第二节 化学能与电能.docx
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第二节化学能与电能
第二节化学能与电能
教学目标
1.知识目标
通过实验和科学探究形成原电池概念，初步了解原电池的组成，理解其工作原理。
2.能力目标
（1）分析火力发电的原理及利弊，建立“将化学能直接转化为电能”的新思路，通过对氧化还原反应的本质的分析，提出实现新思路的各种推测和猜想等，培养创新思维能力。
（2）通过实验和科学探究，对比、归纳，培养学生科学探究精神和分析、归纳的能力。
3.情感目标
科学探究和实验中的良好态度和合作学习。
教学重点
初步了解原电池的组成，理解其工作原理。
教学难点
通过实验和科学探究形成原电池概念，抽象出原电池的工作原理
教学方法实验探究
仪器、药品
锌片、铜片、稀硫酸、导线、电流计等
第一课时
【引言】
大家都知道现今生活中电与我们生活的密切程度，可以说现在要是没了电我们现在的生活将是一个什么样的状态。
近两年电力由于我国经济的高速发展现今还处于紧缺的状态，那么大家回想一下，我们获取电能的主要方式又是什么？
我们从教材的我国电力总量构成图中可以看到，火力发电仍然将近81%，再来想一下，这种发电的原理又是什么？
（学生讨论）
结论：
再来分析：
在转化过程中：
设备的投入，机械效率等问题。
提出新问题：
能否实现从：
化学能→电能的直接实现？
【新课】第二节化学能与电能
一、化学能与电能的相互转化
问题探讨：
1、氧化还原反应的实质
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、如何截获电子？
4、从电学角度考虑仪器选择和组装问题
学生活动：
组成课堂学习小组进行讨论，建立思维模型。
[实验]学生自己组织实验
【实验2-4】
实验过程：
实验序号
①
步骤要求
在一支试管中加入少量稀硫酸和一小粒纯锌粒
实验现象
锌粒表面有气体产生
用离子方
程式解释
实验现象
2H++Zn =H2↑+Zn2+
思考问题
寻找答案
1.反应中，哪种物质失电子？
哪种物质得电子？
2.Zn是通过什么途径将电子转移给溶液中H+的？
3.想什么办法使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？
列出你对
问题3的
想 法
实验序号
②
步骤要求
在另一支试管中加入少量稀硫酸和一小粒纯锌粒，再将一根粗铜丝插入试管，观察一会儿，使铜丝与锌粒接触，观察现象
实验现象
未接触时锌表面有气泡，铜丝无明显现象，接触后铜丝表面有气泡
用化学方
程式解
释实验现象
锌片 Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
铜片 2H++ 2e-=H2↑（还原反应）
思考问题寻找答案
1.反应中，哪种物质失电子？
哪种物质得电子？
2.Zn是通过什么途径将电子转移给溶液中H+的？
3.H+得到的电子是Cu失去的吗？
Cu在这个过程中起什么作用？
4.想什么办法让这种电子的转移变成电流？
列出你对
问题4的
想 法
实验序号
③
步骤要求
将锌片和铜片用导线连接，平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象
实验现象
写化学方程
式或解释
实验现象
锌片 Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
铜片 2H++ 2e-=H2↑（还原反应）
思考问题
寻找答案
1.反应中，哪种物质失电子？
哪种物质得电子？
2.电子从Zn到溶液中H+经历了哪些途径？
3.导线在这个过程中起什么作用？
4.你怎样才能知道导线中有电子流过？
怎样才能知道导线中电子流动方向？
组内交流
列出想法
实验序号
④
步骤
要求
将锌片和铜片用导线连接，在导线中间接入一个电流计（或发光二极管），平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。
将锌片和铜片用导线反接电流计再做实验，观察现象
实验
现象
锌粒表面无气泡逐渐溶解，铜片表面有气泡，二极管发光或电流计偏转
解释实
验现象
锌发生氧化反应，还原反应在铜表面发生，有电流产生（形成原电池）
思考问题
寻找答案
1.反应中，哪种物质失电子？
哪种物质得电子？
2.电子从Zn到溶液中H+经历了哪些途径？
3.电流计在这个过程中起什么作用？
4.你认为这个过程中能量的转化关系是怎样的？
组内交流
列出想法
【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。
这一变化过程可以表示如下：
锌片：
Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）
铜片：
2H++2e-=H2↑（还原反应）
总反应：
Zn＋2H+=Zn2++H2↑
【学生探究活动】根据铜锌原电池，填写下表：
电极
电极材料
电极反应
反应类型
得失电子的粒子
电子流动方向
负极
正极
总反应：
______________________________________________________
【科学探究】原电池的构成条件探究。
［活动形式］学生分组实验。
［实验类型］对比实验。
1.组织学生根据实验用品，如Zn、Cu、石墨棒、Fe、稀硫酸、乙醇、CuSO4溶液、ZnSO4溶液，导线、西红柿（或其他水果）、电流计等自己设计对比实验。
2.让学生设计表格整理实验信息，然后将化学事实用化学式表达出来。
3.活动总结汇报。
原电池构成部分对比一
实验现象
解释或写化学方程式
电流计
稀硫酸
Zn
溶解无气泡
Zn-2e-=Zn2+
偏转较大
石墨
气泡
2H++ 2e-=H2↑
稀硫酸
Cu
无明显现象
反应不能自发进行
偏转较小
石墨
原电池构成部分对比二
实验现象
解释或写化学方程式
电流计
稀硫酸
Zn
溶解无气泡
Zn-2e-=Zn2+
偏转
Fe
气泡
2H++ 2e-=H2↑
乙醇
Zn
无现象
无偏转
Fe
无现象
原电池构成部分对比三
实验现象
解释或写化学方程式
电流计
稀硫酸
Zn
溶解气泡
Zn-2e-=Zn2+
无偏转
Zn
溶解气泡
Zn-2e-=Zn2+
稀硫酸
Zn
溶解
Zn-2e-=Zn2+
偏转
Fe
气泡
2H++ 2e-=H2↑
原电池构成部分对比四
实验现象
解释或写化学方程式
电流计
插在一个
西红柿中
Zn
偏转
Cu
插在两个
西红柿中
Zn
无偏转
Cu
二、原电池及电极反应
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。
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.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）化学能→电能
4、原电池的电极
负极：
发生氧化反应，电子流出（流向正极）的一极。
正极：
发生还原反应，电子流入（来自负极）的一极。
【练习巩固】
1．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和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＞Z（B）X＞Z＞Y（C）Y＞X＞Z（D）Y＞Z＞X
2．下列装置哪些可以形成原电池?
形成原电池的写出电极反应式,并指出电子流动方向。
【作业】每个同学利用家庭条件，自制一个简单的原电池
第二课时
［提问复习］组成原电池的条件是什么？
检查学生自制电池情况
［引言］大家现在知道了，从理论上讲任何氧化还原反应，都可以将氧化反应和还原反应分开而从中获取电流，但是从技术上而言这一理想又有很大的距离。
人们应用原电池原理，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等，以满足不同的需要请同学们说说你所知道的电池的用途。
［板书］二、化学电源
1.干电池
最早使用的是锌锰电池。
锌锰电池的电极分别是锌（负极）和碳棒（正极），内部填充的是糊状的MnO2和NH4Cl。
电池的两极发生的反应是：
负极（锌外壳）：
Zn-2e-=Zn2+
正极（碳棒）：
2MnO2+2NH4++2e-=2MnO（OH）+2NH3+H2O
2、充电电池（又称二次电池）
充电电池在放电时进行的氧化还原反应在充电时又逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电放电可在一定时期内循环进行。
充电电池中能量的转化关系是：
化学能电能
例如，铅蓄电池中发生的化学反应是：
Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
［电脑展示］干电池和铅蓄电池
（由学生和教师分别讲述这两种电池的构造和用途）
［阅读］课本中3、锂电池4、新型燃料电池（由学生自学完成）
［板书］3.锂电池
4.新型燃料电池：
氢氧燃料电池、铝、空气燃料电池
［课件］展示当代新型电池，培养学生的进取心理
[典型例题剖析]
例1、电子表所用的纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应是：
Zn+2OH-－2e-=ZnO+H2O
