《原电池原理及组成》教学设计

原电池原理课题：2.2.1原电池原理及组成 课时1 授课班级教学分析本课时是人教版必修2第二章第二节《化学能与电能》第一课时的内容。前面了解了化学反应中能量转化的原因，并感受了探究化学能与热能的相互转化过程之后，会对本课时化学能与电能之间的转化问题产生浓厚的兴趣。正是基于学生的这种心理特征，教材开始的几个设问，把学生带进了“化学能与电能之间相互转化”的研究之中。从能量转换角度看，本课时内容是对前一节课中能量的转化、能量守恒内容的补充和完善。从反应物之间电子转移角度看，原电池概念的形成是氧化还原反应本质的拓展和应用；从思维角度看，“将化学能直接转化为电能”的思想，是对“化学能T热能T机械能―电能”思维方式的反思和突破。化学能与电能属于化学原理范畴，是化学学科的重要原理性知识之一，也是对氧化还原反应原理本质的拓展和应用。初中初步学习了“化学与能源”，在选修模块④将系统深入地学习化学反应与能量。本节课既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又为选修奠定必要的基础。起到承前启后的作用。通过本节课的学习，要求学生形成一个氧化还原反应、能量转换、元素化合物知识、电解质溶液、物质的量有关计算等知识联系起来的知识网络。而且原电池在实际生活、工农业生产、科学研究中应用十分广泛，因此学好本节知识，具有重要的理论意义和现实意义。学生在初中的学习过程中已了解金属活动性，在必修一的学习中了解了氧化还原反应，通过对物理学科电学的学习也有一定的电学知识。因此，已经具备学习本课的的理论基础。新课程背景下要求学生自主探索，主动求知，学会收集、分析和利用各种信息及信息资源，并以此发展学生的实践能力、创新精神，合作与分享意识、社会交往能力和社会责任感。因此，在设计《化学能与电能》这节课时，可采用学案导学、分组实验和小组讨论的形式让学生自主探索问题，分析问题，解决问题，强化学生的探究意识；以实验现象激发学生的探究兴趣，引发学生通过对实验现象的观察，实验原理的分析，真正理解了原电池的本质（氧化还原反应），分析归纳构成原电池的条件。这样，学生不仅掌握了化学知识和规律，而且获得了探求知识的途径与方法。教学目标知识与技能.通过查阅资料、阅读思考，熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。.通过实验探究、交流讨论，知道原电池概念及原电池工作原理是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，构成原电池的条件。.通过观察现象、原理分析，会判断原电池的正极、负极，正确书写电极反应式等，熟知原电池的应用。提高实验探究能力，感受自主学习、合作学习的乐趣及化学能转化为电能的奇妙。过程与方法.通过实验探究、原理分析、讨论交流等活动，体验利用化学实验进行探究原电池原理和形成条件的观察，感受化学实验在学习化学学科知识过程中的重要性。.通过观察实验现象、思考化学原理及问题探究，养成勤于思考、善于观察的思维品质，培养学生严谨的正向思维能力和训练学生的逆向思维、发散思维能力。情感态度价值观.通过举例说明化学能与电能的转化关系及其应用，认识到化学能转化为电能的重要性，感悟化学学科的学习价值和社会价值。.通过对原电池形成条件的探究，逐渐形成自主探究的科学态度和方法。从而增强学生学习化学的兴趣；教学重点原电池概念、原理、形成条件及应用教学难点原电池工作原理的理解及应用教学过程

教学步骤、内容教学方法教学方法飞船遨游太空，这一切都依赖于电池的应用。那么，同学们一定想知道电池的结构、它的工作原例如，小到日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……大到火箭上天、神州六号宇宙飞船遨游太空，这一切都依赖于电池的应用。那么，同学们一定想知道电池的结构、它的工作原【板书】活动一、化学能与电能的转化【思考】阅读教材P39页“资料卡片”，思考什么是一次能源和二次能源？填写下表内容。【交流投影】分类定义实例一次能源直接从自然界取得的能源流水、风力、化石能源、天然铀矿等二次能源一次能源经加工、转换得到的能源电力、蒸汽等。其中电能是应用最广泛，使用最方便，污染最小的能源。【讨论1】（1）根据教材P40页图2-8,分析思考火电站的工作原理及如何实现能量转化的？【交流1】①火力发电（火电）是通过化石燃料（如煤、石油、天然气）燃烧，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。【交流2】②燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程，该过程可表示为：【板书】化学能燃选热能蒸总机械能发■电机电能其中，燃烧（氧化还原反应）是使化学能转换为电能的关键。【交流3】③能量转化装置：燃烧炉一蒸汽机一电机，说明化学能可通过氧化还原反应直接转化成电能。【讨论2】（2）火力发电有哪些优点和缺点？【交流1】优点：（1）我国煤炭资源丰富；（2）电能清洁、安全，又快捷方便。【交流2】缺点：（1）排出大量的温室气体CO2；（2）有些废气可能导致酸雨，如SO2；（3）消耗大量的不可再生能源；（4）能量转化率低；（5）产生大量的废渣、废水。【小结】按照人类对能源的利用及性质，能源还可以进行哪些分类？