第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化（第二课时）教学设计 表格式

教学设计
课程基本信息
学科 高中化学 年级 高一 学期 春季
课题 化学反应与能量变化（第二课时）
教学目标
1．通过实验探究认识化学能可以转化为电能，加深对氧化还原反应本质的理解； 2．通过实验探究，分析总结原电池的构成条件； 3．通过电极反应、电子移动方向、电极现象、溶液中离子的移动方向等问题的分析总结，理解原电池的工作原理。
教学内容
教学重点： 了解原电池的形成条件；
2. 分析简单原电池的原理。 教学难点： 原电池的工作原理
教学过程
【导入】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。请同学们分析火力发电的过程，想想火力发电有哪些弊端？ 【学生】根据火力发电的过程，我们能发现其弊端有： ①使用的化石燃料属于不可再生能源； ②化石燃料的燃烧会产生大量的有害气体，污染环境； ③能量经过多次转化，利用率低。 【思考】那如何提高能量利用率呢？ 【引导】能不能减少中间的能量转化环节，将化学能直接转化为电能？那如何才能让化学能直接转化为电能呢？ 【教师】我们知道火力发电过程中，其中，燃烧涉及的氧化还原反应是关键。我们一起回顾一下氧化还原反应的相关知识点。氧化还原反应的本质是什么？ 【学生】氧化还原反应的本质是：电子转移。 【思考】若能设计一种装置使电子持续地定向流动起来，结果会怎样？ 【学生】结果会：形成电流。 【总结】要提高能量利用率，我们需要设计一种装置，使反应中的电子转移在一定条件下形成电流，让氧化还原反应释放的能量直接转化为电能。 【过渡】我们都知道电子转移是肉眼看不见的，那我们能否通过实验感受它的存在？ 【环节一】通过实验感受氧化还原反应的电子转移 【实验1】将锌片和铜片同时放入盛有稀硫酸的烧杯中，观察分别有什么现象？ 【学生】锌片溶解、其表面产生大量气泡；铜片上无明显变化；并且溶液颜色没有发生变化。 【教师】写出锌与稀硫酸反应的离子方程式，并思考Cu片表面无明显现象的原因。 【学生】锌片反应的离子方程式是：Zn+2H+ = Zn2++H2↑ Cu片表面无明显现象的原因是：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气。 【过渡】那如果用导线连接锌片和铜片呢？又会产生什么现象？ 【实验2】用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 【学生】锌片溶解，铜片上出现大量气泡，溶液颜色没有发生变化。 【思考】用导线连接锌片和铜片，Cu片表面为什么就产生大量气泡了呢？我们可不可以认为是Cu与稀硫酸反应生成了氢气？ 【学生】显然是不可能的，首先铜在金属活动性顺序表H的后面，不可能与酸反应生成氢气；其次，若铜片反应，则 Cu 片会溶解，同时溶液会变蓝色，与事实不符。 【总结】因此用导线连接锌片和铜片，Cu片表面产生气泡的原因是：锌片失去电子，电子通过导线流向Cu片，溶液中的H+从Cu片上得到电子被还原，以H2的形式在铜片上逸出。 【过渡】既然有电子转移，我们能否又用实验来证明电子的转移？ 【环节二】通过实验证明氧化还原反应中的电子转移 【教师】在前面的学习中，我们知道电子转移会产生电流。因此我们可以用导线在锌片和铜片之间串联个电流表，看看有什么现象？ 【实验3】用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转 【学生】电流表指针发生偏转。 【教师】电流表指针发生偏转说明：反应过程中有电流产生。像这种能将化学能转化为电能的装置叫做原电池。在原电池中，我们把电子流出的一极称为负极；电子流入的一极称为正极。 【总结】原电池的反应本质是将氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，可以使氧化还原反应中转移的电子通过导体发生定向移动，形成电流，从而实现化学能向电能的直接转化。 【过渡】通过宏观的实验现象证明了电流的产生，那么微观的反应是如何进行的呢？ 【环节三】原电池的工作原理 【展示】原电池的模拟动画：在外电路中，锌失去电子，被氧化，生成锌离子，锌离子进入溶液，电子从锌片流出，经导线，流入铜片，溶液中的H+从Cu片上得到电子被还原，以H2的形式在铜片上逸出。在内电路中，为保持两极溶液的电荷守恒，氢离子和锌离子定向移动至聚集大量电子的正极，硫酸根离子定向移动至产生大量锌离子的负极。 【教师】整个电路构成了闭合回路，通过带电粒子定向移动产生电流。根据原电池的负极电极反应式和正极反应式，同学们写出原电池的总反应。 【学生】原电池的总反应式为：Zn+2H+ = Zn2++H2↑ 【总结】原电池中各种微粒的移动方向： 电子移动方向：负极→导线→正极； 电流移动方向：正极→导线→负极； 离子移动方向：阳离子→正极，阴离子→负极。 