高中化学 第二章 化学反应与能量 22 化学能与电能原电池教案 新人教版必修2.docx

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高中化学第二章化学反应与能量22化学能与电能原电池教案新人教版必修2

化学能与电能——原电池

一、教材分析

本节教学内容选自人教版普通高中课程标准实验教科书必修《化学2》第二章《化学反应与能量》第二节《化学能与电能》中的“化学能转化为电能”片段。

本节的内容是原电池，包括原电池装置的设计原理、设计意图、本质及构成条件。

关于化学能与电能在必修模块和选修模块中均有安排，在必修模块中只要求举例说明化学能与电能的转化关系及其应用，认识研制新型电池的重要性。

从学科知识体系角度来看，节课内容是学生学习了化学必修1《氧化还原反应》与必修2的《化学能与热能》等内容之后而学习的，所以本节课是对氧化还原反应的本质再探究和延伸，同时也是对化学能与其他能量之间转化的补充，是建立电化学基本概念的基础；在化学选修1（化学与生活）中金属腐蚀与防护，以及选修化学的学生学好化学选修4（化学反应原理）中还将进一步对电化学知识进行深入讨论，所以本节课为后面知识的学习提供了理论基础。

综上所述，在知识结构上原电池起到了承上启下的作用。

从生活和社会角度来看，电能在现代社会生活中起着无可取代的作用，电池也广泛应用于社会生活的方方面面。

了解电池工作的原理，掌握基本的电化学知识对生活生产都有非常重要的意义。

二、学情分析

学生在以前的学习中已经学习过了氧化还原反应，能量之间转换，电解质溶液，金属活泼性等化学知识及物理电学的相关知识，已为本节课的学习做好了一定知识储备；具备了一定的实验探究能力。

1、学生已经掌握了氧化还原反应，知道氧化还原反应的本质是电子的转移，能够把氧化反应和还原反应分开讨论。

2、物理中已经学过电子的定向移动形成电流，对氧化还原过程中电子的移动能够产生电流可以产生认同，但又对不借助于原电池装置的氧化还原反应没有电流产生存在疑惑。

3、知道电解质溶液能够导电，溶液中的离子能够在电场的作用下定向移动，但这一概念建立在正负相吸的基础上，可能会对原电池内电路离子流向理解有困难。

4、已经学习了化学能与热能的转化，能够以此为基础理解化学能与电能的转化，但对转化装置原电池以及实验现象不能很快接受，可能会认为原电池装置的引入改变了化学反应本身。

