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
（第1课时）
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
1.发展学习化学的兴趣，乐于探究化学能转化成电能的奥秘，体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。
2.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，逐步形成正确的能源观。
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】
利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料发电称为火力发电。
汽轮机发电又称蒸汽发电，它利用燃料在锅炉中燃烧产生蒸汽，用蒸汽冲动汽轮机，再由汽轮机带动发电机发电。
这种发电方式在火力发电中居主要地位，占世界火力发电总装机的95％以上。
中国煤炭的主要特点及燃煤发电对环境的影响
中国煤炭资源丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上少数几个以煤炭为主要一次能源的国家之一。
中国已探明的煤炭保有储量为1万亿吨（1Tt），占一次能源的90%以上。
其中烟煤占75%，无烟煤占12%，褐煤占13%。
煤炭在一次能源的生产与消费中的比例会长期保持在75%的水平上，而且这一比重在将来的30~50年内不会有大的变化。
中国电力工业已有100多年的历史，近20年得到飞速的发展，到1998年底全国装机容量达到了277GW，年发电量超过了1157.6TWh,预计到2000年装机容量达到290GW。
经过近20年的努力，我们解决了电力这个制约国民经济发展的瓶颈的矛盾，电力供需基本平衡，部分地区还出现了供过于求的局面。
但是目前我国人均用电水平还很低，人均装机容量仅为0.2KW，用电仅约为1000KW，与发达国家相比还有很大的差距。
我们相信随着国家经济结构调整的顺利实施，随着国家经济的发展，我国电力仍然会大力发展。
由于煤炭在一次能源结构中的主导地位，决定了电力生产中以煤电为主的格局。
在中国电力工业中，自1990年以来，火电机组装机容量保持在75%左右，水电约为24%，核电约占1%。
火电机组的发电量占总发量的80%以上，其中燃煤电站占总发电量的76%，所消耗的煤炭占煤炭总产量的34%。
预计发电用煤占煤炭总产量的比例会逐年上升，到2000年中国发电用煤将上升至38%，至2010年煤炭总产量的44%以上将用于发电。
根据成煤条件，中国煤炭的特点是高硫、高灰分且难洗选煤的比重较大，灰分小于15%的煤约占40%，原煤的平均灰分含量为28%左右。
硫分小于1%的低硫煤约占56.4%左右，约8.2%的原煤含硫量高于2%，35.4%的原煤含硫量在1~2%;且随着煤矿开采深度的增加，原煤中的含硫量会大幅度增加。
从1980年到1996年，火电机组容量增加3.9倍，而烟尘排放量基本持平，1980年为399万吨，1996年为370万吨。
SO2排放量随装机容量的增长呈上升的趋势。
1996年中国工业部门SO2排放量为1946万吨，电力工业SO2的排放量约占35％。
电站锅炉氮氧化物，主要采用低NOx燃烧方式，氮氧化物的排放总量得到一定的控制。
火电厂冲灰水是燃煤电厂中排量最大、污染物超标最严重的废水，1996年原电力部所属火电厂冲灰水排放量达到82689万吨。
火电厂灰渣排放量随着装机容量的增加而大幅增加，传统的处置方式是“以贮为主、贮用结合”，灰场占地的问题日益突出，造成有少量灰渣排入江河，污染水源的现象。
电力部门加大了治理的力度，到1995年底原电力部所属火电厂已彻底解决了向江河排灰的问题。
……
[推进新课]
师：
请同学们指出火电站中，从开始到结束能量是怎样转化的？
[合作探究]
［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
生1：
生2：
生3：
师：
回答得很好。
请大家继续讨论火力发电利与弊。
存在的优点：
生1：
我们国家煤炭资源丰富，廉价方便。
生2：
电能清洁安全，又快捷方便，节省时间。
生1：
排出大量的温室效应气体
生2：
有废气
生3：
可能导致酸雨
生4：
废料：
煤灰炭渣里面也少不了有毒金属和致癌化合物
生5：
废水
生6：
能量转化效率低
师：
能否将化学能直接转化为电能？
研究“化学能直接转化为电能”的原理
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。
师：
氧化剂和还原剂之间电子是怎样转移的？
能量又是怎样转化的？
生：
---
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。
生：
选择锌与稀硫酸的反应。
师：
.鼓励学生画出装置图并与同学交流
生：
开始交流
[实验探究]１
师：
从每组中遇到的探究情况中，筛选出不同条件下的问题继续讨论。
（老师用演示实验或者把学生可能遇到的所有问题做成动画）
[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。
师：
①Cu、Zn分别插入稀硫酸中实验现象如何，为什么？
生：
略
师：
②Cu、Zn同时插入稀硫酸中，但不接触。
