《实验活动6-化学能转化为电能》教学设计
课题
《实验活动6-化学能转化为电能》
单元
6
学科
化学
年级
高一
教材
分析
本节教学内容是人教版高中化学必修第二册第六章《实验活动6-化学能转化为电能》。高中化学新课程的一种重要理念是学习生活中的化学，学习有用的化学。而能源是社会发展、人类文明进步不可或缺的重要条件。本节课把化学能与电能转化联系起来，让学生认识到能源科学的发展与化学科学的发展息息相关。学生已经掌握氧化还原反应的本质及化学反应中存在的能量的变化和转化，这是学习本单元重要的知识基础。这节课的内容就是培养学生活跃的思维，大胆的创新，让学生具备一定的自主探究的经验和能力。
在这一课时的教学中，首先利用学生日常生活中熟知的事物，创设问题情境导入新课，激发学生的探究欲往。其次，对原电池工作原理的学习、设计、需要较多想象的抽象思维概念，学生理解起来较为费力。通过先设计几个操作简单、对比性强、现象明显的实验，引导学生也能够实验探究发现问题：化学反应过程中会产生电能。再借助动画演示形象地分析原电池的工作原理，帮助学生更加快更深刻地理解原电池的工作原理。并且引导学生进行分组实验探究原电池的构成条件，有效地反馈学生的学习情况，进一步培养学生的各种能力。
本节安排了“对比实验”，“原电池实验”，“原电池原理的应用”，这三部分内容。学生通过学习这部分知识，掌握原电池的构成条件和原电池在生活中的应用。
教学目标与核心素养
宏观辨识与微观探析：通过对实验现象的观察和原因探究，培养学生严谨细致的科学态度和质疑精神，通过同组合作实验和全班共同交流培养合作精神和与人沟通交流分享的精神，在原电池的实验过程中，掌握形成原电池的构成条件。
证据推理与模型认知：通过在化学实验的对比，体会原电池的概念和原电池的形成，培养实验观察能力及分析探究能力；通过体验科学探究的过程和化学研究的基本方法，培养自主学习的能力。
科学探究与创新意识：从现象和结构出发，设计探究方案，探究构成原电池的因素，在探究中互利合作，培养团队精神。
科学精神与社会责任：激发学生透过现象探究本质的兴趣，尊重科学，认真学习科学的学习方法；通过参与探究过程，培养自身严谨的科学态度和辩证分析能力。
重点
难点
原电池的原理和应用。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
我们知道在化学反应中，化学能可以转化为电能，下面我们自己亲自动手，来制作原电池。
讲授新课
实验活动6---化学能转化为电能
一、对比实验
1.①用导线将电流表分别与芯片、铜片相连接，使锌片与铜片接触，观察电流表指针是否发生偏转？
实验现象：电流表指针不发生偏转，说明锌和铜接触不能发生反应，没有电流产生。
②.用导线将电流表分别与芯片、石墨棒相连接，使锌片与铜片接触，观察电流表指针是否发生偏转？
实验现象：电流表指针不发生偏转，说明没有电流，说明锌和石墨棒接触不能发生反应。
③实验结论：
电极材料
电流表指针是否发生偏转
解释
锌片、铜片
不偏转
两个相互连接的电极材料相互接触，并不能产生电流。
锌片、石墨棒
不偏转
实验结论：说明只有电极材料相互接触并不能产生电流。
2.①将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察现象。
实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应。Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
②将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，再插入铜片，观察现象。
实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。把铜片插入稀硫酸，没有现象产生，铜和稀硫酸不反应。
③将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，再插入石墨棒，观察现象。
实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。把石墨棒插入稀硫酸，没有现象产生，石墨棒和稀硫酸不反应。
实验结论
电极材料
实验现象
解释
锌片
锌片逐渐溶解，有气泡产生
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
锌片、铜片
锌片逐渐溶解，有气泡产生、铜片无现象
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
锌片、石墨棒
锌片逐渐溶解，有气泡产生，石墨棒无现象
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
实验结论：说明有电极材料和电解质溶液，但是不用导线连接，也不能产生电流。