三、教学目标

【知识与技能】

1、了解常见的化学能与电能的转化方式，理解用原电池实现化学能电能转化与其他方式的差别。

2、初步认识原电池的概念和形成条件，从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。

3、初步掌握电极判断、电极反应式的书写。

【过程与方法】

1、通过对化学能直接转化成电能的化学实验探究的过程，掌握实验探究的方法，理解实验探究的意义。

2、能通过实验探究原电池的构成条件。

3、通过火力发电与原电池、原电池与电池的类比学习，建立新知旧知的联系，学会从已有知识找突破口学习新知识的方法。

【情感态度与价值观】

1、通过比较学习化学能与电能的转化，深化对能量守恒的理解。

2、通过知识的对比迁移，学会用联系的观点看问题。

3、通过比较学习火力发电和原电池装置将化学能转化为电能，感受化学电源在能源利用、环境保护等方面的重要意义。

4、通过化学实验探究，增强对化学学习的兴趣；通过评价实验结果，培养科学严谨的学习态度。

5、通过了解生活中的化学，同时将化学应用于生活中，深化学科的认同感。

四、教学重点与难点

【教学重点】

初步认识原电池概念、原理、组成及应用。

【教学难点】

原电池的本质。

五、教学设计思路及流程

复习化学能与热能的转化，建立能量可以相互转化概念。

例析电能在生活中的广泛应用，比较常见发电方式利弊，引出化学电源和电池。

↓

能源、电能。

分析直接进行的氧化还原反应为什么不能将化学能直接转化为电能，得出原电池及其形成前提。

↓

氧化还原反应释放的能量如何直接转化为电能？

原电池本质探析

电极反应式

外电路电子、内电路离子转移路径。

↓

为什么原电池能直接将化学能转化为电能？

↓

如何表示原电池反应？

原电池的构成条件

初步设计原电池。

↓

如何设计原电池？

化学电源将化学能直接转化为电能。

↓

总结

六、教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

环节一

复习化学能与热能

【课前复习】

上节课我们学习了化学能与电能，了解了化学反应伴随能量变化是化学反应的基本特征之一，知道了化学反应的能量变化通常表现为热量的变化，吸热或者放热。

同学们回顾一下化学反应的吸热还是放热是由什么决定的？

什么样的反应吸热，什么样的反应放热呢？

没错，通过一个化学反应就能完成化学能与热能的相互转化。

【思考回忆】

化学反应的吸热和放热是由反应物和生成物的总能量决定的。

反应物的总能量高于生成物的，表现为放热，低于则表现为吸热。

复习上节课的知识，建立能量之间可以相互转化的概念。

环节二

新课导入环节——清洁能源电能

【新课导入】

能源的利用与社会的发展是息息相关的。

人类对能源的利用也经历了柴草时期。

化石能源时期、多能源结构时期。

化石能源的不可再生让能源枯竭问题日益凸显，同时能源利用过程也产生了严重的环境问题。

所以，现在我们对于能源有了新的要求——可再生、高效、清洁。

由此人类了开发利用了一些新能源，像太阳能、地热能、风能、潮汐能、氢能以及电能。

能源根据它的来源分为

一次能源：

直接从自然界取得的能源。

如原煤、石油、天然气、水能、风能、地热能、潮汐能、太阳能等。

二次能源：

一次能源经过加工、转换得到的能源。

如电能、蒸汽能、氢能等。

电能是一种二次能源，可以说它是现代生活正常进行的基础，它在我们的生活中占据着不可取代的作用。

【讨论】

电能是由一次能源加工转化得到的，有哪些方式可以得到电能呢？

同学们列举了很多电能产生的方式，大家在分析一下这些方式都是通过怎样的过程转化为电能的呢？

比如说，火力发电的过程是怎样的呢？

火力发电的原理和过程

【引导】

火力发电目前仍然是发电的主要方式，80%以上的电能都是通过这样的方式得到的。

大家根据火力发电的原理和过程，结合自己的生活经验能不能对火力发电做一评价呢？

它有什么利弊呢？

化学能要经过几步转化才能变成电能。

火力发电的优点

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.

火力发电的缺点

a.排出大量的温室效应气体.

b.有废气可能导致酸雨

c.废料废水

d.储量有限

e.能量转换效率低

没错，通过上面的分析我们得出这样的结论，火力发电能够将化学能转化为电能，但不能直接转化，这就不可避免的引起能量转化过程的损耗。

同时，火力发电的过程也引发了一系列的环境问题。

总的来说，从能量转化和环境保护的角度来说，火力发电并不是一个长久之计。

但它为我们提供了一个思路，化学能可以转化为电能。

化学能能不能直接转化为电能呢？

请同学们带着这个问题阅读课本40页的知识。

【讨论】

火力发电

风力发电

水力发电

机械能转化为电能…

【分析讨论】

会造成环境污染

煤炭资源是有限的…

【联系、思考】

火力发电弊大于利

【阅读】

认真阅读课本内容，结合老师给出的问题思考。

例析常见的能源，并对能源作以分类，树立能源及环保意识。

电能的来源多种多样，且各有利弊。

从能量转化率、转化途径及环境保护角度来看，研究化学能与电能直接转化十分必要。

环节三

氧化还原反应释放的能量如何直接转化为电能？

【提问】

1、化学能可以转化为电能，什么样的化学反应能实现这一转化呢？

2、氧化还原反应为什么能将化学能转化为电能？

3、有电子转移就能将化学能转化为电能。

我们身边的氧化还原反应也很多，它们在发生的过程中有电能释放吗？

4、钢铁的锈蚀、食物的腐烂、煤炭的燃烧、金属与酸反应产生氢气等氧化还原反应为什么没有电能释放？

5、如何使氧化还原反应释放的能量直接转化为电能？

6、如何使电能储存起来？

【总结】

化学能直接电能的前提

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换为电能。

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

【实验一】

分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中,

观察现象

发生的反应

【实验二】

再用导线把锌片和铜片连接起来，观察铜片上有无气泡产生？

在导线中间接入一个电流表，

观察电流表的指针是否偏转?

