資源簡(jiǎn)介

《化學(xué)能與電能》教學(xué)設(shè)計(jì)
一、教材分析
“化學(xué)能與電能”是高中化學(xué)必修課程中化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的內(nèi)容，與元素化合物的知識(shí)相比，“化學(xué)能與電能”概念的建構(gòu)過(guò)程具有豐富的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展價(jià)值，是高中一年級(jí)全體學(xué)生都要重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。該內(nèi)容可以安排2課時(shí)。第1課時(shí)的教學(xué)重點(diǎn)是：理解氧化還原反應(yīng)與原電池原理之間的關(guān)系，了解原電池的形成條件，分析簡(jiǎn)單原電池的工作原理；第2課時(shí)常見(jiàn)的化學(xué)電源及燃料電池。
新課標(biāo)的內(nèi)容要求：知道化學(xué)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與其他能量形式的轉(zhuǎn)化，以原電池為例認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度初步認(rèn)識(shí)原電池的工作原理。學(xué)業(yè)要求：能舉出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)例，能辨識(shí)簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成要素，并能分析簡(jiǎn)單原電池的工作原理。因此，該節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)是要讓學(xué)會(huì)建構(gòu)“原電池”的思維模型，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知，科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)。
二、學(xué)情分析
學(xué)生在前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)原理、電離模型、金屬活動(dòng)順序表等基礎(chǔ)知識(shí)，具有一定的元素觀、類(lèi)別觀、轉(zhuǎn)化觀等核心觀念，同時(shí)也具有一定的實(shí)驗(yàn)探究能力和證據(jù)推理能力，但概括總結(jié)及遷移應(yīng)用能力不強(qiáng)。
素養(yǎng)目標(biāo)
【教學(xué)目標(biāo)】
1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，基于證據(jù)推理加深對(duì)氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的理解。
2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，分析總結(jié)原電池的構(gòu)成條件。
3．通過(guò)電極反應(yīng)、電子移動(dòng)方向、電極現(xiàn)象、溶液中離子的移動(dòng)方向等問(wèn)題的分析總結(jié)，理解原電池的工作原理。
4. 通過(guò)設(shè)計(jì)原電池的裝置圖，加深對(duì)原電池工作原理的應(yīng)用。
【評(píng)價(jià)目標(biāo)】
1．根據(jù)學(xué)生的回答和交流點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)理解及對(duì)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能的認(rèn)知水平。
2．通過(guò)對(duì)原電池模型的建構(gòu)過(guò)程，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)原電池工作原理的本質(zhì)性理解和模型認(rèn)知核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。
3．通過(guò)學(xué)生對(duì)原電池工作原理的分析總結(jié)，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)原電池工作原理的結(jié)構(gòu)化理解。
4. 通過(guò)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)原電池的裝置圖的分析點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)原電池的文化性理解。
四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
1．教學(xué)重點(diǎn)：理解氧化還原反應(yīng)與原電池原理之間的聯(lián)系，了解原電池的形成條件，分析簡(jiǎn)單原電池的原理。
2．教學(xué)難點(diǎn)：原電池的工作原理。
五、教學(xué)方法
情境引入法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、實(shí)驗(yàn)探究法、歸納總結(jié)法、查閱資料法。
六、教學(xué)設(shè)計(jì)思路
①由常見(jiàn)幾種生活中的電池引出電能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生自主探索（電能從何而來(lái)？日常生活中是怎樣發(fā)電的？有無(wú)能量損耗？）。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。
②分析電流產(chǎn)生的本質(zhì)是電子的定向移動(dòng)引起的，結(jié)合氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，能否利用氧化還原反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能呢？通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，總結(jié)原電池的構(gòu)成條件，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的核心素養(yǎng)。
