第3节化学能转化为电能电池教学设计

第3节化学能转化为电能——电池教学设计山东临朐第二中学张海风王晓刚一、教材分析本节内容是鲁科版选修《化学反应原理》第一章第3节，是电化学中的重要知识。本节在学生已经建立起电极反应的概念并能够正确地判断阴极和阳极的基础上，精心设计、构建了一个内容体系，从能量转化角度，以一个学生熟悉的自发氧化还原反应为研究对象，通过“活动探究”采用逐步深入的研究手段，进一步挖掘原电池原理和组成条件，来介绍原电池的工作原理，以及阴极和阳极、正极和负极、电池反应的概念。接着介绍根据此原电池原理制成的各种在现代工农业生产、科学实验、日常生活中被广泛应用的原电池。通过紧密联系生活实际，以激发学生学习化学兴趣，更重要的是启发学生运用已学化学知识解决实际问题，从而培养学生的创新精神。第一课时的主要内容有：原电池的工作原理、原电池的构成条件。原电池的工作原理和电极反应及电池反应是本节课的重点，原电池的工作原理是本节课的难点。本节教材设置了大量的探究教学素材，富有深刻的探究教学思想内涵。首先，通过“联想·质疑”栏目来引入新课；再通过“活动探究”来验证学生通过思考后得出结论。当学生发现化学反应有电流产生就会情不自禁地提出一系列问题，产生强烈的探索欲望，并提出各种各样的假设；教师通过一系列演示实验为学生提供“实证性”材料，学生根据实验现象，经过严密的逻辑推理，让学生自己归纳“组成原电池的条件”。二、教学目标1.知识与技能：通过对铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理，根据电流的方向判断原电池正极和负极的方法，以及电极反应的概念；掌握构成原电池的条件，会进行简单的原电池设计。2.过程与方法：培养学生观察能力、实验能力、实验设计能力、语言表达能力；培养学生正向思维、逆向思维、发散思维能力。3.情感态度与价值观：培养学生的探究精神和依据实验事实得出结论的科学态度，培养学生的团队协作精神；使学生进一步从能量的角度理解化学科学对人类生活的重要贡献。三、教学方法实验探究法。通过实验、分析、讨论、总结、应用等过程，诱导学生进行观察、思考、推理和探究。四、设计思路创设实验情景，学生通过思联想质疑，沿着化学反应中能量变化的思路，设计、动手实验探讨原电池原理。然后开展第二个探究性实验：通过提供材料，让学生设计实验方案，分组讨论、得出最佳方案，实验探讨构成原电池的条件。最后开展第三个探究性实验：利用所学知识，根据现有材料，制作水果电池，让学生体验学习化学的乐趣。具体流程如下：教师：学生：五、教学过程一、基本内容【多媒体】展示图片“中国登月飞船登陆月球模拟图”。【联想·质疑】通过电解可将电能转化为化学能，而通过原电池可将化学能转化为电能。那么，原电池是怎样将化学能转化为电能的？原电池的工作原理与电解的原理有什么异同呢？【倾听】做好学习准备。【设计意图】从学生已经具备的知识出发，引入原电池的工作原理学习内容，并以提问的方式提醒学生注意对比电解原理与原电池的工作原理，有利于学生抓住本质。【明确】将化学能转化为电能的电池也称为化学电源。【多媒体】展示生活中用到的化学电源。【活动·探究】（幻灯片提示实验内容）锌与CuSO4溶液反应中的能量变化与能量转换探究任务：1.将锌粉加入CuSO4溶液中，测量溶液温度的变化，分析能量变化情况。2.如果锌与CuSO4溶液的反应是放热反应，请设计实验将该反应所释放的能量转化为电能并材料引题设置悬念指导实验归纳要点知识呈现引导总结布置新问题自主思维设计方案自己动手开展实验小组讨论得出结论解决问题发散思维应用评价创新方案观察→探索→验证→归纳激发思维激化思维深化思维聚合思维实施你所设计的实验。试剂和仪器CuSO4溶液，锌粉，锌片，铜片，温度计、检流计（G），导线，大烧杯。【实验发现问题】按幻灯片提示的实验步骤进行实验，观察实验现象。