二、原电池实验
1.以Zn-Cu(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象
实验现象：锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,铜四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。
锌片（负极）：氧化反应 Zn-2e-=Zn2+
铜片（正极）：还原反应 2H++2e-=H2↑
2.以Zn-石墨棒(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象
实验现象：锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,石墨棒四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。
锌片（负极）：氧化反应 Zn-2e-=Zn2+
石墨棒（正极）：还原反应 2H++2e-=H2↑
3.以Zn-石墨棒(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象
实验现象：铜片无现象，电流表指针不发生偏转,石墨棒四周无现象，说明没有产生电流，不能形成原电池。
实验结论：
电极材料
实验现象
解释
锌片、铜片
锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,铜四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。
锌片：氧化反应
Zn-2e-=Zn2+
铜片：还原反应 2H++2e-=H2↑
锌片、石墨棒
锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,石墨棒四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。
锌片：氧化反应
Zn-2e-=Zn2+
石墨棒：还原反应 2H++2e-=H2↑
铜片、石墨棒
铜片无现象，电流表指针不发生偏转,石墨棒四周无现象，说明没有产生电流，不能形成原电池。
不能发生反应
原电池形成的必须条件：
上面的三个实验表明，要构成原电池，需要满足以下条件：
①两种活泼性不同电极.
（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）
②电极必须插入电解质溶液 。
③能自发的发生氧化还原反应。
④电极用导线相连构成闭合回路。
问题讨论：
1.根据以上实验，说明原电池的工作原理和构成要素，以及组装原电池的操作注意事项。
⑴原电池的工作原理:外电路中：较活泼金属材料作负极，失去电子，发生氧化反应； 较不活泼金属材料作正极，得到电子，发生还原反应；电子从负极流向正极。
内电路中：电解质溶液内，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，使电流通过电解质溶液。电流从正极流向负极。
⑵原电池的构成要素
①两种活泼性不同电极.（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）
②电极必须插入电解质溶液 。
③能自发的发生氧化还原反应。
④电极用导线相连构成闭合回路。
⑶原电池注意事项：①两电极活泼型必须不同；②其中一个电极必须和电解质溶液可以发生氧化还原反应； ③电极用导线相连构成闭合回路；④注意电流表不能接反。
2.能否用铁片作为电极代替铜锌原电池中的锌片？为什么？
可以，因为铁片也可以和稀硫酸发生自发的氧化还原反应，并且铁片活泼性大于铜。负极反应：Fe－2e-＝ Fe2+；
正极反应：2H++ 2e-＝ H2↑
总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑
例题.下列装置哪些可以形成原电池( )答案：ABC
三、原电池原理的应用
1.设计原电池
例1、利用 Cu+2FeCl3= CuCl2+2FeCl2 的氧化还原反应设计原电池。
【解析】
负极：Cu—2e - = Cu2+氧化反应
正极：2Fe3+ +2e- =2Fe2+还原反应
变式训练1 利用反应Zn＋ CuSO4 ===ZnSO4＋Cu设计一个原电池。在图中方格内画出实验装置图，并指出正极为_________________，
电极反应式为________________；
负极为________，电极反应式为_________________。
答案：碳棒、Cu、铂；Cu2+ + 2e - =Cu；Zn；Zn－2e-＝ Zn2+。
2.用于金属的防护
使被保护的金属处于正极，发生还原反应的一极得以保护。
3.比较金属活泼性