【思考】为什么导线连接后电子会从Zn片转移到Cu片上？ 【类比】河水从高处往低处流，动能来自势能转化；同样，电子流动产生的动能来自电子势能的转化。因为电子势能锌大于铜，因此电子会从Zn片转移到Cu片上。若金属活泼性差异越大，电子势能差越大，电压越大，电子转移趋势越大。 【思考】铜锌原电池各部分的作用是什么？ Zn—负极电极，提供电子； Cu—正极电极，作用为导电； 稀硫酸—提供得电子的氢离子和定向移动至负极的硫酸根离子； 导线—连接正负极，传递电子； 电流表—用来检测电流。 【过渡】要构成一个原电池，以上装置的各个组成部分是否唯一不可替代呢？除了铜锌原电池装置外，是否可以设计别的原电池？ 【学生】(1)只改变Zn片,还可选择Mg、Al、Fe等； (2)只改变Cu片,还可选择Sn、Ag、石墨等； (3)只改变稀H2SO4,还可选择稀盐酸、CuSO4溶液等。 【环节四】总结构成原电池的条件 【总结】①具有活性不同的两个电极； ②两电极均插入电解质溶液中； ③两极用导线相连，形成闭合回路； ④有自发进行的氧化还原反应。 【思考】下面的装置是否可以构成原电池？ ①②③ ④ 【学生】第一个装置两个电极相同，无法形成电势差，不可以构成原电池；第二个装置没有构成闭合回路，不可以构成原电池；第三个装置蔗糖溶液为非电解质溶液，无法提供自由移动的离子，不可以构成原电池；第四个有点困惑。 【教师】四个装置苹果汁中有很多有机酸，相当于铜锌原电池中的稀硫酸，整个装置满足原电池的四个条件，可以构成原电池，我们把这样的电池称为水果电池，其实生活中还有很多水果可以替代苹果，比如西红柿、猕猴桃或柠檬等。学习原电池原理后，我们还可以设计一些简易电池。 【观看】简易电池的设计与制作。 【学以致用】Cu-Zn原电池能给手机充电吗？ 【信息】Cu-Zn原电池电压1.2V，手机充电器必须达到4.2V以上才能给手机充电。 【学生】Cu-Zn原电池电压是不够的，无法给手机充电。 【教师】如何增大原电池的电压？ 【学生】方案一、把几个原电池装置串联起来；方案二、通过更换电极来增大电压：电子势能差越大，电压越大，故Zn电极换成Mg电极，Cu电极换成石墨可以增大电压。 【过渡】铜锌原电池虽然可以将化学能直接转化为电能，减少中间的能量转化环节，提高了能量的利用率，但铜锌原电池要运用到生活中，仍还存在诸多不足：电压小、电流不稳定、携带不便等，因此还需要改进。 【环节五】化学电池 【教师】原电池应该是人类最原始的电源，但根据原电池原理，人们经过不断的探索，研制出很多结构与性能各异的化学电池，以满足不同的用电需要。目前我们广泛使用的电池有锌锰干电池和铅酸蓄电池。请同学们找出锌锰干电池和铅酸蓄电池的优点与缺点。 【学生】锌锰干电池使用方便但放电之后不能充电，属于一次电池；铅酸蓄电池可以实现充电与放电循环，属于二次电池，但其主要原材料铅是有毒物质，若管理不善，会造成环境污染，危害人体健康。 【教师】科学技术的进步加速了电池技术的发展，锌锰干电池、铅酸蓄池等传统电池的性能有了明显提高。各种高效、安全、环保的新型化学电池不断涌现，其中锂离子电池和燃料电池发展较快。手机、计算机、照相机等电器所用的电池大多为锂离子电池。 【总结】所有电池改进，核心就是围绕如何让电子“更多、更久、更好”地转移，从而 造福我们伟大的人类。望同学们努力学习，将来也能为科技进步做出自己的贡献！ 【课堂练习】 1.某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述错误的是 A. 和不用导线连接时，铁片上会有气泡生成
B. 和用导线连接时，铜片上发生的反应为
C. 无论和是否连接，铁片均会溶解，溶液均逐渐变成浅绿色
D. 和用导线连接时，电子由铜片通过导线流向铁片 【答案】D 【解析】 和不用导线连接时，不能形成闭合回路，未构成原电池，铁直接与稀硫酸反应，铁片上会有气泡生成，项正确；
和用导线连接时，形成原电池，铁比铜活泼，铜作正极，正极发生的反应为，项正确；
无论和是否连接，铁片均会溶解，溶液均逐渐变成浅绿色，项正确；
和用导线连接时，构成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，电子由负极通过导线流向正极，即由铁片通过导线流向铜片，项错误。 2.某实验兴趣小组以和为电极，稀硫酸为电解质溶液组成原电池，并对实验进行了拓展研究，以下实验记录错误的是 A. 铜片上有气泡产生，锌片逐渐溶解
B. 电流在导线中从电极流向电极
C. 把换成，电流计指针发生逆向偏转
D. 把稀硫酸换成硫酸铜溶液，电流计指针依然偏转 【答案】B 【解析】 负极发生氧化反应，失去电子变成，逐渐溶解，正极铜附近的得到电子生成，可以观察到气泡，故A正确；
电流从正极到负极，即从电极流向电极，故B错误；
把换成后，与作为原电池的电极，比更活泼，作负极，作正极，电流方向与原来相反，电流计指针会发生逆向偏转，故C正确；
硫酸铜溶液是电解质溶液，且能与发生氧化还原反应，满足构成原电池的条件，电流计指针依然偏转，故D正确。