2.2.2 化学反应能量转化的重要应用-化学电池教学设计 2023-2024学年高一下学期化学鲁科版（2019）必修2

高中化学必修2PAGEPAGE1第2章化学键化学反应规律第2节化学反应与能量转化第2课时化学反应能量转化的重要应用——化学电池教材分析在初中化学学习中，主要关注的是化学反应中的物质变化，虽然学生接触过燃烧、氧化钙与水的反应等放热反应，对化学反应中能量变化，特别是“化学反应能放出热量”有一定的感性认识，但是没有形成稳定的认识角度。本节教材围绕着化学反应中的能量变化，引导学生丰富对化学反应的认识角度——能量变化角度，并通过具体实例认识化学反应中能量转化的具体形式——化学能与热能、电能的相互转化；在宏观、微观两个层面上，分析化学反应中能量变化的实质——旧化学键断裂与新化学键形成过程中的能量差，反应物总能量与生成物总能量差；通过对具体的电池的分析，建立原电池构成的认识模型，并用其解释生活中的实用电池。教学目标变化观念与平衡思想：通过生产、生活、实验中的实例，了解化学能与热能的相互转化，建立吸热反应、放热反应的概念，从能量变化的视角发展对化学反应的认识。科学态度与社会责任：关注与化学有关的社会热点问题，认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性，增强节约能源及环境保护等意识，逐步形成可持续发展的思想。宏观辨识与微观探析：通过认识化学反应中能量变化的实质，进一步深化对化学反应的微观认识。证据推理与模型认知：通过“初识氢氧燃料电池”“设计一个简单的原电池”等活动，认识到原电池能将化学能转化为电能，并建立关于原电池构成的认识模型，发展“证据推理与模型认”化学学科素养。教学重难点化学反应能量变化的原因；原电池工作原理课前准备分组实验用品、氢氧燃料电池视频教学过程【知识回顾】1.化学反应的两大特征是什么？2.化学反应伴随能量变化的原因是什么？从两个角度进行解释【投影】播放关于“氢氧燃料电池汽车”的新闻，提出问题。【新课引入】通过新闻我们认识了一种新的能源汽车——氢氧燃料电池汽车。请大家结合新闻思考以下问题：1.氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，氢氧燃料电池被认为是利用氢能解决未来人类能源危机的途径之一。氢氧燃料电池的优点是什么？2.氢氧燃料电池汽车推广使用，面临的主要问题是什么？3.氢氧燃料电池是如何把化学能转化为电能的呢？（不要求回答）学生：思考回答教师：这节课我们共同来学习关于化学反应的一个重要应用——化学电池，共同探究一下氢氧燃料电池是如何把化学能转化为电能的。【投影】一、化学反应能量转化的重要应用——化学电池教师：化学电池已是人类生产和生活的重要能量来源之一，化学电池是根据原电池原理制成的。原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。【投影】原电池的历史以及伏打和伏打电池【思考】原电池是由哪些部分组成的？原电池中各部分的作用是什么？【实验探究】演示或播放简易氢氧燃料电池电池的实验视频。学生：观看实验【思考】实验过程中，电流表指针发生明显偏转，燃料电池中发生了反应：2H2+O2=2H2O。根据观察到的实验现象思考：1.简易氢氧燃料电池是如何将化学能转化成电能的？2.组装电池需要满足哪些基本条件？学生：思考回答（不一定全面、正确）【投影】氢氧燃料电池电池工作原理介绍【投影】1.原电池工总原理2.原电池的构造【交流研讨】生活中平常使用的5号电池或7号电池都是锌锰干电池。锌锰干电池分为酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池两种。酸性锌锰干电池的组成如图所示。请根据原电池原理和构造思考以下问题。在酸性锌锰干电池中，负极反应物和正极反应物分别是什么？正负极材料分别是什么？离子导体是什么？学生：思考交流展示结果。教师：总结点评【问题】如何把一个自发的氧化还原反应设计成原电池呢？【活动探究】请同学们结合课本“方法导引”栏目，小组合作，完成教材上的探究实验“设计一个简单的原电池”【投影】教师进行指导学生：小组合作，设计原电池，并完成学案内容【交流展示】小组交流展示自己设计的原电池方案、现象和结论。教师：点评、总结【投影】设计思路及依据实验装置实验现象Zn+2H+=Zn2++H2↑确定负极选择负极反应物:________选择负极材料:____________确定正极选择正极反应物:__________选择正极材料:___________构成闭合回路选择离子导体:____________选择电子导体:_________【思考】1.分析锌、铜、稀硫酸原电池的工作原理。2.锌片、铜片与稀硫酸，哪些可以替换为其他物质却同样能产生电流？学生：找小组根据自己实验探究的体会进行回答教师：（评价、总结归纳原电池的工作原理）当把铜片和锌片一同浸入稀硫酸时，锌原子失去电子被氧化成Zn2+进入溶液，锌片上的电子通过导线流向铜片，溶液中的H+在铜片上获得电子而被还原形成氢原子，氢原子结合成氢分子在铜片上逸出。电极反应式:负极Zn-2e-=Zn2+；正极2H++2e-=H2↑。【投影】铜—锌稀硫酸电池的工作原理动画，总结工作原理【总结】根据分析铜—锌稀硫酸电池的工作原理和构造，总结电极材料和电解质溶液的选择方法。负极材料选择——负极反应物为金属时，用负极反应物做负极材料（活动性比正极强）负极反应物不导电时，负极材料用惰性导电材料（如石墨）正极材料选择——不与正极反应物和离子导体发生反应且能导电的固体，活动性弱金属或石墨离子导体选择——一般是能电离出正极反应物离子的电解质溶液（燃料电池正极反应物为O2，电解质不做反应物）【迁移应用】根据原电池原理和设计思路，将反应Fe+CuSO4=FeSO4+Cu设计成原电池，画出装置图，并写出正负极反应式。【总结】根据原电池原理，人们设计出了各种各样的原电池，满足人们生产和生活的需要。市场上的化学电池有干电池（属于一次电池）、充电电池（又称二次电池）和燃料电池等。手电筒等使用的锌锰电池属于干电池，而汽车用的铅蓄电池以及手机用的锂离子电池等属于充电电池。燃料电池由于具有能量转换效率高、能长时间提供电能等优点而主要应用于航天和军事领域。【投影】化学电池的分类【课堂小结】教学反思本节课主要是从新能源汽车的“氢氧燃料电池”引入，通过对氢氧燃料电池的结构分析，使学生认识到原电池的构成要素，通过对氢氧燃料电池原理的分析初步认