[实验现象]

[实验结论]

【讨论】

请大家小组之间交流一下自己的实验结果。

并对实验结果做一解释。

【结果汇报】

【结论】

借助于这样的装置，化学能直接转化为了电能。

像这样的装置在化学上称为原电池

原电池定义：

把化学能转变为电能的装置.

【回答】

氧化还原反应

有电子转移

没有。

它们的电子转移在同一区域发生，无法形成电流。

将氧化反应和还原反应分开在不同区域进行。

做成电池

【思考】

【回答】

【实验】

动手实验

记录实验现象

解释实验现象

【产生问题】

铜片表面产生气泡。

【作出假设】

这个装置改变了这个氧化还原反应，使得铜片能够和稀硫酸反应放出氢气。

【验证假设】

根据金属活动性顺序，铜片不可能和酸反应放出氢气。

再者溶解的是锌片而不是铜片。

再根据课本内容，引入这个装置只是把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行。

【得出结论】

氧化反应还原反应在不同区域进行，电子经由导线从锌片转移到铜片，氢离子在铜片表面被还原。

【记录】

层层深入的问答提炼出课本中关键的信息。

对氧化还原反应的深入理解和对原电池概念的初形成。

学生实验，感受将氧化还原反应设计成原电池的过程，感受化学能转化为电能的过程。

探索原电池的构成条件，为接下来的学习做铺垫。

简单易做、现象明显激发学习兴趣。

从问题的产生到解决，感受科学探究的过程。

环节四

为什么原电池能直接将化学能转化为电能？

【讲解】

通过上面的实验，我们发现借助于原电池装置原本应该在锌片表面产生的气泡却在铜片表面析出。

但是大家明确一点，原电池只是改变了电子的转移路径，并没有改变这个反应的实质。

也就是说这个原电池的本质还是锌和稀硫酸反应生成氢气。

所以说，原电池的本质是氧化还原反应。

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）。

锌片在这个原电池中是真的参与了反应，而铜片只是电子的载体。

原电池和我们平时生活中用到的电池一样，是一种储存能量的装置，当我们将这个装置与用电器连接时，它就能够通过化学反应把化学能转化为电能释放出来。

大家要把电池与用电器连接时首先考虑到的是确定电池的正负极。

原电池也不例外。

下面我们就通过分析原电池的工作原理来明确原电池的正负极分别是什么。

【引导回顾】

负极：

电子流出的极，失去电子。

正极：

电子流入的极，得到电子。

【类比】

原电池中进行的氧化还原反应将氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，负极锌片进行氧化反应，电子流出，锌变成了锌离子，所以我们看到锌片的溶解；电子经导线流入正极的铜片，铜片上的氢离子接受了电子变成了氢气释放出来。

这是导线也就是外电路的情况。

那么内电路中电荷又该如何移动呢？

原电池的内电路是电解质溶液，所以内电路中移动的是离子而不是电子。

外电路中，负电荷也就是电子经导线由负极流到了正极，内电路中要完成这个闭合回路负电荷就要从正极流到负极，也就是说电解质溶液中的阴离子要向负极移动，相对应的阳离子就要向正极移动。

