第二章第二节化学能与电能(广州教研会资料).doc

第二章 化学反应与能量
第二节 化学能与电能
广东广雅中学 钟国华
一、教材分析
原电池原理是中学化学重要基本理论之一，从能量转换角度看，本节课程内容是对前一节课中“一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量……能量也是守恒的；化学能是能量的一种形式，可以转化为其他形式的能量，如热能和电能等”论述的丰富和完善。
从反应物之间电子转移的角度看，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，是对火力发电的原理“化学能→热能→机械能→电能”思维方式的反思和突破。
二、教学目标
1．知识与技能
（1）知道原电池是一种化学能转化为电能的装置，知道原电池的本质是氧化还原反应。
（2）掌握原电池的组成条件，会判断正负极，会判断电流、电子、溶液中离子流动的方向。会书写铜锌原电池的电极反应式。
（3）能用日常生活中的材料制作简易水果电池。
（4）能举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。初步认识传统干电池、二次电池及常见的新型电池。
2．过程与方法
（1）通过分析火力发电的原理及利弊，建立“将化学能直接转化为电能”的新思路，通过对氧化还原反应的本质的分析，提出实现新思路的各种推测和猜想等，培养创新思维能力。
（2）通过实验2-4（改进）的层层推进，培养学生在实验中观察现象、分析现象解决问题的能力，从而自己归纳、概括形成原电池”的概念，并根据已有电学知识生成跟原电池相关的概念（正负极、离子移动方向判断等）。
（3）通过科学探究，让学生根据实验2-4的已有知识设计实验，并初步学会控制实验条件的方法。
（4）通过思考与交流，让学生学会联系实验和已有知识，学会用比较归纳的方法认识事物的本质特征。
（5）利用氧化还原反应的知识分析常见化学电源，学会用基本理论指导实际应用。
3．情感态度与价值观
（1）通过科学探究和实践活动——水果电池的制作，体验科学探索的乐趣。
（2）通过化学电源的发展和新型化学电源开发利用的介绍，让学生体会化学的实用性和创造性，通过认识化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观正确的能源观。
三、教学重点
初步认识原电池概念、原理、构成及应用。认识化学能转化为电能对现代化的重要意义。
四、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。
五、课时安排：2课时
A方案：第一课时：P39至科学探究前；第二课时：科学探究至燃料电池
B方案：第一课时：P39至科学探究；第二课时：发展中的化学电源+半节习题课
六、教学主线：（根据学生实际情况选择）
情境引导：
结合图2-8燃煤发电过程中能量是如何转化的？讨论能量转化过程中的弊端。

分组实验：实验2-4
观察分析现象回答问题，归纳、概括形成“原电池”的概念及其相关概念。

问题思考：
引出化学能直接转化成电能的要求：氧化还原反应。

具体应用：
根据氧化还原反应和原电池的知识了解和分析发展中的化学电源（构造、工作原理）
科学探究：
根据实验2-4已有知识自行设计实验并尝试，记录实验现象。

思考与交流：
总结科学探究，原电池应由哪几部分构成，各起什么作用？构成一个原电池需要哪些条件？

七．教学流程：
【引导】经过上节课的学习，我们知道了化学反应的能量变化通常表现为热量的变化，同时了解了化学能与热能的相互转化。而电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能源，化学能在什么条件下能转化为电能，又是如何转化，这是我们今天要学习的主要内容。
【过渡】通过图2-7，我们可以了解到我国目前发电总量构成中，火电仍居榜首。结合图2-8燃煤发电过程中能量是如何转化的？
【学生回答】化学能热能机械能电能
【提问】上述能量转化过程有何弊端？
【小结】环境污染，转化步骤多、损失大。
【提问】要将化学能直接转化成电能，必须要选择合适类型的化学反应。电流是电子的定向移动引起的，在前面学过的哪种反应类型有电子的转移？
【学生回答】氧化还原反应。
【过渡】要想使氧化还原反应释放的能量不通过热能直接转变为电能，就要设计一种装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使其间的电子转移，在一定条件下形成电流。
【学生活动】实验2-4：将锌片和铜片用导线连接（导线中间接入一个电流表），平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象并准确记录。

现象
铜片

锌片

电流表

【提问】P41《学与问》：根据你所了解的电学知识，你知道电子是怎样流动的吗？你如何判断装置的正、负极？
【学生回答】电子有负极流向正极，电流表指针偏向的是正极。
【提问】以下问题依次展开：
①铜片表面的气泡可能是什么？
②该气体是如何产生的？
③电子从何而来，如何流动？
④这个过程实现了哪些能量之间的转化？
⑤如何用式子表示正负极表面的变化过程？
⑥在内电路中，溶液离子的流动方向如何？
实验改进：学生分组实验可以改成“小试管+锌粒+铜棒+稀硫酸”原电池，现象更明显，而且能明显观察到铜片表面产生气泡速率的变快。
【过渡】原电池的发明实现了化学能和电能的直接转化，怎么判断一个类似的装置能否组成原电池？（能否有电流产生或使用电器能够运行）
【学生活动】P41“科学探究”，学生自行从给定的用品中选择组成原电池，画出电池装置示意图。根据小组画出的示意图进行实验，讨论哪些装置可以形成原电池。（使学生学会控制实验条件的方法，探究原电池的组成条件）
实验用品：锌片、铜片、铁片、石墨电极各两套，导线、金属夹、灵敏电流表、果汁250mL（告诉学生呈酸性烧杯。
【讲解】根据学生可能的实验结果Cu-Zn、Cu-Fe、Cu-C、Cu-Cu、Zn-Fe、Zn-C、Zn-Zn、Fe-C、Fe-Fe、C-C等可能组合进行分析，得出可形成原电池的装置。
【思考与交流】通过以上实验，原电池应由哪几部分构成，各起什么作用？构成一个原电池需要哪些条件？（教师还可以根据学生提出的实际情况进行更深的探讨，不要扼杀学生的创造性思维。）
【小结】原电池应由有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极；电解质溶液作反应介质，提供离子移动；导线，使两极相连形成闭合电路。相对活泼的金属做负极。
【引导】将上面讲到的的原电池真正做成化学电源应用到实际生活中经历了漫长的时间。今天我们一起来了解一下几种有代表性的化学电源。
【展示】一粒锌锰电池
【投影】图2-11（省去电子转移方向）
【提问】①图片中几种物质的作用；②电子移动方向
【学生回答】锌做负极，石墨棒做正极，糊状NH4Cl做电解质
【思考与交流】P42“思考与交流”，分析锌锰电池长时间不用为何失效，如何改进？
【过渡】锌锰电池、碱性锌锰电池的最大弊端是什么？（一次电池，电池垃圾，引出二次电池）
【投影】图2-12（略去正负极的标注）
【提问】①图片中几种物质的作用；②电子移动方向
【学生回答】Pb做负极，PbO2做正极，H2SO4做电解质
【过渡】现代社会对耗电量高的便携式电器需求量越来越大，因此对封闭式体积小的充电电池更加青睐。
【投影】展示一系列新型充电电池，包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池
【讲解】每种电池优势（体积小、解决环境问题、绿色电池）
【过渡】燃料燃烧的本质也是氧化还原反应，但是直接燃烧转化成的热能再转化成电能时转化率不高，燃料电池的面世正是解决了这个问题。
【投影】图2-15（略去电子移动方向、正负极标注和H+移动方向）
【提问】①判断正负极；②电子移动方向；③与干电池或蓄电池的不同之处。（还可以根据学生的实际情况设问：H+移动方向等）
【小结】化学电源的发展历程和发展趋势。
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