第二节化学能与电能

第二节化学能与电能(第1课时)三维目标知识与技能1.获得化学能与电能转化的化学实验的基础知识和基本技能，学习实验研究的方法，能设计并完成化学能与电能转化的化学实验。2.形成原电池的概念，探究构成原电池的条件。过程与方法1.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。2.能对自己的探究原电池概念及形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。情感、态度与价值观1.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。2.赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献，关注能源问题，逐步形成正确的能源观。教学重点原电池的概念与构成的条件。教学难点用已经学过的有关知识探究化学能转化成电能的条件和装置。教具准备多媒体、烧杯、导线、电流表、铜片、锌片、石墨棒、稀硫酸。教学过程[新课导入]【多媒体动画展示：热电厂生产的过程】利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料发电称为火力发电。汽轮机发电又称蒸汽发电，它利用燃料在锅炉中燃烧产生蒸汽，用蒸汽冲动汽轮机，再由汽轮机带动发电机发电。这种发电方式在火力发电中居主要地位，占世界火力发电总装机的95％以上。中国煤炭的主要特点及燃煤发电对环境的影响中国煤炭资源丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上少数几个以煤炭为主要一次能源的国家之一。中国已探明的煤炭保有储量为1万亿吨（1Tt），占一次能源的90%以上。其中烟煤占75%，无烟煤占12%，褐煤占13%。煤炭在一次能源的生产与消费中的比例会长期保持在75%的水平上，而且这一比重在将来的30~50年内不会有大的变化。中国电力工业已有100多年的历史，近20年得到飞速的发展，到1998年底全国装机容量达到了277GW，年发电量超过了1157.6TWh,预计到2000年装机容量达到290GW。经过近20年的努力，我们解决了电力这个制约国民经济发展的瓶颈的矛盾，电力供需基本平衡，部分地区还出现了供过于求的局面。但是目前我国人均用电水平还很低，人均装机容量仅为0.2KW，用电仅约为1000KW，与发达国家相比还有很大的差距。我们相信随着国家经济结构调整的顺利实施，随着国家经济的发展，我国电力仍然会大力发展。由于煤炭在一次能源结构中的主导地位，决定了电力生产中以煤电为主的格局。在中国电力工业中，自1990年以来，火电机组装机容量保持在75%左右，水电约为24%，核电约占1%。火电机组的发电量占总发量的80%以上，其中燃煤电站占总发电量的76%，所消耗的煤炭占煤炭总产量的34%。预计发电用煤占煤炭总产量的比例会逐年上升，到2000年中国发电用煤将上升至38%，至2010年煤炭总产量的44%以上将用于发电。根据成煤条件，中国煤炭的特点是高硫、高灰分且难洗选煤的比重较大，灰分小于15%的煤约占40%，原煤的平均灰分含量为28%左右。硫分小于1%的低硫煤约占56.4%左右，约8.2%的原煤含硫量高于2%，35.4%的原煤含硫量在1~2%;且随着煤矿开采深度的增加，原煤中的含硫量会大幅度增加。从1980年到1996年，火电机组容量增加3.9倍，而烟尘排放量基本持平，1980年为399万吨，1996年为370万吨。SO2排放量随装机容量的增长呈上升的趋势。1996年中国工业部门SO2排放量为1946万吨，电力工业SO2的排放量约占35％。电站锅炉氮氧化物，主要采用低NOx燃烧方式，氮氧化物的排放总量得到一定的控制。火电厂冲灰水是燃煤电厂中排量最大、污染物超标最严重的废水，1996年原电力部所属火电厂冲灰水排放量达到82689万吨。火电厂灰渣排放量随着装机容量的增加而大幅增加，传统的处置方式是“以贮为主、贮用结合”，灰场占地的问题日益突出，造成有少量灰渣排入江河，污染水源的现象。电力部门加大了治理的力度，到1995年底原电力部所属火电厂已彻底解决了向江河排灰的问题。……[推进新课]师：请同学们指出火电站中，从开始到结束能量是怎样转化的？[合作探究]［板书］一、化学能转化成热能、热能转化成机械能、机械能转化成电能生1：生2：燃烧化学能热能热能机械能蒸汽生3：师：回答得很好。