化学能与电能的转化教学设计

专题 1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化( 第一课时教学设计) 【教材分析】 本节的内容是化学能与电能。化学反应与能量是最重要的原理性知识之一，也是在社会生产、 生活和科学研究中广泛应用的知识，是对人类文明进步和现代化发展有着重大价值的知识，与我 们每个人息息相关。化学能对人类的重要性决定了本节学习的重要性。 在上一节已经学习了“化学能与热能”的关系，通过实例和实验，了解化学能与热能的相互 转化，了解化学能转化为热能在生产、生活中的应用及其对人类文明发展的贡献。在选修模块 “化学反应原理”中，将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地学习化学反应与能量、 电化学基础。本节内容是对前一节课中“一种能量可以转化为其他形式的能量，如热能和电能等” 论述的补充和完善，又是为学习“电化学基础”奠定必要的基础。 课程标准关于化学能与电能在必修模块和选修模块中均有安排，在本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。本节根据学生对“电”的感性 认识及其对化学能与电能之间转化问题产生的兴趣，通过几个设问把学生带进了“化学能与电能 之间相互转化”的研究之中，并通过实验探究发现构成原电池的条件。通过原电池和传统干电池 (锌锰电池 )初步认识化学电池的化学原理和结构，并不要求上升为规律性的知识；通过介绍新型 电池( 如锂离子电池、燃料电池等) 体现化学电池的改进与创新，初步形成科学技术的发展观。激 发学生科学知识的求知欲。 【教学目标】 1、知识与技能： 了解常见的化学能与电能的转化方式 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，形成科学技术 的发展观。 理解原电池原理及其形成条件 2、过程与方法： 通过预习培养学生自学能力、独立解决问题、发现问题的能力。 通过实验探究培养学生主动探索科学规律的精神 通过思考与交流，让学生学会联系自己已掌握的知识通过比较归纳认识事物的本质特征。 3、情感、态度与价值观 培养学生主动参与意识。 经历探究过程，提高学生的创新思维能力，勇于探索问题的本质特征，体验科学过程。 【教学重点】 初步认识原电池概念、原理、组成及应用。 【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以及这种 转化的综合利用价值。 【教学方法】 1、实验探究法通过实验、分析、讨论、总结应用等过程，诱导学生观察、思考、推理、探究; 2、教学中以教师为主导，学生为主体，教材为主线，思维为中心； 3、利用计算机软件（CAI）,化微观、抽象为具体、直观、形象。 【教学流程】 教师 学生 【教学过程】 【引入】 。 【阅读材料】 科学史话 伏打与电池的发明(一) 1780 年意大利著名生物学家伽伐尼在解剖青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做 了如下实验：实验 1: 用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时， 就发生颤抖。实验 2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐 他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的“生物电” 是导致抽搐的原因。 1791 年，伽伐尼发 表了论肌肉中的生物电论文，引起广泛关注。 善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿和铜器和铁器接触时才发 生抽搐？实验如下： 实验 1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接触，蛙腿抽搐 总结布置 新的问题 材料引题 创设情景 指 导 实 验 归纳要点 知识呈现 认知冲突 自主思维 自己动手 开展实验 小组讨论 得出结论 实践应用 创新思维 观察 探索 验证 归纳 激发思维 激化思维 深化思维 聚 合思维 解决问题 发散思维 实验 2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动。经过一番研究，伏打用实验推翻 了伽伐尼的结论，他发现两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐，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。 【提出问题】联想到肌肉、神经类似于能导电的电解质的溶液，那么，电解质溶液与活泼性不同 的金属作用会不会产生电流呢？请先做以下尝试： 【学生实验教师指导】 实验 1 观察记录（你看到了什么？ ） 结论（小组讨论） 将锌片和铜片平行插入 稀硫酸溶液中，观察现 象； 锌片表面有气泡生成 铜片面有无泡生成 Zn 2H Zn 2+ H 2 铜不能与稀硫酸反应 再使锌片和铜片接触， 观察实验现象。 铜片也有气泡生成 为什么铜片表面有气泡？H +得到的电 子是铜失去的吗？ 