【交流】能源类别定义按利用历史按性质举例一次能源直接从自然界常规能源可再生能源水能中取得的能源不可再生能源煤、石油、天然气等化石能源新能源可再生能源太阳能、风能、地热能、潮汐能、沼气不可再生能源核能二次能源由一次能源经过加工、转化得到的能源电能（水电、火电、核电）、氢能、蒸汽、工业余热等【典例1】下列叙述不正确的是（）A.根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B.电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源C.火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程D.在火力发电过程中，化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化【答案】C【解析】氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源，A正确；电能也是二次能源，且使用方燃烧蒸汽.便、污染最小，b正确；以煤为燃料，火力发电的能量转化过程：（煤）化学能――今热能―q机械能发电机电能，故C错误，D正确。【典例2】化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是（）A.天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源B.无论是风力发电还是火力发电，都是将化学能转化为电能C.PM2.5含有的铅、镉、铬、钒、碑等对人体有害的元素均是金属元素D.发展低碳经济、循环经济，推广可利用太阳能、风能的城市照明系统【答案】D【解析】A项，H2不是一次能源；B项，风力发电不是将化学能转化为电能；C项，砷不是金属元素。【板书】活动二、原电池及其工作原理及应用【思考】火力发电过程中，化学能要经过一系列能量转换环节才能转化为电能，由于转换环节多，能源利用率低，造成能源极度浪费。那么能否将化学能直接转化为电能，提高能量的利用率？【交流】能。火力发电时化学能之所以先要转化为热能，主要是因为氧化剂和还原剂直接接触。因此若氧化剂和还原剂不直接接触，分别在不同区域发生还原反应和氧化反应，就可使氧化还原反应释放的能量不经过热能，而直接转化为电能，【实验探究】根据教材P40实验2-4,探究原电池的工作原理，填写下表内容。【交流投影】

实验步骤乜二二二二二m辅H皿7nr®n€u至二三---亨糖日皿H毒口1■乙冏锌片逐渐溶解，表面锌片逐渐溶解，铜两锌片逐渐溶解且现象有气泡；铜片表面无片表面有气泡，电表面都有气泡，电无现象气泡流表指针发生偏转流表指针不偏转解释锌与稀硫酸发生置换锌与稀硫酸反应，锌与稀硫酸反应产乙醇是非电解或说反应产生,，而铜则但氢气在铜片上产生氢气，但导线中质，与Zn、Cu明不能生，导线中有电流无电流都不反应【小结】根据上述实验探究，思考原电池的定义、构成条件、工作原理分别是什么？【交流1】（1）原电池的概念是将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。【交流2】（2）原电池的构成条件：理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是：①具有活动性不同的两个电极（金属与金属或金属与能导电的非金属）；②溶液：两电极均插入电解质溶液中；③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。【交流3】（3）原电池的工作原理：【投影】①如下图所示：电极名称；♦极电极反应类型；一化反一电极反应式;7.n-2e-=7.nJ-原电池总反应式：Zn+2H+===Zn2++H2T;【强调】②能量转化过程：原电池在工作时，负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应（注意：电子不能下水，溶液中是自由移动的离子导电），这样氧化反应和还原反应不断发生，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，即化学能转变为电能。【讨论】根据原电池的构成条件及工作原理，思考在化学上有哪些应用？【交流1】（1）比较金属活动性：作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱；【交流2】（2）改变化学反应速率：如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率；【交流3】（3）设计原电池：如：把Fe+2Fe3+===3Fe2+设计成原电池，可用Fe作负极，铜（或石墨）作正极，FeCl3溶液作电解质溶液（注意：用盐桥组成双液原电池才能形成持续稳定的电流）；【交流4】（4）保护金属设备：如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属（如Zn）,则构成以Zn、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。【问题探究1】（1）原电池是如何构成闭合回路的？（请从电子流向和离子移动方向分析）

