第二章第二节《化学能与电能》
【课标要求】能举例说明把化学能转化为电能的装置,能用生活中的材料制作简易电池,调查不同种类电池的特点、性能与用途。在选修4中还要进一步学习,所以不宜挖掘太深增大难度。
【教学基础】教学内容及对象分析:学生在高中化学必修1第二章学习了氧化还原的初步知识,能够判断电子转移的方向,结合物理知识可以理解电子流动形成电流;在化学必修1第一章初步掌握了化学实验基本操作,具备了一定的思维能力、探究能力、实验能力和创新意识,学生具有了一定的自主学习、合作学习和探究学习的能力,便于安排实验探究,让学生充分讨论,理解原电池的原理,探究得出构成原电池的条件并培养学生利用新知进行创造性应用。
【教学设想】根据“最近发展区域”理论,接受学生“最近发展区域”的问题才能够促进学生进行积极思维,使学生的求知欲得到满足,提高学生的信心。教师就需要用有效的课堂提问,去点燃学生思维的火把,引发学生心理活动、促进思维能力发展。构建知识间的联系是学生高质量落实基础知识、提高能力的重要途径。但是,知识间联系的构建要充分发挥学生的主动性和创造性,在运用基础知识解决新问题的过程中去总结、反思,在问题的讨论、解决中学习解决问题的途径和方法。在以教材为本,改变教材内容的呈现方式上,我想到,教学的知识点内容固然重要,但能否把这些内容从“直接告知”变为由学生“自行归纳讨论”呢?能否将关于原电池的构成条件的重要实验设计成学生探究性实验呢?如果能设计出情景,学生在学习过程中就可以“合作探究”,充分发挥学习的能动性。也就是说,这节课的教学设计,必须为学生提供一个教材以外的学习载体,同时又能有效地指导学生的学习过程和思考过程。为此,我让学生在课前先预习教材,了解本节课要探讨的问题和需掌握的内容。通过教材中的思考与交流、学与问、科学探究等问题,让学生运用所学知识或通过实验解决这些问题。从中教师了解到:学生对知识的理解、学生解决问题过程中所提出的疑问、学生解决问题的方案设计、问题解决实践中的反思以及同学间的互相交流与合作等情况,从而有针对性地对学生的学习过程进行指导,以促进学生的发展,就能很好地落实新课程标准。
【三维目标】
1.知识与技能
①初步认识原电池概念、反应原理、构成及应用;②通过反应物之间电子的转移的探究,理解原电池反应的本质是氧化还原反应,并能用电极反应式表示电极反应;③了解常见的化学电源、工作原理、并能用电极反应式表示电极反应。
2.过程与方法
经历对化学能与电能转化的化学实验探究的过程,进一步理解探究的意义,学习科学探究的基本方法,提高科学探究的能力,培养实事求是的科学态度和合作精神;能对自己探究原电池概念及构成条件的学习过程进行计划、反思、评价和调控,提高自主学习化学的能力。
3.情感态度与价值观
发展学习化学的兴趣,乐于探究化学能转化成电能的奥秘,体验科学探究的艰辛和喜悦,感受化学世界的奇妙与和谐。通过学习各类电池的实际应用,感受化学给人类带来的进步和文明,增强为人类的文明进步学习化学的责任感和使命感。同时激发学生投身科学追求真理的积极情感。
【重难点分析】教学重点:原电池的构成条件;教学难点:从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。
【教学方法】创设情境→激发兴趣→提出问题→诱导思维→分析归纳→解决问题
【教学手段】探究实验、讨论交流、评价总结
【教学过程】
教学进程
教师活动
学生活动
活动目标及说明
设置悬念引起兴趣
使用情景材料:如格林太太的假牙;装着精制铜矿砂的钢制船体的“阿那吉纳号”货轮遇难。
思考
让学生体会化学的神奇,激发兴趣;上课前暗含伏笔,最后进行问题的解决,从而达到凤头豹尾的效果。
设置情景发现问题
2008年年初的雪灾中,大雪阻碍了交通,造成煤供应不上,使得许多火力发电厂的供电能力大大降低。因此造成了许多南方省市的大面积停电,给国家带来了巨大的经济损失。没有了电,人民的生活也很不方便。由于原料来源丰富,建厂占地面积小,成本和技术要求都比较低,火力发电目前在我国的电力结构中居首位,占了总电量的80%以上。那么,储存在煤中的化学能是如何转变成电能的呢?
