的金属极板插入电解质溶液

2．原电池的工作原理

在原电池中，较活泼的金属极板发生氧化反应，电子经导线从较活泼的金属一极流向较不活泼的金属极板，溶液中易得电子的阳离子在不活泼的金属极板发生还原反应。

在原电池中，相对活泼金属为负极，相对不活泼金属（或石墨电极）为正极。

上述原电池发生的反应是：

在锌电极（负极）：

Zn-2e→Zn2+

在铜电极（正极）：

Zn-2e→Zn2+

反应总方程式Zn+2H+=Zn2++H2↑

电子流（电流）方向：

电子流从原电池的负极经导线流向正极（电流从原电池的正极经导线流向负极）

[实践活动]水果电池的制作

1.实验准备：

水果样品（柠檬、番茄、桔子、葡萄或其它水果）、金属（铁丝、铜丝、锌片或铝片）、石墨电极、电铃、灯泡、微安电流计、导线若干、小刀、pH试纸

2.学生分小组活动

鼓励学生利用各种自备的水果、金属片制作电池，用微安电流计或耳机测试是否能产生电流，比较电流的大小。

若用小刀切开水果，使两个极板分离，观察电流是否消失，将水果重新合拢是否又产生电流？

探究其原因。

学生设计实验方案，教师参与活动并适时点拨、鼓励、引导。

[讨论与交流]

小组代表汇报说明实验结果，交流发现的问题与解决方法。

[总结与评价]师生共同评价各小组活动情况，表扬表现优秀、有创新的小组，送给音乐贺卡，请打开贺卡，让大家听音乐。

说明水果电池的构成，为什么可以产生电流。

让学生获得如下感悟：

日常生活中有很多司空见惯的事实，其中都包含和联系着丰富的化学知识，只要多观察、勤动脑，可以通过有趣的实验，探讨它的化学原理。

[教师补充讲解]

音乐贺卡只是原电池应用的一例。

电池在生活、工农业生产和科学技术等方面有广泛的用途，人们利用原电池原理，制作了多种电池。

二、化学电源

依据原电池的反应原理，人们发明并制造了多种多样的化学电源。

化学电源有一次电池与二次电池之分。

各种干电池是一次电池，用过之后不能复原。

蓄电池是二次电池，在充电后能继续使用。

化学电源的能量转化率是燃料燃烧所不可比拟的。

化学电源不仅在生活中得到了广泛的应用，而且在高科技领域乃至航天技术中也是不可或缺的。

请结合生活经验和自己的了解，举例说明在日常生活中哪些场合使用了化学电源。

[研究性学习课题]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。

1.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入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，与纯锌粒接触后放入装有稀硫酸的试管中，观察氢气的出处及溶液有无颜色变化；

（3）在锌与稀硫酸反应的试管中，滴入少量硫酸铜溶液，观察实验现象。

2.

（1）调查市场中不同种类电池的特点、性能与用途。

（2）调查日常生活中废旧电池的处理方式、对环境造成的危害。

将调查结果与同学交流。

3.自由女神像经过百年的风雨，也和人一样经常“生病”。

原来她的外壳材料是铜，而支撑雕像的内部支架却是钢铁制成的，它们之间仅用一层浸油的毛毡隔开。

年代久了，毛毡就失去了隔离作用，而大西洋潮湿的夹带着盐分的海风向自由女神不断“攻击”形成无数的微电池，加速了铁的腐蚀，自由女神的“铁骨”表面就一层一层地被锈蚀着。

面对自由女神的腐蚀问题，应采取什么措施和方法？

把你的建议上网发给美国纽约市长吧！

[课外作业]建议使用以下部分习题：

1.根据Zn+2H+Zn2++H2↑的反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以选用的金属材料是（）。