实验现象如何，为什么？
生：
略
师：
③将Cu、Zn用导线连接起来实验现象与
有什么不同？
生：
大量气泡从铜片上逸出。
锌片部分溶解。
师：
实验④在Cu、Zn导线之间接电流表。
电流表指针是否偏转？
将Cu、Zn导线互换电流表指针偏转方向是否与实验④相同？
生：
实验④与实验⑤的电流表指针偏转方向相反。
师：
在上述实验中，完成化学能直接转化成电能的实验有哪几种？
生：
实验④和实验⑤
师：
在实验④和实验⑤中，用化学反应方程式表示出氧化反应、还原反应。
生：
[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：
将上述各种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。
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。
2．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！
随堂练习
1．某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是[]
A．MgB．Fe
C．AlD．Cu
2．某原电池的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该原电池正确的组成是[]
3．已知空气—锌电池的电极反应为：
锌粒：
Zn+2OH--2e=ZnO+H2O
根据判断，锌片是[]
A．正极，并被还原
B．正极，并被氧化
C．负极，并被还原
D．负极，并被氧化
4．银锌电池广泛用作电子仪器的电源，它的充电和放电过程可
上发生反应的物质是[]
A．Ag
B．Zn（OH）2
C．Ag2O
D．Zn
5．某些物质发生化学反应时，化学能可以转化为电能，这类化学反应是（）
A.非氧化还原反应B.氧化还原反应
C.放热反应D.吸热反应
6．生产、生活中化学能转化为电能常见的转化方式有（）
A．化学能～热能～机械能～电能
B.化学能～电能
C．化学能～核能～电能
D.化学能～生物能～电能
7．下列现象与原电池无关的是（）
A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B.生铁比纯铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
C.铁质器件附有铜质配件，在接触处容易生锈
D.银质奖章（纯银制成）久置后表面变暗
8．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到了议事日程，其首要原因是（）
A．利用电池外壳的金属材料
B.防止电池中汞、锅和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中石墨电极
9．下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是（）
A．在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多
B.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强
C．甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能
D．将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极
10．在如图所示装置中，观察到电流计指针偏转；M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是[]
随堂练习参考答案
1．B
2．C
3．D
4．D
5．D
6．BC
7．AB［点拨：
A：
热电厂；B：
化学电池］
8．D［点拨：
A铜锌、B铁碳、C铁铜原电池，D主要是银和硫化氢反应。
〕
9．CD［点拨：
金属活动性和失电子数量无关，A错误；如三价铝和铁，B错误；金属活动 性可由金属和水、和酸、和盐置换反应难易判断，也可由组成原电池的正负极判断C,D正确，D中特殊情况下的电解质溶液会出现错误，本题没有说明电解质溶液和电极材料，所以按一般情况处理〕
10．C
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，能设计出一些原电池实验，学习实验研究的方法。
过程与方法
1.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。
2.能对自己的化学学习过程进行计划、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
1．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。
2．赞赏原电池对个人生活和社会发展的贡献，关注能源问题，逐步形成可持续发展的思想。
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]
师：
请一位同学总结原电池的重要知识点
生：
原电池概念：
将化学能转化为电能的装置叫做原电池。
.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。
生2.