思考分析
让学生思考能量的转化,分析得出:化学能→热能→机械能→电能
解决问题引入新课
从储存在煤中的化学能到最终转变成电能,经历了多个环节,每一个环节的转化,能量都不可能是100%利用的,那么必将造成大量能源的损耗,实际上目前我国火力发电中,能源的利用率仅为30%-40%。而且,煤作为一种不可再生资源,终将会有用完的一天,因此我们不得不思考这个问题:能不能减少中间的能量转化环节而将化学能直接变为电能?
思考回答
引起学生思考什么装置可以把化学能直接转化为电能?
发现问题
请完成下列一组实验。探究1-1:将Zn、Cu分别插入稀硫酸。探究1-2:将Zn、Cu同时插入稀硫酸中,但不接触。探究1-3:用导线将锌片和铜片上端连接插入盛有稀硫酸中(主要观察铜片上的现象)。
通过实验进行探究,提出质疑
学生动手进行探究,观察到将Zn、Cu同时插入稀硫酸中,但不接触时只有锌片表面有气泡,而用导线将锌片和铜片上端连接插入稀硫酸时铜片表面竟产生了气泡,从而发现问题并提出质疑:铜片不能与硫酸反应,它表面缘何有气泡产生?
猜想假设
思考与交流:(1)你发现了什么问题?(2)请围绕该问题在小组内展开讨论,进行猜想:①铜片上产生的气体最可能是什么?是由什么粒子转化而来?②该粒子所得到的电子最可能是什么提供的?③若果真如你所想,导线中会有什么产生?(3)请设计实验验证你的猜想是否正确,画出实验装置图。
讨论交流,得出铜片上产生的气体最可能是氢气,由H+得到电子而产生,所得电子的来源有两种可能性:铜片或锌片。
让学生在小组内展开讨论,教师引导分析得出最可能是锌提供,若真如此,则电子要从锌片流动到铜片表面,即电子发生了定向移动,这样必然会产生电流。学生很自然想到可用电流计进行检测,并设计好具体实验方案。在此过程中教师巡视并参与讨论,然后各小组推荐代表发言。
实验探究
巡视并发现问题
学生在抽屉中找到灵敏电流计,根据设计好的实验方案进行实验探究。
学生找到事先放置在抽屉内的电流计后非常兴奋,立即开始实验并发现电流计真的发生了偏转,确证了猜想的正确性,充分体验了成功的喜悦。
思考交流设计方案
(1)电流计指针发生偏转了吗?从能量转变角度看,是什么能转变为什么能?(2)你能运用桌上所提供的用品,确定该装置的正极和负极分别是什么吗?
讨论交流
让学生通过实验发现电流计指针发生偏转,知道在这个过程中产生了电流,说明化学能转变为电能,从而引出原电池的概念。既然是电池就应该有正极和负极之分,如何来判断它的正负极呢?让学生设计实验方案进行判断。学生很自然想到要借助于桌面上提供的“555”干电池。
实验探究
巡视并发现问题
学生根据设计好的实验方案进行实验。
学生通过实验发现铜作正极,锌作负极。电子确实是从锌片经导线流向铜片,产生了电流,电流由铜片经导线流向锌片。从而让学生通过这个装置认识一个原电池的工作原理。
思考交流
1、为什么锌为负极,铜为正极?2、各极上分别发生了什么反应?(提示从氧化还原反应角度分析)。3.写出电池的总反应。
讨论交流
因为锌比铜活泼负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+氧化反应正极(Cu):2H++2e-=H2↑还原反应电池的总反应:Zn+2H+=Zn2++H2↑
实验探究
通过探究我们现在已经对原电池有了一定的认识,那你想知道要构成一个原电池需要满足哪些条件吗?探究2-1:以铜锌原电池为基础,通过更换电极,探究原电池对电极的要求探究2-2:以铜锌原电池为基础,通过更换溶液,探究原电池对溶液的要求探究2-3:以铜锌原电池为基础,重点探究闭合电路对原电池形成的影响
把学生分成三大组,分别完成探究实验,最后由小组代表归纳现象和结论。为提高实验效率,请各小组分工合作,一部分人操作,一部分人及时在学案上记录。
通过分组实验,进一步强化学生的协作意识,调动学生参与的积极性。既培养能力,又提高实验的效率。
思考交流
请结合原电池的工作原理、实验装置和实验结果进行讨论:(1)要构成一个原电池需满足哪些条件?(2)原电池中有电子的转移,那你认为原电池的反应本质应是什么反应类型?(3)如何判断原电池的正、负极?