电子从锌片转移到铜片上，H +得到的 电子不是铜失去的。 【提出问题】你的头脑中产生了什么疑问？做一个合理的假设解释你的疑问！ 【学生假设】假设：电子从锌片跑到铜片上。 【追问】如何证明电路中有电子通过？ 【学生回答】用电流表检验！将锌片和铜片用导线连接起来，在导线之间接入电流表。平行插入 稀硫酸溶液中观察实验现象。 【教师】动手试一下吧！ 【学生实验教师指导】 实验 2： 观察记录（你看到了什么？ ） 结论（小组讨论） 将锌片和铜片用导线连接起来， 在锌片和铜片导线之间接入电流 表。 电流表偏转 1、电路中有电流通过； 2、化学能直接转化为电能的装 置。 【教师】电流表偏转啦！电流产生啦！从能量变化的角度分析这是什么装置? 【学生】化学能直接转化为电能的装置。 【板书】原电池定义：化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。 【小组讨论】1在锌片和铜片表面分别发生了哪些变化？2电子从哪里来，到哪里去？3. 电池 的正极和负极分别是什么？判断依据是什么？ 4.溶液中有哪些看不见的动作？ 【展示图片】 【小组汇报】由于 Zn 失去的电子经导线转移到 Cu 片上，故导线上有电流通过，因此电流计指针 发生偏转。电子由锌片流向铜片，根据物理学知识，电子移动方向与电流方向相反，电流由铜片 流向锌片，铜片为正极，锌片为负极。负极 Zn：Zn2e Zn 2+ 正极 Cu：2H 2e H 2 Zn 失去的电子成 Zn2+进入溶液，溶液中的阴离子移向负极 Zn，阳离子移向正极 Cu。 【模拟动画】 【教师总结板书】 原电池反应本质： 化学能 电能 氧化反应 铜锌原电池 电解质溶液 还原反应 阴离子 阳离子 负极 正极 阳离子 失e -，沿导线传递，有电流产生 电极反应总式： 2e- Zn-2e-=Zn2+ 【过渡】原电池是化学能直接转化为电能的装置，哪么要构成一个原电池需要哪些条件呢？ 【阅读材料】 科学史话 伏打与电池的发明(二) 2H+2e- =H2 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 氧化还原反应 伏打指出，伽伐尼实验中连接起来的是两种不同的金属(他称为第一类导体或干导体) 和含液 体的青蛙肌肉(他称为第二类导体或湿导体 )。伏打把不同的金属板 浸入 同一种电解液 里，组成了 第一个直流电源伏打电池。他用几个容器盛了盐水，把插在盐水里的铜板、锌板连接起来， 电流就产生了。 【提出问题】根据已具备的氧化还原反应知识和上述信息，你认为构成原电池的条件是什么？ 说 出你的想法并与同伴交流。 【学生假设】原电池组成：两块电极（正、负极）和电解质溶液。 【小组讨论】下列装置能否构成原电池。如果你还有疑问，你可用下列药品：Zn 片、Cu 片、石墨 棒、Fe 钉、稀硫酸、无水乙醇、导线、CuSO 4溶液、电流表、烧杯等设计对比实验证明你的想法。 第一组对比 实验： 能否构成 原电池 能 能 能 不能 构成原电池 条件一 小组讨论：原电极的电极材料的活泼性 不同的金属或非金属导体石墨等 第二组对比 实验： 能否构成 原电池 能 不能 构成原电池 条件二 小组讨论：电极必须插在 电解质溶液中 第三组对比 实验： 能否构成 原电池 不能 构成原电池 条件三 小组讨论：两极相连必须形成 闭合回路 【教师总结】形成条件一：活泼性不同的两个电极-负极：较活泼的金属；正极：较不活泼的金 属或非金属导体石墨等；形成条件二：电极需插在电解质溶液中；形成条件三：必须形成闭合回 路。用一句话可概括为“两极一液成回路” 【板书】构成原电池条件：“两极一液成回路” 。 【提问】有新发现的请举手，还有什么实验方案在现有实验条件无法验证的? 【学生】原电池反应必须是自发氧化还原反应。 【过渡】根据构成原电池的条件，你是不是已经摩拳擦掌，想动手设计一个原电池呢？ 【实践活动】有下列材料：电极（Zn 片、Cu 片、石墨棒、Fe 钉等任选） 、导线、水果 （西红柿 2 个） 、电流计，请设计一个能使电流计指针发生偏转的装置。方式：最好先独立设计，并动手试 验，边做边改进，也可与邻座同学相互讨论和观摩，或请老师指导。 我设计的原电池 实验现象 电流表是否偏转 能否构成原电 池 结 论 【讲述】 通过这个实验，大家知道了用西红柿作电解液也可以组成原电池。我们回家也可以用其 它金属、水果、液体再试一试。 【课堂练习】请你当医生：格林太太是位漂亮、开朗、乐观的妇女, 当在开怀大笑的时候，人们 才可以发现她一口整齐而洁白的牙齿中镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的这是格林太太富有的 标志；另一颗是不锈钢做的这是一次车祸后留下的痕迹。令人百思不解的是，打从车祸以后， 格林太太经常头痛，夜间失眠，心情烦躁医生绞尽了脑汁，格林太太的病情仍然末见好转。 你能为格林太太开一个药方吗？ 【课后作业】1、完成探究：完成成长记录表。 2、解决问题：了解一个真正的电池，看看哪些 地方运用到今天大家的研究成果。3、搜集关于废旧电池中存在的物质，废旧电池随便丢弃会对环境 造成哪些不良影响？ 六、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、化学能 电能氧化还