【单元导读】第一单元-原电池【化学人教版高中(新课标)】

第四章化学反应与电能第一单元原电池一、单元概览一、单元概览本单元通过对原电池的学习，继续发展“宏观辨识与微观探析”“科学探究与创新意识”化学学科核心素养，重点发展“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”化学学科核心素养。核心素养发展重点内容要求学业要求变化观念与平衡思想认识到化学能能够转化成电能，并能利用这种能量转化实现能量的储存和再利用以及物质的转化。能在宏观、微观层面分析化学能与电能相互转化的原理。1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2.了解原电池及常见化学电源的工作原理。1.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2.能列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。3.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用，能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。4.能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如煤炭的综合利用、新型电池的开发等。证据推理与模型认知构建对化学能与电能相互转化的原理和装置的认识模型，并能基于该认识模型分析陌生的化学电池的工作原理、设计电池，实现能量转化或物质转化。科学态度与社会责任能从能源利用率、环境保护等角度综合考虑，提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议。单元整体设计构思：本单元主要讨论化学反应与电能的有关问题，从而完整、全面地落实课程标准中选择性必修1的主题1“化学反应与能量”的教学内容和要求。在单元编排方面，注重理论与实际的紧密联系，一方面通过分析和说明电化学装置（原电池）及其工作原理，揭示其中的化学能与电能的联系；另一方面通过常见的化学电源、电解、电镀、电冶金和金属腐蚀与防护等教学内容，将上述化学反应原理应用于科研、生产和生活之中。本单元整体构思如下。单元教学目标：（1）能运用原电池思维模型分析其工作原理，体会变化与守恒思想。（2）形成并应用原电池工作原理的认识模型；知道原电池的构成要素，并能从其分析解决原电池的设计问题。（3）认识常见化学电池的工作原理和不同类化学电源的特点；学会复杂电极反应方程式书写的方法。（4）体会环境中氧气在空气电池中的作用；体会设计电池过程中，原理与技术的应用；巩固分析原电池相关问题的角度和思路。3.课时安排：建议3课时二、情境与任务二、情境与任务情境：汽车等机动车往往需要配备电池，人造卫星、宇宙飞船等必须携带电池，人们在日常生活中也经常要使用电池……这些足以说明电池的重要作用。现在，为满足人们生产和生活水平不断提高的需要，性能优异的新型电池相继出现，例如，比亚迪汽车公司使用磷酸铁锂电池可以满足“充电一小时，续航500公里”等。那么，电池究竟是一种什么样的装置？它们在工作时，装置中发生了什么变化？在生产实践中，人们是如何利用电能的呢？离子交换膜在电化学工业中的应用如何？任务及任务分解：课时任务第1课时【任务一】探究电流产生的秘密——原电池的构成条件【任务二】探究如何产生稳定的电流——原电池工作原理【任务三】应用认知模型解决问题——隔膜型原电池第2课时【任务一】认识一次电池——干电池【任务二】认识二次电池——铅蓄电池【任务三】认识燃料电池【任务四】废旧电池的回收问题第3课时【任务一】盐水小汽车电池工作原理分析【任务二】认识不同的汽车动力电池【任务三】认识锂电池发展史【任务四】二次锂离子电池的工作原理问题以及废旧锂离子电池的回收问题三、三、资源与支持训练1．从能量转化的特点引出锌铜原电池装置学生已经知道，把铜片和锌片置于稀硫酸中并用导线连接起来可以获得电流。必修阶段的教学要求是“以原电池为例，认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理”，所以，在教学中教师引导学生重点关注的是电流表指针会发生偏转，而对于其中的电流不稳定、溶液温度升高等现象及其产生的原因并没有进行探讨。