这就是原电池工作的原理。

【聆听】

【思考】

【记录】

【联系联想】

联系生活中常用的电池

【思考回顾】

物理中学习过的电池的相关知识

【比较学习】

确定两极发生的反应

得失电子

电子的流动方向

确定电池的正负极

外电路电荷转移方向

内电路电荷转移方向

电解质溶液中离子移动方向

明确原电池的本质。

联系生活和已学过的电学知识，形成新知识。

类比学习，按照学生的认知顺序层层递进、深入理解原电池的工作原理。

环节五

如何表示原电池反应？

【过渡】

既然原电池将氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，那如何表示原电池呢？

如何将其与一般的氧化还原反应区别开来呢？

所以我们引入一种新的方式来表示原电池——电极反应式。

【引导书写】

电极反应

负极：

Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）

正极：

2H++2e-=H2↑（还原反应）

总反应:

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

所有的氧化还原方程式当我们把它设计为原电池时都可以用这样的方式来表示。

【聆听】

【书写】

体会原电池一分为二、合二为一的思想。

环节六

如何设计原电池

【讲解】

通过上面的学习，我们把一个氧化还原反应设计成了一个原电池，从而实现了化学能到电能的直接转化。

从理论上来说，应该所有的氧化还原反应都可以设计成这样的原电池。

那么拿到一个氧化还原反应，我们如何设计一个原电池呢？

是不是应该先了解构成原电池的条件呢？

【讨论】

同学们根据我们设计的铜锌原电池讨论一下设计这个原电池我们考虑了哪些条件？

【探究活动】构成原电池应有怎样的条件

形成条件一：

通常用活泼性不同的两种材料作电极

负极：

较活泼的金属正极：

较不活泼的金属或非金属（如石墨等）

在铜锌原电池中，锌片是真的参与了反应，而铜片只是电子的载体，所以这里的铜片换成石墨等其他电极也可以。

形成条件二：

两极之间填充电解质溶液；

原电池的内电路需要离子的移动来构成一个回路，所以需要在两极之间填充电解质溶液。

形成条件三：

必须形成闭合回路

要完成电子的转移就需要构成一个闭合回路。

外电路需要有导线连接，内电路则需要电解质溶液。

形成条件四：

必须存在自发的氧化还原反应

这是原电池形成的基础。

原电池的本质就是氧化还原反应。

【总结】

经过以上四个方面的讨论，我们可以得出如下结论：

原电池的设计是建立在一个能够自发进行的氧化还原反应基础上，又有两个活性不同的电极来充当正负极，在导线和电解质溶液的连接中形成一个闭合的回路，就可以实现化学能到电能的直接转化。

【讨论】

回顾铜锌原电池的设计过程。

【记录】

【实验】

对比实验硫酸铜溶液和酒精。

【实验】

对比不同开路下是否有电流通过。

【记录】

原电池的本质

联系生活，深化对胶体介稳性的理解。

结合上面的铜锌原电池设计过程开展探究活动，锻炼动手能力，加深理解。

强化对电解质溶液的认识，深入理解电解质溶液在原电池中的作用。

环节七

总结

【总结】

今天我们学习了一种能够直接将化学能转化为电能的装置——原电池。

原电池的定义：

把化学能转变为电能的装置.

原电池的本质：

氧化还原反应

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）

原电池的工作原理：

原电池的表示：

电极反应式

负极：

Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）

正极：

2H++2e-=H2↑（还原反应）

总反应:

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

原电池的构成条件：

形成条件一：

必须存在自发的氧化还原反应

形成条件二：

两种活性不同的电极

形成条件三：

两极之间填充电解质溶液；

形成条件四：

必须形成闭合回路

【聆听】

【回忆、思考】

补充

知识系统化，便于学生理解和记忆。

环节八

作业

……

……

内化理论知识，加深印象

板书设计

第二节《化学能与电能》

一、原电池定义：

化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。

二、原电池的工作原理

化学电源

化学能电能

3、原电池的本质：

氧化还原反应

4、原电池的表示：

电极反应式

负极：

Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）

正极：

2H++2e-=H2↑（还原反应）

总反应:

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

五、原电池的构成条件：

1、必须存在自发的氧化还原反应

2、两种活性不同的电极

3、两极之间填充电解质溶液；

4、必须形成闭合回路

附录：

教材