【交流】在外电路，电子从负极流出经导线流向正极，在电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。【问题探究2【问题探究2】（2）原电池中作负极的定是活泼金属，作正极的一定是不活泼金属吗?【交流】不一定。在原电池中的两极可以都是活泼金属（如Zn—Fe—稀硫酸，Zn作负极），也可以都是不活泼金属（如Cu—Ag—AgNO3,Cu作负极）也可以是一种金属和一种能导电的非金属（如Cu一C—AgNO3,Cu作负极）。【问题探究3］（3）根据原电池的构成条件，判断下表组合能否构成原电池？并填写表格内容。【交流投影】电极材料电解质溶液电极现象能否构成原电池解释或结论Zn石墨稀硫酸Zn极逐渐溶解，石墨电极上有气泡产生是Zn做负极，失电子，发生氧化反应，石墨做正极，H+得电子发生还原反应。Cu石墨稀硫酸无明显现象否不能发生氧化还原反应形成原电池ZnFe稀硫酸是Zn做负极，发生氧化反应，Fe做正极，H+得电子发生还原反应。ZnFe乙醇无明显现象否乙醇为非电解质不能形成原电池ZnZn稀硫酸无明显现象否两极电极材料相同不能电势差形成原电池【典例1】下列有关原电池的说法正确的是（）A.铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，Mg较活泼作负极B.铝片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极C.锌片和铜片用导线连接后插入CuSO4溶液中，铜片作负极D.只有两种活泼性不同的金属才能构成原电池的两极【答案】B【解析】判断原电池的正负极，一方面要看电极材料，另一方面要看电解质溶液。A中铝与NaOH溶液会自发反应，铝作负极，A错误；B中尽管铝比铜活泼，但只有铜片与浓硝酸自发反应，铜作负极，B正确；锌片和铜片用导线连接后插入CuSO4溶液，锌片作负极，C错误；金属与碳棒也可以构成原电池的两极，因此D错误。【典例2】下列装置中能够组成原电池的是（ ）B.②⑤⑦⑨D.B.②⑤⑦⑨D.④⑥⑦⑨C.③④⑥⑦【答案】D【解析】构成原电池的条件缺一不可：①②缺少一个电极；③中电极相同；⑤中酒精为非电解质；⑧中不能形成闭合回路。TOC\o"1-5"\h\z【典例3】如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是（） …hOHA.B极为原电池的正极 MB.A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸 至三三广C.C中阳离子向A极移动 工。D.A极发生氧化反应【答案】C【解析】原电池中，负极金属失去电子，溶解，质量减小，故A极是负极，B极是正极，根据构成情况可判断A、B、©可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B正确；离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D项正确。【课堂检测】1.判断正误，正确的打“J”，错误的打“X”。⑴根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源（V）⑵电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源（V）⑶火力发电是化学能间接转化为电能的过程（V）⑷口口+屿班二二二g口十为0是放热反应，可以设计成原电池（X）⑸将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转（X）⑹Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极（X）⑺原电池中的负极反应一定是电极材料失电子（X）⑻实验室制备H2时，用粗锌（含Cu、Fe等）代替纯锌与盐酸反应效果更佳（V）⑼在铜一锌一稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌（10）在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应（X）

2.下列有关能源的说法错误的是（）A.风能是人类通过风车等工具获取的能源，但属于一次能源B.在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源C.月球土壤中含有丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核能的重要原料D.原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源【答案】D【解析】风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，原电池提供的电能是由化学能转化而得到的，不是直接获得的，属于二次能源，A正确，D错误；随着时代的发展，化石能源逐渐枯竭，所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源，B、C正确。.如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是（）实验后的记录：①Zn为正极，Cu为负极②H+向负极移动③电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu④Cu极上有H2产生⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol⑥正极的电极反应式为Zn—2e-===Zn2+A.