在本节内容的教学中，教师可利用该实验引入，并用温度计测量反应过程中溶液的温度变化。实验中注意引导学生关注负极表面的变化及电流的稳定性，以获得该体系中化学能没有完全转化为电能的实验证据。围绕此实验，可组织学生讨论以下问题。（1）该装置中发生了哪些能量转化？（2）在正极、负极上分别发生了什么反应？（3）电流是否衰减？如果是，衰减的原因可能是什么？（4）你能否设计防止电流衰减的装置？在评价学生设计的实验装置的基础上，教师可以演示教材中的实验4－1，帮助学生明确锌铜原电池中各组成部分的功能，梳理锌铜原电池的工作原理。2．精心设计学习活动，助力原电池思维模型的建构与应用在必修阶段，学生对原电池往往会存在很多模糊认识。例如，负极材料必须参与电极反应，锌与稀硫酸接触引发了电池反应才产生电流等。教学中可结合实物、图画或实验创设真实情境，组织学生开展分析解释、推理预测、设计评价等学习活动，转化认识偏差，促使学生认识到电极反应、电极材料、离子导体、电子导体是原电池构成的基本要素，逐步建立系统分析原电池的思路。（1）完善原电池思维模型可以让学生观察教材中给出的锌铜原电池装置，预测该装置能否产生电流，并说明原因。之后让学生进行实验来验证预测，同时结合教材中的第一个“思考与讨论”中的问题，梳理锌铜原电池的工作原理，如图4－1所示。图4－1锌铜原电池的工作原理示意图明确锌铜原电池的工作原理后，可引导学生结合第二个“思考与讨论”中的问题进行抽象概括，归纳出原电池装置中各组成要素的功能，将构成原电池的四要素进行有序关联，结合本章“整理与提升”的内容，建立对原电池工作过程动态的系统分析思路，如图4－2所示。由此完成原电池思维模型的建构。图4－2原电池工作原理示意图（2）应用思维模型，分析或设计原电池可以参考如下教学活动。活动一：展示教材中的氢氧燃料电池工作原理示意图，让学生分析该燃料电池的工作原理，认识质子交换膜的作用，培养他们的迁移能力。活动二：展示NOx传感器的工作原理示意图（如图4－3），分析电极反应，建立原电池装置与电极反应之间的关联，认识原电池原理在实现物质转化、检测NOx等解决实际问题中的应用。图4－3NOx传感器工作原理示意图活动三：依据反应2Fe3+＋2I－＝I2＋2Fe2+，设计原电池，实现化学能转化为电能，并概括设计原电池的一般思路，即：分析氧化反应和还原反应→与电极反应相对应→选择电极材料→选择正极区、负极区的电解质溶液。活动四：结合教材中的“研究与实践”，布置课外活动。这些活动，对于学生理解并运用原电池的思维模型具有重要的作用。3．剖析化学电源，认识电池构成的四要素，体会变化与守恒思想在日常生活中，化学电源比比皆是。如何让学生将所学习的原电池原理应用于各种化学电源呢？教学中可设计解构锌锰电池的活动：由学生解剖一款干电池，观察电池内部各物质的性状，与构成原电池的四要素进行一一对应，推测电极反应，并通过实验来验证。再展示教材中碱性锌锰电池的构造示意图，让学生分析该电池各组成部分的功能及产生电流的原因，培养学生运用原电池思维模型分析、解决实际问题的能力。在进行书写电极反应与电池反应的教学时，要注意挖掘其中蕴含的变化与守恒思想。可结合教材中的“方法导引”栏目，同时引导学生关注介质对电极产物的影响。例如，氢氧燃料电池（电解质溶液为碱性）电极反应的分析思路为：先确定电极上的反应物和产物，再依据化合价的变化确定得到或失去的电子数目，然后根据电子得失守恒书写总反应。具体来说，H2在负极上失去电子生成H＋，H＋与电解质溶液中的OH－结合生成H2O，所以负极反应为H2－2e－＋2OH－＝2H2O，而不能书写为H2－2e－＝2H＋；O2在正极上得到电子，正极反应为O2＋4e－＋2H2O＝4OH－；因为H2在负极失去电子的数目等于O2在正极得到电子的数目，所以电池总反应为2H2＋O2＝2H2O。建议在进行化学电源（如碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、甲烷燃料电池等）的教学时，采用多种教学方式培养学生的正向和逆向思维，以强化变化与守恒思想。例如，可给出化学电源，让学生书写电极反应和电池总反应，也可给出电池总反应，由学生分析其正极、负极及所发生的电极反应。4．介绍电