教学设计1：6.1.2-化学反应与电能

第六章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化

第2课时化学反应与电能【教材分析】作为高中必修阶段的化学课程，本章内容的编写力图在初中化学相关知识的基础上，使学生进一步加深对化学反应相关知识的了解，初步形成较为全面的认识。学生在初中学习了化学反应中的物质变化，初步认识了化学反应中的能量变化。在此基础上，本章进一步介绍化学反应中能量变化的基本知识及其应用，拓展学生原有的化学反应认识视角；另外，本章介绍化学反应速率和限度的基本知识及其应用，开启认识化学反应的新视角。能量变化侧重介绍热能和电能，并揭示化学反应中能量变化的本质；速率和限度重点介绍反应速率及其影响因素，并探讨化学反应的调控。教材中通过多角度认识化学变化和运用化学反应原理解决化学实际问题的例子，使学生在掌握化学反应的实质、能量变化的本质、反应速率和限度及其调控等学科核心知识的同时，体会科学分析与探究的方法，认识化学学科价值，感受化学的魅力。《普通化学课程标准（2017版）》对这一节的内容要求如下：认识物质具有能量，认识吸热反应与放热反应，了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，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。体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。本节内容主要包括化学反应中的热能和电能。对于化学反应中的电能，教材主要介绍原电池原理及应用—化学电池。热能和电能作为化学反应中能量变化的例子，教材的侧重不同，前者侧重揭示能量变化的本质，后者侧重化学能转变为电能的原理。本节重点知识理论性强，微观分析多，较为抽象；知识内涵丰富，信息量大。【教学目标与核心素养】【学习目标】1、通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。2、理解原电池的概念及工作原理和构成条件。3、了解干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。4、能正确书写简单化学电源的电极反应式。【核心素养】1、科学探究：认识构成原电池的条件及其原理，判断原电池的正负极。2、创新意识：利用原电池原理能设计原电池。3、宏观辨识与微观探析：会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。【教学重难点】重点：化学反应中能量变化的本质；化学能转化为电能的装置特点及原理。难点：化学能转化为电能的装置特点及原理。【课前准备】多媒体、原电池装置【教学过程】【引入】我们日常使用的电能主要来自火力发电。火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。其中，燃烧（氧化还原反应）是关键。【思考与交流】能否把化学能直接转化为电能？1、煤炭是非可再生资源，会造成能源危机；2、煤炭燃烧会产生污染性气体；3、经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低。【实验探究】【实验6-3】(1)将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。(2)用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。(3)如图6-6所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。现象：当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生；用导线将锌片和铜片相连后，铜片上有气泡产生；串联电流表后，电流表指针发生偏转，说明导线中有电流通过。【提问】怎么解释这种现象？【回答】Zn比Cu活泼，用导线连在一起时，Zn片失去的电子变成Zn2+进入溶液。锌片：Zn－2e－=Zn2+（氧化反应）电子经导线流向Cu片，溶液中的H＋由于电场作用下移向Cu片得电子被还原成H2。铜片：2H+＋2e－=H2↑（还原反应）【讲解】1.定义：将化学能直接转变成电能的装置，称为原电池2.正负极：正极：电子流进（或电流流出）的一极负极：电子流出（或电流流进）的一极3.电极反应：电极材料原电池正负极电极反应式发生的反应Zn片负极Zn－2e－=Zn2+氧化反应Cu片正极2H+＋2e－=H2↑还原反应电极总离子反应Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑【小结】4.工作原理：原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；5.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。【课堂练习】请在图上标出电子的流动方向和电流方向，并判断正负极，写出电极反应式和总反应式。【课堂活动】简易电池的设计与制作【课堂练习】1、一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该反应的的原电池正确组合是（C）ABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl【阅读与思考】常见的化学电源【讲解】三、常见的化学电源常见的锌锰干电池的构造如图6-10所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。负极(Zn)：Zn－2e－=Zn2+正极(C)：2MnO2+2NH4++2e－=Mn2O3+2NH3↑+H2O总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。负极(Pb)：Pb+－2e－=PbSO4正极(PbO2)：PbO2+4H+++2e－=PbSO4+2H2O总反应：Pb+PbO2+4H++2=2PbSO4+2H2O燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。燃料电池的供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领城有广阔的应用前景。【化学与职业】电池研发人员电池研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。电池研发人员的工作包括电池构成材料的研制、电池性能的改进和应用的拓展等。以燃料电池为例，研发中需要研究电极、电解质等电池基本构成材料的性质和材料之间的相容性；研究不同类型的电池构成材料在不同用途时对温度、湿度等环境因素的适应性；还要研究使用什么样的电池材料使电池的容量更大；等等。这些研究工作关系着电池的效率、寿命、安全性、适用性和制造成本。在许多科研机构和生产企业中，都有具备着扎实的化学基础的研究人员从事电池研发工作。【总结