例2. 把A、B、C、D4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。
若A、B相连时，A为负极；
C、D相连时，D上产生大量气泡；
A、C相连时，电流由C经导线流向A；
B、D相连时，电子由D经导线流向B，
则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）
① A＞B＞C＞D ② A＞C＞D＞B
③ C＞A＞B＞D ④ B＞A＞C＞D
答案为：②
变式训练2.下列事实不能说明Al的金属活泼性比Cu强的是( )
A．常温下将铝投入CuSO4溶液中
B．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到稀盐酸溶液中
C．常温下将铝和铜不用导线连接一起放入到稀盐酸溶液中
D．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到氢氧化钠溶液中
解析：选D。在氢氧化钠溶液中能反应生成气体的金属，其活泼性不一定强，如Mg和Al。
探究铝电极在原电池中的作用
编号
电极材料
电解质溶液
电子方向（外电路）
1
Mg、Al
稀盐酸
Mg→Al
2
Al、Cu
稀盐酸
Al→Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
Al→C(石墨)
4
Mg、Al
氢氧化钠溶液
Al→Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
Al→Zn
(1) 对实验3完成下列填空：
① 铝为________极，电极反应式： _____________ 。
② 石墨为________极，电极反应式： ___________ 。
(2) 实验4中铝作负极还是正极________，理由是______________________。写出铝电极的电极反应式：_____________。
(3)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：________________________________________ 。
(4)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：________________________________________。
答案：（1）负；2Al－6e－==2Al3+；正；6H＋＋6e-=3H2↑
负极；在NaOH溶液中，活泼性Al>Mg；
Al－3e－＋4OH－==AlO2- ＋2H2O。
在浓硝酸中，Al发生钝化，活泼性Zn>Al，Zn是原电池的负极。
①电极材料的活泼性②电解质溶液的不同。
4.金属腐蚀
化学腐蚀（次要）：金属跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。这类反应比较简单，仅仅是金属跟氧化剂之间的氧化还原反应。
电化学腐蚀（主要）：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀，分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀
钢铁的吸氧腐蚀：在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量H+和OH－，还溶解了氧气，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化
钢铁的两种电化学腐蚀：
正极：C 负极：Fe 电解质溶液：不纯的水
1.在中性或很弱的酸性溶液中（占主要），主要反应如下：
负极：Fe – 2e- == Fe2+ 正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
总反应：2Fe +2H2O+O2=Fe（OH）2 Fe（OH）2 在空气中最后转化为Fe2O3
在中性或很弱的酸性溶液中，钢铁的腐蚀叫吸氧腐蚀。
2、在酸性溶液中，主要反应。
负极：Fe – 2e- == Fe2+
正极：2H+ + 2e- == H2↑
总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑
在酸性溶液中，钢铁的腐蚀叫析氢腐蚀。
5.加快氧化还原反应的速率
一个金属参加的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率大大加快。
例题：将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是( )
【解析】答案为：A；a中少量锌和硫酸铜反应，形成原电池，反应速率快，产生H2量少。
课堂小结
一、构成原电池，需要满足以下条件：
①两种活泼性不同电极.