请大家继续讨论火力发电利与弊。存在的优点：生1：我们国家煤炭资源丰富，廉价方便。生2：电能清洁安全，又快捷方便，节省时间。生1：排出大量的温室效应气体生2：有废气生3：可能导致酸雨生4：废料：煤灰炭渣里面也少不了有毒金属和致癌化合物生5：废水生6：能量转化效率低师：能否将化学能直接转化为电能？研究“化学能直接转化为电能”的原理二、［板书］化学能直接转化为电能的原理与装置[学生自学]阅读课本P35第二、第三段。思考问题：（教师播放投影片）1.当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转化为电能。2.把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。3.需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从氧化剂区域流向还原剂区域。4.考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。5.从电学角度考虑仪器选择和组装问题[师生互动]：1.学生活动形式：组成课堂学习小组进行讨论，建立思维模型。2.挖掘学生已有的氧化还原反应知识来分析氧化剂和还原剂之间电子转移中的能量转化。师：氧化剂和还原剂之间电子是怎样转移的？能量又是怎样转化的？生：---3.积极引导学生思考将氧化反应和还原反应拆开的有关问题（怎样实现上述想法？氧化剂和还原剂分别选择什么物质？它们怎样给出和接受电子？）。师：能否将氧化反应区域和还原反应区域拆开？这样在氧化反应区域和还原反应区域之间可能有电子流动，从而完成化学能向电能的转化。生：选择锌与稀硫酸的反应。师：.鼓励学生画出装置图并与同学交流生：开始交流[实验探究]１机械能电能发电机师：从每组中遇到的探究情况中，筛选出不同条件下的问题继续讨论。（老师用演示实验或者把学生可能遇到的所有问题做成动画）[板书]实验设计：1.Cu-Zn原电池实验：①Cu、Zn分别插入稀硫酸中。②Cu、Zn同时插入稀硫酸中，但不接触。③将Cu、Zn用导线连接起来。④在Cu、Zn导线之间接电流表。⑤将Cu、Zn导线互换再接电流表。师：①Cu、Zn分别插入稀硫酸中实验现象如何，为什么？生：略师：②Cu、Zn同时插入稀硫酸中，但不接触。实验现象如何，为什么？生：略师：③将Cu、Zn用导线连接起来实验现象与实验①、实验②有什么不同？生：大量气泡从铜片上逸出。锌片部分溶解。师：实验④在Cu、Zn导线之间接电流表。电流表指针是否偏转？将Cu、Zn导线互换电流表指针偏转方向是否与实验④相同？生：实验④与实验⑤的电流表指针偏转方向相反。师：在上述实验中，完成化学能直接转化成电能的实验有哪几种？生：实验④和实验⑤师：在实验④和实验⑤中，用化学反应方程式表示出氧化反应、还原反应。生：[板书]Zn片发生氧化反应，Zn：Zn－2e＝Zn２－负极H+在Cu片上发生还原反应，Cu：2H++2e＝H2↑正极师：很好，总的离子反应方程式：Zn2++2H+＝Zn2+＋H2↑［板书］实验探究２：2.Zn-Zn与稀硫酸进行实验。3.Cu-石墨与稀硫酸进行实验。（在短时间内，不考虑氧气的作用）4.Zn-石墨与稀硫酸进行实验。5.Fe-Zn与稀硫酸进行实验。6.Cu-Zn与乙醇进行实验。7.Cu-Zn与一个西红柿进行实验。8.Cu-Zn与两个西红柿进行实验上述实验及现象以表格对比的形式呈现出来。①两极材料不同的各种现象。②不同溶液的各种现象。③电极在同一容器和不同容器中的现象。化学用语化：将上述各种成功转化实验中的反应，用氧化反应式、还原反应式和总化学方程式的形式表示出来同一容器不同容器实验序号电极材料溶液现象氧化反应还原反应总反应解释：2Zn-Zn稀硫酸3Cu-C4Zn-C5Fe-Zn6CuZn7［课堂小结］［板书］1.归纳、概括形成原电池概念：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。［知识拓展］2.总结归纳原电池的构成条件：①有两种活动性不同的金属（或非金属单质）作电极。②电极材料均插入电解质溶液中。③两极相连形成闭合电路。3.抽象出原电池化学反应本质：较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）通过外电路流向较不活泼的金属（正极）[布置作业]P39,T1。