A.镁B.石墨C.铝D.铅

2.X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为电池的负极。

X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（）。

A．X＞Y＞ZB．X＞Z＞YC．Y＞X＞ZD．Y＞Z＞X

3.在电工操作规程中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起，这其中的化学原理是。

4.市场上出售的“热敷袋”中含铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。

热敷袋起用前，用塑料袋与空气隔绝。

启用时打开塑料袋，轻轻揉搓就会放出热量。

回答下列问题：

（1）热敷袋产生的热量来源是。

（2）炭粉的主要作用是。

（3）加入NaCl的作用是。

5.生活中，有些金属制品在使用一段时间以后，会失去表面的光泽，严重的会变得锈迹斑斑影响使用，尤其是钢铁制品，在潮湿的空气里，很容易生锈。

你知道这是什么原因吗？

【案例评析】

本案例的设计有以下特点：

1.教学情景设计生动有趣。

2.通过实验探究、交流讨论、课件演示等活动，让学生在活动中实验、思考、讨论交流、在探究中学习。

学生学得主动，能体验科学探究的过程。

3.通过学生制作自己的“水果电池”，通过有个性的学习活动，巩固所学知识。

4.提出研究性学习课题，指导学生进行课外学习，使学有余力，或对化学学科有兴趣的学生有进一步拓展的空间，培养了学生的实践精神和科学素养。

【教后反思】

部分学习参与度不够，时间紧。

化学能与电能的转化

台州一中范永钊

【教学目标】

依据课程标准的要求，主要的学习目标是：

1.通过实验探究原电池中发生的反应，了解化学能向电能转化的基本原理；进一步加深对氧化还原反应、金属活动性顺序、电解质溶液性质的理解，并能应用于解决实际问题。

2．学习分析、推理、归纳和总结的逻辑思维方法，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。

3．通过实验和小组合作学习活动，提高合作学习的能力、体验科学探究过程、培养科学态度和创新精神。

4．初步了解各类电池在生产、生活实际中的应用，重视理论与实际的联系。

【案例设计】

设计思路

从学生的已有知识入手，用实验探究活动组织课堂教学。

教学程序是：

1．利用伏打电池的故事创设教学情景，提出关于化学能如何转化为电能的问题，引入新课的学习。

2．通过原电池实验帮助学生形成化学电池的感性认识，认识化学能可以通过化学反应转化为电能；引导学生利用氧化还原反应知识分析实验现象，了解原电池反应的基本原理，认识化学能转化为电能的机理。

3．指导学生制作“水果电池”。

进一步验证、巩固所学知识，开阔视野，培养学生创新意识。

4．延伸课堂，开展研究性学习。

让学生利用网络、图书馆、找专家访谈，查询有关资料，调查日常生活中常见电池的种类、使用范围和性能；了解日常生活中废弃旧电池对环境的危害。

教学过程

[创设学习情景]观看影像文件、交流讨论，帮助学生发现、提出问题，引入学习课题：

1780年，意大利生物学家伽伐尼为给妻子看病，遵医嘱买了不少青蛙。

当用金属解剖刀触动*近铜盘的青蛙腿皮时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。

他联想起以前做经典实验时不慎触电而使身体肌肉发生颤抖的情形，断定青蛙的抽搐可能是受到电击的结果。

这偶然的现象并没有被伽伐尼放过，经过不懈的探索和思考，提出了“动物电”的概念。

他认为青蛙神经和肌肉是两种不同的组织，带有相反电荷，两者存在电位差，一旦用导电材料将两者接通，就有电流通过。

由于有动物电流的刺激，蛙腿肌肉发生收缩。

“动物电”的发现引起了意大利物理学家伏打的极大兴趣，经过一番研究，他发现蛙腿只是起了显示电流通过的作用，所谓特殊的“动物电”是不存在的。

伏打指出，伽伐尼实验中连接起来的是两种不同的金属和含有液体的青蛙肌肉。

伏打把不同的金属板连接后浸入一种电解液里，组成了第一个直流电源：

用容器盛盐水，把插在盐水里的铜板、锌板连接起来，电流就产生了。

1800年3月20日伏打向伦敦英国皇家学会宣布了这个发现，第一个“人造电源”---伏打电池问世。

请思考下列问题：

1.伽伐尼和伏打对“动物电”见解有何本质区别？

3．两种不同的金属用导线连接，在一定条件下，为什么会产生电流？

3．“伏打电池”的发明给你什么启示？

[讨论与交流]学生议论，提出自己的看法，教师倾听，不做结论。

[观看演示实验]

在烧杯中加入约2/3容积的稀硫酸，按下列步骤进行实验，让学生观察并记录实验现象。

1．将一块铜片和一块锌片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中。

2．将一块铜片和一块锌片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中。

3．用导线把锌片和铜片连接起来，插入盛有稀硫酸的烧杯中。

4．在锌片和铜片的导线中间连接一个灵敏电流计，插入盛有稀硫酸的烧杯中。

[讨论与交流]组织学生讨论以下问题，教师适时做启发、引导。

1．实验步骤1或2（锌片和铜片分别插入稀硫酸中）与实验步骤3（用导线把锌片和铜片连接起来，插入盛有稀硫酸的烧杯中）发生的现象有什么不同？

2．为什么当锌片与铜片连接后插入稀硫酸中，在铜片上有气泡产生？

Zn片和Cu片上可能各发生什么反应？

3．灵敏电流计显示有电流通过，电流是如何产生的？

[课件展示]播放多媒体课件，总结讨论，使学生认识锌与氢离子的氧化、还原，怎样产生电流，了解化学能如何通过化学反应转化为电能。

在烧杯中加入稀H2SO4，溶液中有自由运动的H+、SO42-离子，Cu在溶液中不发生反应；Zn片插入溶液，Zn片上电子转移到H+离子上，形成锌离子（Zn2+）进入溶液，H+离子结合电子被还原，在Zn板上有氢气放出。

用导线连接锌片和铜片，Zn失电子形成锌离子进入溶液，电子经锌电极通过导线、电流表流入铜电极。

在Cu上，H+结合电子，还原生成氢气。

铜电极附近溶液中氢离子减少，硫酸根离子向锌电极附近移动，锌电极附近溶液中增加的锌离子向铜电极附近移动，使电极和溶液形成电的回路。

[归纳与小结]