.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）
[过渡]
师：
这两位同学总结的很好。
[推进新课]
［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
生：
进行自我评价和反思，并记录。
师：
指导学生，与学生交流，及时解决学生在学习过程中存在的问题。
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
生１：
丙、丁、戊有原电池反应发生，其它没有．
生２：
丙没有，乙、庚也有．
生３：
―――
生４：
―――
[学生争论，师旁听]
师：
大家对丙、乙、庚是否有原电池反应发生有疑义．我们一起来分析．在丙中，表面上看似乎和铜锌原电池及丁装置相似，具备三个条件．请问，如果它能发生原电池反应，哪一极作负极？
这一极能在电解质溶液中氧化，输送出电子吗？
不可能！
铜不能在稀硫酸中氧化溶解．构成原电池两极的材料中，应当有一极能在电解质溶液中发生氧化反应，才能输送出电子作负极．同意吗？
同意，好！
再看乙、庚的装置．表面上看，它们还缺什么条件？
没有导线连接铜、锌，铁、碳？
有？
[学生争论]对，有！
它们本来就连接在一起的．[生：
短路了！
没有外电路，没有电流]是的，乙中锌的电子不必通过导线而是直接转移到铜上，这不是电子流吗？
应当说电流是产生了，只是短路了，不能对外做功．应当承认这两种装置中也有原电池反应发生．
师：
如何评价像庚这种情况？
生：
它可以加速钢铁的生锈，这是原电池原理的负面影响，是对我们的生活、生产带来危害的一面。
师：
啊！
好辩证呀！
还是让我们看一看原电池的优点吧！
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+2MnO2
Mn2O3+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
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。
随堂练习
1．某原电池反应的离子方程式为：
Fe+2H+=Fe2++H2↑，则下列说法正确的是[]
A．HNO3为电解质溶液
B．锌为原电池正极
C．铁极质量不变
D．铜为原电池正极
2．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是[]
A．锌片溶解了1mol时，铜片上析出1mol氢气
B．两极上溶解和析出的物质质量相等
C．锌片溶解了1g，铜片上析出1g氢气
D．锌片溶解了1mol，硫酸消耗了1mol
3．将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸溶液中，下列叙述正确的是[]
A．正极附近SO42-的浓度逐渐增大
B.正极附近SO42-的浓度逐渐减小
C.负极附近SO42-的浓度逐渐减小
D.正负极附近SO42-的浓度基本不变
4．据报道，美国正在研究的锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，它具有容量大等优点，其电池反应为2Zn+O2=2ZnO，其原料为锌、电解液和空气，则下列叙述正确的是[]
A．锌为正极，空气进入负极反应
B．负极反应为Zn-2e===Zn2+
C．正极发生氧化反应
D．电解液肯定不是强酸
5．二次电池又叫可逆电池，下列电池属于二次电池的是（）
A．酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池
B.铅蓄电池
C.氢气燃料电池和甲烷燃料电池
D.镍隔电池和锂电池
6．埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀速率最慢的是（）
A.在含铁元素较多的酸性土壤中
B.在潮湿疏松的碱性土壤中
C.在干燥致密不透气的土壤中
D.在含碳粒较多，潮湿透气的中性土壤中
7．某原电池总反应离子方程式为：
2Fe3+Fe=3Fe2+，不能实现该反应的原电池是（）
A.正极为Cu、负极为Fe，电解溶液为FeC13溶液
B.正极为C、负极为Fe，电解溶液为Fe（NO3）3溶液
C．正极为Fe、负极为Zn，电解溶液为Fe2（S04）3溶液
D.正极为Ag、负极为Fe，电解溶液为CuS04溶液
8.家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈
斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（）
A.4Fe（OH）2+2H2O＋O2=4Fe（OH）3
B.2Fe+2H2O＋O2=2Fe（OH）2
C.2H2O＋O2+4e=4OH－
D.Fe-3e－=Fe3＋
9.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进
行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（）
A．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中石墨电极
10.在外界提供相同电量的条件下，Cu2＋或Ag+
分别按Cu2++2e-=Cu或Ag+e-=Ag在电极上放电，其析出铜的质量为1.92g，则析出银的质量为（）
A.1.62gB.6.48gC.3.24gD.12.96g
随堂练习参考答案
1．答案：
D．
分析：
由电池反应的离子方程式知，电池的负极为铁，则正极应是比铁不活泼的金属（B被否定）．在反应中负极不断被消耗（C被否定）．
由于反应中放出了氢所并生成了Fe2+故知电解质溶液不能是HNO3．由上分析可知正确选项为D．
2．答案：
A、D．
分析：
在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点即两极得、失电子数应相等．利用这一特点，我们从电极反应看：
负极：
Zn-2e=Zn2+；正极：
2H++2e=H2↑当溶解1mol锌失去2mol电子；铜片上析出1mol氢气也得到2mol电子，得失电子守恒，这样既可推出A、D为选项
3．答案：
D．
分析：
在原电池中，电解质溶液电荷的平衡是通过阳离子的迁移来完成的．
4．答：
B、D．
分析：
由电池反应知
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