［板书设计］［活动与探究］从下列课题中选择你感兴趣的问题，自由组成学习小组开展研究性学习活动。1．设计各种情况下观察锌与稀硫酸反应产生氢气的速率，并探究其原因：(1)将一粒纯锌、一粒粗锌与铜丝分别放人装有稀硫酸的不同试管中，观察氢气产生的速率；(2）将铜丝取出，与纯锌粒接触后放人装有稀硫酸的试管中，观察氢气的产生速率及溶液有无颜色变化；(3)在锌与稀硫酸反应的试管中，滴人少量硫酸铜溶液，观察实验现象。2．自由女神像经过百年的风雨，也和人一样经常“生病”。原来她的外壳材料是铜，而支撑雕像的内部支架却是钢铁制成的，它们之间仅用一层浸油的毛毡隔开。年代久了，毛毡就失去了隔离作用，而大西洋潮湿的夹带着盐分的海风向自由女神不断“攻击”形成无数的微电池，加速了铁的腐蚀，自由女神的“铁骨”表面就一层一层地被锈蚀着。面对自由女神的腐蚀问题，应采取什么措施和方法？把你的建议上网发给美国纽约市长吧！随堂练习1．某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是[]A．MgB．FeC．AlD．Cu2．某原电池的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该原电池正确的组成是[]3．已知空气—锌电池的电极反应为：锌粒：Zn+2OH--2e=ZnO+H2O一、火力发电能量转化关系图化学能转化成热能、热能转化成机械能、机械能转化成电能二、化学能直接转化为电能的原理与装置电极材料电子得失电极反应原电池的电极Zn片失Zn－2e＝Zn２－负极Cu片得2H++2e＝H2↑正极总的离子反应方程式Zn2++2H+＝Zn2+＋H2↑1.归纳、概括形成原电池概念：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。2.总结归纳原电池的构成条件：①有两种活动性不同的金属（或非金属单质）作电极。②电极材料均插入电解质溶液中。③两极相连形成闭合电路。根据判断，锌片是[]A．正极，并被还原B．正极，并被氧化C．负极，并被还原D．负极，并被氧化4．银锌电池广泛用作电子仪器的电源，它的充电和放电过程可上发生反应的物质是[]A．AgB．Zn(OH)2C．Ag2OD．Zn5．某些物质发生化学反应时，化学能可以转化为电能，这类化学反应是（）A.非氧化还原反应B.氧化还原反应C.放热反应D.吸热反应6．生产、生活中化学能转化为电能常见的转化方式有（）A．化学能～热能～机械能～电能B.化学能～电能C．化学能～核能～电能D.化学能～生物能～电能7．下列现象与原电池无关的是（）A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿B.生铁比纯铁芯（几乎是纯铁）容易生锈C.铁质器件附有铜质配件，在接触处容易生锈D.银质奖章（纯银制成）久置后表面变暗8．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到了议事日程，其首要原因是（）A．利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞、锅和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极9．下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是（）A．在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多B.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强C．甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能D．将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极10．在如图所示装置中，观察到电流计指针偏转；M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是[]随堂练习参考答案1．B2．C3．D4．D5．D6．BC7．AB［点拨：A：热电厂；B：化学电池］8．D［点拨：A铜锌、B铁碳、C铁铜原电池，D主要是银和硫化氢反应。〕9．CD［点拨：金属活动性和失电子数量无关，A错误；如三价铝和铁，B错误；金属活动性可由金属和水、和酸、和