一、原电池反应

1．原电池的构成---用导线连接两块活动性不同的金属极板插入电解质溶液

2．原电池的工作原理

在原电池中，较活泼的金属极板发生氧化反应，电子经导线从较活泼的金属一极流向较不活泼的金属极板，溶液中易得电子的阳离子在不活泼的金属极板发生还原反应。

在原电池中，相对活泼金属为负极，相对不活泼金属（或石墨电极）为正极。

上述原电池发生的反应是：

在锌电极（负极）：

Zn-2e→Zn2+

在铜电极（正极）：

Zn-2e→Zn2+

反应总方程式Zn+2H+=Zn2++H2↑

电子流（电流）方向：

电子流从原电池的负极经导线流向正极（电流从原电池的正极经导线流向负极）

[实践活动]水果电池的制作

1.实验准备：

水果样品（柠檬、番茄、桔子、葡萄或其它水果）、金属（铁丝、铜丝、锌片或铝片）、石墨电极、电铃、灯泡、微安电流计、导线若干、小刀、pH试纸

2.学生分小组活动

鼓励学生利用各种自备的水果、金属片制作电池，用微安电流计或耳机测试是否能产生电流，比较电流的大小。

若用小刀切开水果，使两个极板分离，观察电流是否消失，将水果重新合拢是否又产生电流？

探究其原因。

学生设计实验方案，教师参与活动并适时点拨、鼓励、引导。

[讨论与交流]

小组代表汇报说明实验结果，交流发现的问题与解决方法。

[总结与评价]师生共同评价各小组活动情况，表扬表现优秀、有创新的小组，送给音乐贺卡，请打开贺卡，让大家听音乐。

说明水果电池的构成，为什么可以产生电流。

让学生获得如下感悟：

日常生活中有很多司空见惯的事实，其中都包含和联系着丰富的化学知识，只要多观察、勤动脑，可以通过有趣的实验，探讨它的化学原理。

[教师补充讲解]

音乐贺卡只是原电池应用的一例。

电池在生活、工农业生产和科学技术等方面有广泛的用途，人们利用原电池原理，制作了多种电池。

二、化学电源

依据原电池的反应原理，人们发明并制造了多种多样的化学电源。

化学电源有一次电池与二次电池之分。

各种干电池是一次电池，用过之后不能复原。

蓄电池是二次电池，在充电后能继续使用。

化学电源的能量转化率是燃料燃烧所不可比拟的。

化学电源不仅在生活中得到了广泛的应用，而且在高科技领域乃至航天技术中也是不可或缺的。

请结合生活经验和自己的了解，举例说明在日常生活中哪些场合使用了化学电源。

[研究性学习课题]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。

1.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入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，与纯锌粒接触后放入装有稀硫酸的试管中，观察氢气的出处及溶液有无颜色变化；

（3）在锌与稀硫酸反应的试管中，滴入少量硫酸铜溶液，观察实验现象。

2.

（1）调查市场中不同种类电池的特点、性能与用途。

（2）调查日常生活中废旧电池的处理方式、对环境造成的危害。

将调查结果与同学交流。

3.自由女神像经过百年的风雨，也和人一样经常“生病”。

原来她的外壳材料是铜，而支撑雕像的内部支架却是钢铁制成的，它们之间仅用一层浸油的毛毡隔开。

年代久了，毛毡就失去了隔离作用，而大西洋潮湿的夹带着盐分的海风向自由女神不断“攻击”形成无数的微电池，加速了铁的腐蚀，自由女神的“铁骨”表面就一层一层地被锈蚀着。

面对自由女神的腐蚀问题，应采取什么措施和方法？

把你的建议上网发给美国纽约市长吧！

[课外作业]建议使用以下部分习题：

1.根据Zn+2H+Zn2++H2↑的反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以选用的金属材料是（）。

A.镁B.石墨C.铝D.铅

2.X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为电池的负极。

X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（）。

A．X＞Y＞ZB．X＞Z＞YC．Y＞X＞ZD．Y＞Z＞X

3.在电工操作规程中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起，这其中的化学原理是。

4.市场上出售的“热敷袋”中含铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。

热敷袋起用前，用塑料袋与空气隔绝。

启用时打开塑料袋，轻轻揉搓就会放出热量。

回答下列问题：

（1）热敷袋产生的热量来源是。

（2）炭粉的主要作用是。

（3）加入NaCl的作用是。

5.生活中，有些金属制品在使用一段时间以后，会失去表面的光泽，严重的会变得锈迹斑斑影响使用，尤其是钢铁制品，在潮湿的空气里，很容易生锈。

你知道这是什么原因吗？

【案例评析】

本案例的设计有以下特点：

1.教学情景设计生动有趣。

2.通过实验探究、交流讨论、课件演示等活动，让学生在活动中实验、思考、讨论交流、在探究中学习。

学生学得主动，能体验科学探究的过程。

3.通过学生制作自己的“水果电池”，通过有个性的学习活动，巩固所学知识。

4.提出研究性学习课题，指导学生进行课外学习，使学有余力，或对化学学科有兴趣的学生有进一步拓展的空间，培养了学生的实践精神和科学素养。

【教后反思】

部分学习参与度不够，时间紧。