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
电池的总反应式为：
Ag2O+Zn=2Ag+ZnO
下列判断正确的是（）
A、锌为正极，Ag2O为负极
B、锌为负极，Ag2O为正极
C、原电池工作时，负极附近溶液的pH值减小
D、原电池工作时，负极附近溶液的pH值增大
答案：
BC
解析：
原电池的负极上发生氧化反应，所以锌为负极，根据题目给出的电极反应式，负极的氧化反应要消耗OH-，
溶液的碱性减小，因此负极附近溶液的pH值变小。
例2、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D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡；B、D相连时，D极发生氧化
反应。
这四种金属的活动顺序是（）
A、A＞B＞C＞DB、A＞C＞D＞B
C、C＞A＞B＞DD、B＞D＞C＞A
答案：
B
解析：
这道题主要考查对原电池正、负两极的判断，在原电池中，比较活泼的金属为负极。
A、B相连时A为负极说明A比B活泼；C、D相连时，电流由D→C，由于电子流动的方向与电流方向相反，所以C为失去电子的一极，C比D活泼；A、C相连时，C上产生气泡，即C上发生的反应是2H++2e-=H2↑，是还原反应，所以A比C活泼；B、D相连时，D极发生氧化反应，则D为正极。
综合以上结论可知，B是正确答案。
［练习］
1.表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是（）。
A.白铁（镀锌铁） B.马口铁（镀锡铁）
C.镀镍铁 D.镀铜铁
2.下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是（）
A.④＞②＞①＞③ B②＞①＞③＞④
C.④＞②＞③＞① D.③＞②＞④＞①
3.通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装有一定数量的锌块，请解释原因。
三、问题交流
【学与问1】
在电学中，电流的方向与电子流动方向相反。
输出电流的一极是电源的正极，而流入电流的一极是电源的负极。
在原电池中，电子从原电池的负极流出，经过导线流入原电池的正极。
关于原电池的两极的名称和判断，在课堂探究实验中引导学生结合电学知识学习。
经过对几种原电池的研究后，总结出原电池两极的判断方法：
活泼金属→发生氧化反应→向外线路提供电子→原电池的负极；不活泼金属（或石墨）→发生还原反应→接受外线路提供的电子→原电池的正极。
【学与问2】
锌锰干电池与我们的生活联系十分密切，几乎每个学生在生活中都使用过锌锰干电池。
大多数学生都经历过或听说过由于锌锰干电池的使用不当而造成的损失，关于锌锰干电池在使用时的注意事项可以通过学生讨论，汇集一些实例进行分析，最后总结出锌锰干电池的使用方法和保存时应注意的问题。
【思考与交流】
对于原电池的组成条件，要让学生在课堂中进行实验探究对比分析，在尝试了几种组合实验后自己总结出来。
原电池的组成条件可以简单的概括为：
两极一液一连线。
具体是：
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。
四、习题参考
1.化学电池是把化学能直接转化为电能的装置。
其反应的基础是氧化还原反应。
2.一次性干电池中的氧化还原反应是不可逆的，放完电之后就不能再使用。
而蓄电池中的氧化还原反应是可逆的，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使生成物恢复原状。
3.从电极材料判断：
活泼金属作负极，不活泼金属（或石墨）作正极。
从发生的反应判断：
发生氧化反应的电极是负极，发生还原反应的电极是正极。
4.家用电器的普及和种类的增加，使得电池的使用量随之剧增。
废电池混在垃圾中，不仅污染环境，而且造成浪费。
据报道，全国的电池年消耗量为30亿只，因疏于回收而丢失铜740吨，锌1.6万吨，锰粉9.7万吨。
另外，普通干电池里含有镉和汞两种元素，这两种元素若污染了土壤和水源，进入人类的食物链，就会发生“水俣病”（汞中毒）和“痛痛病”（镉中毒），这两种工业公害病，都在日本发生过，造成很多人死亡。
为防止悲剧重演，我们应该把废旧电池与其他垃圾分开，集中回收。
许多国家都很重视废旧电池的回收，如德国的很多商店要求顾客在购买电池时，同时要把废旧电池交回商店；日本的分类垃圾箱里有一种专门放废旧电池的黄色垃圾箱，垃圾箱的投入口有三个，分别标有普通电池、纽扣电池和其他电池。
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