讨论交流
再次让学生通过小组讨论交流,教师引导学生分析得出构成一个原电池要有两个不同的导电材料作电极、电解质溶液和闭合回路三个条件,而且总的原电池反应应该是一个能够自发进行的氧化还原反应,并得出判断原电池正、负极的实验方法和一般规律。
巩固提高
请判断下列装置能否形成原电池?
思考交流并进行实验探究
让学生运用所学知识进行判断,巩固所学内容。有部分学生难以判断,此时可让他们自己去探究,发现铜片上同样有气泡产生,得出B也可形成原电池,教师再适时略加引导,学生马上顿悟:两个不同的导电材料在电解质中直接接触同样可以形成原电池。
穿插回归
探究实验1-3的实验现象:为何锌片上还有气泡产生?
思考交流
原因锌片不纯,本身也存在原电池反应。
讨论解决问题
解析课前提出的问题:格林太太的假牙;装着精制铜矿砂的钢制船体的“阿那吉纳号”货轮遇难的原因是什么?
学生踊跃发言,争先恐后
完成原电池知识的学习后,学生已经有能力解决这些问题。能够解决科学家才能解决的问题,同学们表现空前的成功感,热情高涨。
设计方案实验探究
如果不用实验室现成的电解质溶液,改用番茄等水果情况又如何呢?请设计实验方案进行探究。这个实验现象说明了什么问题?
课后进行实验探究
巩固提高
1.关于如图所示装置(电解质溶液为稀硫酸)的叙述,正确的是
A.电子从锌片经导线流向铜片
B.铜片上产生气泡,溶液pH变小C.铜片质量逐渐增加
D.氢离子在铜片表面被氧化2.下列各组连有导线的两根电极棒,分别插入对应的溶液中,能组成原电池的是组别A
BCD电极材料Zn
,FeZn
,C(石墨)Ag
,C(石墨)Zn
,Cu溶液名称硫酸锌溶液CuSO4溶液盐酸酒精溶液3.下图各烧杯中盛有海水,能形成原电池,且铁为正极的是A.
①
B.
②
C.
③
D.
④4.1786年,伽伐尼研究青蛙实验,将刚剥了皮的新鲜青蛙放在铁板上,并使用有铜丝与铁板相连的铜刀解剖青蛙,偶然感到了轻微电击。你能给予解释吗?5.实验室制氢气时,用粗锌比纯锌产生氢气更快,原因是什么?
阅读归纳
人们应用原电池原理,制作了多种电池,如干电池、充电电池、燃料电池等,以满足不同的需要。请同学们说说你所知道的电池的用途,请同学们阅读教材42至44页,阅读后进行归纳。
板书设计
一.化学能转化为电能1.原电池的概念:2.原电池的构成条件:①两种活泼性不同的金属(或一种金属和另一种非金属导体)构成电极;②电解质溶液;③构成闭合回路;④能发生自发的氧化还原反应。3.原电池的电极判断负极:发生氧化反应,电子流出的一极;正极:发生还原反应,电子流入的一极。二.发展中的化学电源1.干电池
2.充电电池
3.燃料电池
课后作业
完成课后练习1至8题。
【教后反思】学生在“原电池的构成条件”的积极探究和讨论超过了我的预期,取得了很好的教学效果,学生体验到了探究的刺激和乐趣,学习热情高涨。在课堂上就可以大大地提高教学效率。学生分析“原电池的构成条件”时环环相扣,由浅入深,在这个过程中,通过发现问题、猜想假设、实验探究、讨论交流等活动,让学生获得知识,提高能力,自始至终都是学生自主探究学习、合作学习,教师只是加以引导和调控,在需要时适度点拨、提供帮助。在老师的耐心引导和激励下,学生是主动的,对认识事物的一般方法、思考问题的全面性、学习态度都得到协调的发展。“发展中的化学电池”留给学生自学归纳。经过实践,这样的安排是合理的,因为能紧紧抓住本课的知识核心,更好地突出学生的主体作用,真正达到教与学的有效性,体现新课标的要求。因此教学中要力图以问题为导向,以实验为基础,以探究为方法,以分析为手段,不断创设情景,帮助学生自主建构知识,让学生体验科学探究的过程,在探究中学会科学研究方法,提高学生能力。
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