（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）
②电极必须插入电解质溶液 。
③能自发的发生氧化还原反应。
④电极用导线相连构成闭合回路。
二、原电池的应用
a.设计原电池；b、比较金属的活泼性；c、金属腐蚀
板书
对比实验
原电池实验
三、原电池原理应用
课件33张PPT。实验活动6
化学能转化为电能新课讲解课程学习目标新课讲解导入我们知道在化学反应中，化学能可以转化为电能，下面我们
自己亲自动手，来制作原电池。新课讲解实验现象：电流表指针不发生偏转，说明锌和铜接触不能发生反应，没有电流产生。一、对比实验1.①用导线将电流表分别与芯片、铜片相连接，使锌片与铜片接
触，观察电流表指针是否发生偏转。3/19/20205新课讲解实验现象：电流表指针不发生偏转，说明没有电流，说明锌和石墨棒接触不能发生反应。②.用导线将电流表分别与芯片、石墨棒相连接，使片与铜
片接触，观察电流表指针是否发生偏转。新课讲解实验结论：说明只有电极材料相互接触并不能产生电流。③实验结论：实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应。
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑新课讲解2.①将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察现象。实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应。Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
把铜片插入稀硫酸，没有现象产生，铜和稀硫酸不反应。Zn2+新课讲解②将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，再插
入铜片，观察现象。Zn2+新课讲解③将锌片插入盛有稀硫酸的烧杯里，再插
入石墨棒，观察现象。实验现象：锌片逐渐溶解，锌片周围有气泡产生，锌和稀硫酸发生了反应。Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
把石墨棒插入稀硫酸，没有现象产生，石墨棒和稀硫酸不反应。3/19/202010新课讲解实验结论：说明有电极材料和电解质溶液，但是不用导线连接，也不能产生电流。实验结论实验现象：锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,铜四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。锌片（负极）：氧化反应 Zn-2e-=Zn2+铜片（正极）：还原反应 2H++2e-=H2↑新课讲解二、原电池实验1.以Zn-Cu(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象实验现象：锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,石墨棒四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。石墨棒（正极）：还原反应 2H++2e-=H2↑新课讲解2.以Zn-石墨棒(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象锌片（负极）：氧化反应 Zn-2e-=Zn2+实验现象：铜片无现象，电流表指针不发生偏转,石墨棒四周无现象，说明没有产生电流，不能形成原电池。新课讲解3.以Zn-石墨棒(稀硫酸)设计如图原电池，观察现象锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,铜四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。不能发生反应新课讲解锌片不断溶解，电流表指针发生偏转,石墨棒四周不断产生气泡，说明产生了电流，形成了原电池。铜片无现象，电流表指针不发生偏转,石墨棒四周无现象，说明没有产生电流，不能形成原电池。锌片：氧化反应
Zn-2e-=Zn2+
铜片：还原反应 2H++2e-=H2↑锌片：氧化反应
Zn-2e-=Zn2+
石墨棒：还原反应 2H++2e-=H2↑实验结论：新课讲解上面的三个实验表明，要构成原电池，需要满足以下条件：
①两种活泼性不同电极.
（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）
②电极必须插入电解质溶液 。
③能自发的发生氧化还原反应。
④电极用导线相连构成闭合回路。原电池形成的必须条件：⑴原电池的工作原理:外电路中：较活泼金属材料作负极，失去电子，发生氧化反应； 较不活泼金属材料作正极，得到电子，发生还原反应；电子从负极流向正极。
内电路中：电解质溶液内，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，使电流通过电解质溶液。电流从正极流向负极。1.根据以上实验，说明原电池的工作原理和构成要素，以及组装原电池的操作注意事项。问题讨论新课讲解⑵原电池的构成要素
①两种活泼性不同电极.（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）
②电极必须插入电解质溶液 。
③能自发的发生氧化还原反应。
④电极用导线相连构成闭合回路。新课讲解⑶原电池注意事项：①两电极活泼型必须不同；②其中一个电极必须和电解质溶液可以发生氧化还原反应； ③电极用导线相连构成闭合回路；④注意电流表不能接反。
18还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应还原剂失去的电子从锌极流出流入铜极.经外电路Zn2+H+SO42-电流方向原电池工作原理新课讲解192.能否用铁片作为电极代替铜锌原电池中的锌片？为什么？可以，因为铁片也可以和稀硫酸发生自发的氧化还原反应，并且铁片活泼性大于铜。负极反应：Fe－2e-＝ Fe2+；
正极反应：2H++ 2e-＝ H2↑