【安排学生实验】实验装置实验现象能量变化实验1锌粒逐渐溶解，表面产生了一层红色的固体物质；CuSO4溶液颜色变浅，温度升高化学能转化为热能实验2①电流表指针发生偏转；②锌片溶解，其表面出现一层红色的固体物质；CuSO4溶液颜色变浅；铜片表面也出现一层红色的固体物质化学能转化为电能负极（Zn）：Zn→Zn2++2e-氧化反应正极（Cu）：Cu2++2e-→Cu还原反应电池反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu【小组讨论】1.在锌片和铜片表面分别发生了哪些变化？2.电子从哪里来，到哪里去？3.电池的正极和负极分别是什么？判断依据是什么？CuSO4溶液4.溶液中有哪些看不见的动作？【小组汇报】由于Zn失去的电子经导线转移到Cu片上，故导线上有电流通过，因此电流计指针发生偏转。电子由锌片流向铜片，根据物理学知识，电子移动方向与电流方向相反，电流由铜片流向锌片，铜片为正极，锌片为负极。Zn失去电子成Zn2+进入溶液，溶液中的阴离子移向负极Zn，阳离子移向正极Cu。电极反应式可表示为：负极（Zn）：Zn→Zn2++2e-（氧化反应）正极（Cu）：Cu2+＋2e-→Cu（还原反应）总反应为：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu【结论】该装置实现了将反应释放的能量向电能的转化。【明确】电化学上将这种能把化学能转化为电能的装置称为原电池。【师生共同分析】铜锌原电池的工作原理。【多媒体】演示铜锌原电池的工作原理。【小组讨论汇报】铜锌原电池中电子流向。【思考】1.如果用比锌活泼的镁代替铜片，用硫酸锌溶液代替硫酸铜溶液，与锌组成原电池，锌片上将发生怎样的反应？2.原电池中电极反应的反应物一定来源于电极材料或电解质溶液吗？【设计意图】扩展学生的思路，使学生进一步认识原电池的工作原理和构成条件。二、加深【观察·思考】另一种形式的铜锌原电池。【多媒体】展示。【资料查询】上网查询以下内容：1.什么是盐桥？2.盐桥的作用是什么？盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。可使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出减少了Cu2+而带上了负电。盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。导线的作用是传递电子，沟通外电路，而盐桥的作用则是沟通内电路。【问题】1.在盐桥插入之前，检流计指针是否发生偏转？2.在盐桥插入之后，是否有电流产生？3.与铜锌原电池相比该原电池具有什么特点？4.通过本活动，你对原电池有了哪些新的认识？【小组讨论分析得出】原电池的形成条件：1.活泼性不同的两电极2.电解质溶液3.形成闭合回路（导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液中）4.自发进行的氧化还原反应(本质条件)【归纳】其中负极上发生的是氧化反应，正极上发生的是还原反应，即负氧正还。注意：电极方程式要①注明正负极和电极材料；②满足所有守衡。总反应是：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu【讲解】原来一个自发的氧化还原反应通过一定的装置让氧化剂和还原剂不规则的电子转移变成电子的定向移动就形成了原电池。三、迁移应用【思考】如何根据氧化还原反应原理来设计原电池呢？请将氧化还原反应Fe+Cu2+=Cu+Fe2+设计成原电池。【网络运用】设置铁铜原电池页面超链接等资料、图片。【设计意图】使学生进一步理解原电池的构成条件。四、课堂练习【多媒体】展示题目。五、课堂小结【课后作业】1.完成探究：有下列材料：电极（Zn片、Cu片、石墨棒、Fe钉等任选）、导线、水果（西红柿2个）、检流计，请设计一个能使电流计指针发生偏转的装置。方式：最好先独立设计，并动手试验，边做边改进，也可与小组同学相互讨论和观摩，或请老师指导。我设计的原电池实验现象电流表是否偏转能否构成原电池结论2.解决问题：了解一个真正的电池，看看哪些地方运用到今天大家的研究成果。3.搜集关于废旧电池中存在的物质，废旧电池随便丢弃会对环境造成哪些不良影响？