①②③ B.③④⑤C④⑤⑥ D.②③④【答案】B【解析】在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为：Zn—2e-=Zm+,正极反应为：2H++2e-=H2T,故转移1mol电子时，产生H20.5mol,在溶液中H+向正极移动，$。4-向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。.如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，,B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（） 曲心,A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸 赛量B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸 匿11些C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液【答案】D【解析】A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A和B两项中的反应为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2T，则A项A极变细，B项A极不变；C和D两项中的反应为Fe+2AgNO3===2Ag+Fe（NO3）2，其中C项A极变细，D项A极变粗。5.某学生用如图装置研究原电池原理，下列有关说法错误的是（）

A.图(3)中Zn片增重质量与Cu片减轻质量的比为65:64B.图(2)中如果两极上都有气体产生，则说明Zn片不纯C.图(1)中铜片上没有气体产生D.图(2)与图(3)中正极生成物的质量比为1：32时，Zn片减轻的质量相等【答案】A【解析】 图⑶中Zn片作负极，发生氧化反应而溶解，质量减轻，口片作正极，CU2+在此电极上发生还原反应析出口，质量增加，A错误；图⑵中Zn作负极，铜作正极，溶液中的H+在铜电极上生成H2，若Zn片不纯，会形成另一个原电池，Zn片表面也有气体生成，B正确；Cu与稀硫酸不反应，C正确；图⑵与图⑶中正极生成物分别是H2和Cu,两者质量比为1：32时，物质的量之比n(H)：n(Cu)=12【归纳梳理】正概笠悚性抗港物金恩■流.人电谖子向量之比n(H)：n(Cu)=12【归纳梳理】正概笠悚性抗港物金恩■流.人电谖子向蚯原英应悝氧化反腐电击流向-电话电迸淅A【课后巩固】教材作业:P44-45页习题1、2、4。【课后提升】1.某原电池工作时总的反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,该原电池的组成可能是( )A.Zn为正极Cu为负极B.Cu为正极Zn为负极CA.Zn为正极Cu为负极B.Cu为正极Zn为负极C.Cu为正极Zn为负极D.Fe为正极Zn为负极CuCl2溶液作电解质溶液稀H2sO4作电解质溶液CuSO4溶液作电解质溶液ZnSO4溶液作电解质溶液【答案】C【解析】失电子则Zn应为负极；Cu2+得电子则Cu2+为电解质溶液中的阳离子。2.有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下:实验装置-1 !———装置一h[i口.出旃装匠二尊a-1L 1-《镰盾d部甑睢裴曾叫部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()B.b>c>d>aA.B.b>c>d>aC.C.d>a>b>cD.a>b>d>c【答案】C【解析】装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c,故选C。.下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是（）【答案】A【解析】由题给装置图知，A、B、C形成原电池，由于金属活动顺序表中Cu、Ag排在H的后面，而Zn排在H的前面，故A中有气体产生。.下列关于离子化合物的叙述正确的是（）A.离子化合物中都含有离子键B.离子化合物中的阳离子只能是金属离子C.离子化合物如果能溶于水，则其所得溶液一定可以导电D.溶于水可以导电的化合物一定是离子化合物【答案】AC【解析】离子化合物中阴、阳离子间的相互作用被称为离子键，A正确。构成离子化合物的基本粒子是阴、阳离子，溶于水后，阴、阳离子自由移动，因而可以导电，C正确。NH4C1是离子化合物，阳离子是NH，不是金属离子，B错。HCl溶于水形成酸，故可导电，但HCl不是离子化合物，D错。故正确答案为AC。.一学生欲通过实验判断X、Y、Z、W四块金属的活泼性，做了如下实验并得结论：当X、Y组成原电池时，Y为负极；当Z、W组成原电池时，W为正极；W能从含Y离子的盐溶液中置换出单质Y,据此可知它们的活泼性顺序是（）A.Z>W>X>Y B.X>Y>Z>WC.X>Y>W>Z D.Z>W>Y>X【答案】D【解析】X、Y组成原电池Y为负极，则活泼性：Y>X;Z、W组成原电池，W为正极，则活泼性:Z>W,W能从含Y离子的溶液中置换出丫单质，则活泼性：W>Y,综上，