总反应：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑新课讲解例题.下列装置哪些可以形成原电池( )Zn CuFe C(石墨) Zn CuZn ZnFe 陶瓷Fe CuSi C(石墨) 稀H2SO4 CuSO4 溶液 稀H2SO4 稀H2SO4
A B C DZn Cu稀H2SO4 CuSO4溶液 酒精 稀H2SO4
E F G HABC新课讲解三、原电池原理的应用 1.设计原电池例题1、利用 Cu+2FeCl3= CuCl2+2FeCl2 的氧化
还原反应设计原电池 。负极：Cu—2e - = Cu2+ 氧化反应正极：2Fe3+ +2e- =2Fe2+还原反应新课讲解2.用于金属的防护
使被保护的金属处于正极，发生还原反应的一极得以保护。训练1 利用反应Zn＋ CuSO4 ===ZnSO4＋Cu设计一个原电池。在图中方格内画出实验装置图，并指出正极为_________________，
电极反应式为________________；
负极为________，电极反应式为_________________。碳棒、Cu、铂Cu2+ + 2e - =CuZnZn－2e-＝ Zn2+新课讲解3、比较金属的活泼性例题2. 把A、B、C、D4块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。
若A、B相连时，A为负极；
C、D相连时，D上产生大量气泡；
A、C相连时，电流由C经导线流向A；
B、D相连时，电子由D经导线流向B，
则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）
① A＞B＞C＞D ② A＞C＞D＞B ③ C＞A＞B＞D ④ B＞A＞C＞DA＞BC＞DA＞CD＞B② 新课讲解解析：选D。铝在氢氧化钠溶液中能反应生成氢气气体的金属，其他金属不反应，其活泼性不一定强，如Mg和Al。训练2.下列事实不能说明Al的金属活泼性比Cu强的是( )
A．常温下将铝投入CuSO4溶液中
B．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到稀盐酸溶液中
C．常温下将铝和铜不用导线连接一起放入到稀盐酸溶液中
D．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到氢氧化钠溶液中新课讲解D(1) 对实验3完成下列填空：
① 铝为________极，电极反应式： _____________ 。
② 石墨为________极，电极反应式： ___________ 。
(2) 实验4中铝作负极还是正极________，理由是______________________。
写出铝电极的电极反应式：_____________________负正负极在NaOH溶液中，活泼性Al>Mg2Al－6e－==2Al3＋6H＋＋6e==3H2↑Al－3e－＋4OH－==AlO2- ＋2H2O探究铝电极在原电池中的作用新课讲解(3)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：________________________________________ 。
(4)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：________________________________________。①电极材料的活泼性②电解质溶液的不同在浓硝酸中，Al发生钝化，活泼性Zn>Al，Zn是原电池的负极新课讲解化学腐蚀（次要） 金属跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。这类反应比较简单，仅仅是金属跟氧化剂之间的氧化还原反应。电化学腐蚀（主要）不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀，分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀 新课讲解4、金属腐蚀在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量H+和OH－，还溶解了氧气，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化新课讲解钢铁的吸氧腐蚀钢铁的两种电化学腐蚀：1、在中性或很弱的酸性溶液中（占主要），主要反应如下：正极：C 负极：Fe 电解质溶液：不纯的水负极：Fe – 2e- == Fe2+ 正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
总反应：2Fe +2H2O+O2=Fe（OH）2 Fe（OH）2 在空气中最后转化为Fe2O3
在中性或很弱的酸性溶液中，钢铁的腐蚀叫吸氧腐蚀。2、在酸性溶液中，主要反应。
负极：Fe – 2e- == Fe2+ 正极：2H+ + 2e- == H2↑
总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑
在酸性溶液中，钢铁的腐蚀叫析氢腐蚀。新课讲解新课讲解例题：将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入
少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是( ) 5.加快氧化还原反应的速率
一个金属参加的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率大大加快。【解析】a中少量锌和
硫酸铜反应，形成原电
池，反应速率快，产生
H2量少。A二、原电池的应用
1.设计原电池；2.比较金属的活泼性；3.金属腐蚀课堂小结一、构成原电池，需要满足以下条件：
①两种活泼性不同电极.
（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）
②电极必须插入电解质溶液 。
③能自发的发生氧化还原反应。
④电极用导线相连构成闭合回路。谢谢21世纪教育网（www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
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