③通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)證據(jù)事實(shí)（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）的分析與歸納，及回答問(wèn)題，并用“宏-微-符”三重表征原電池的工作原理，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)“原電池工作工作原理”，有感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)。讓學(xué)生依據(jù)事實(shí)，分析研究對(duì)象的構(gòu)成要素和各要素的關(guān)系，建立模型。培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力及證據(jù)推理與模型認(rèn)知、宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)。
④通過(guò)學(xué)生設(shè)計(jì)原電池，加深對(duì)原電池原理的應(yīng)用，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。
教學(xué)流程
八、教學(xué)過(guò)程
環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng)
環(huán)節(jié)一： 情境引入，思考化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的可能性 【展示】生活中常見(jiàn)的各種常用電池，比如手機(jī)、筆記本、電筒、鉛蓄電池等。 【情境】同學(xué)們，你們能想象一下沒(méi)有電之后的生活嗎？ 【展示】火力發(fā)電廠(chǎng)的工作原理示意圖。 【問(wèn)題1】根據(jù)圖示，分析火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化形式是怎樣的過(guò)程？ 【講述】火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了多個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程的能量都不能100%完全轉(zhuǎn)化，有大量的能量損耗。因此，請(qǐng)思考以下兩個(gè)問(wèn)題： 【問(wèn)題 2】由于火力發(fā)電的每個(gè)環(huán)節(jié)都有大量的能量損耗，能否減少中間的環(huán)節(jié)，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能？ 【問(wèn)題 3】由于煤作為不可再生資源，終有一天會(huì)用完。能不能找某一類(lèi)物質(zhì)代替煤發(fā)電？如果可以，通過(guò)什么類(lèi)型的反應(yīng)能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？ 火力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等 火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程：化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能。 思考化學(xué)能能否直接轉(zhuǎn)化為電能。
環(huán)節(jié)二： 原電池構(gòu)成條件的探究 【演示實(shí)驗(yàn)】（實(shí)驗(yàn)儀器及藥品：金屬鋅片、銅片、導(dǎo)線(xiàn)、稀硫酸、電流表、燒杯等） （實(shí)驗(yàn)1）將銅片和鋅片插入裝有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象并解釋原因。 （實(shí)驗(yàn)2）用導(dǎo)線(xiàn)連接鋅片和銅片，觀察、比較導(dǎo)線(xiàn)連接前后的現(xiàn)象。 （實(shí)驗(yàn)3）用導(dǎo)線(xiàn)在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察電流表的指針 是否偏轉(zhuǎn)。 （實(shí)驗(yàn)4）將銅片和鋅片分別插入裝有稀硫酸的兩個(gè)燒杯中，用導(dǎo)線(xiàn)在鋅 片和銅片之間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。 【問(wèn)題4】根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)，你能畫(huà)一個(gè)該原電池工作原理的示意圖嗎？ 【板書(shū)】原電池： 定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 【問(wèn)題5】請(qǐng)大家根據(jù)幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，分析原電池的形成需要哪些條件？ 【板書(shū)】 2、原電池形成的條件： ① 要有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。 ② 要有兩個(gè)不同的電極。 ③ 要形成閉合回路。 【及時(shí)反饋1】下列各個(gè)裝置中能組成原電池的是(　　) 觀察實(shí)驗(yàn)、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析原因。思考、交流。結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)實(shí)物裝置圖，畫(huà)出簡(jiǎn)單的示意圖。
環(huán)節(jié)三： 原電池工作原理分析 【問(wèn)題5】以鋅片、銅片和稀硫酸構(gòu)成的原電池實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，那么，該原電池是如何實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的呢？ 【問(wèn)題6】分析了鋅片、銅片和稀硫酸構(gòu)成的原電池的工作原理之后，請(qǐng)思考以下幾個(gè)問(wèn)題： ① 負(fù)極金屬一般是較活潑還是較不活潑的？ ② 電子轉(zhuǎn)移的方向是怎樣的？ ③ 正負(fù)極材料的現(xiàn)象分別是怎樣的？ ④ 溶液中的陰陽(yáng)離子是移動(dòng)方向是怎樣的？ 【板書(shū)】原電池 3、工作原理 總反應(yīng)離子方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 負(fù)極Zn：Zn -2e- = Zn2+ （氧化反應(yīng)） 正極Cu：2H+ +2e- = H2↑（還原反應(yīng)） 根據(jù)所觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析、交流、總結(jié)、回答問(wèn)題。 建立原電池工作原理的模型
環(huán)節(jié)四： 回扣主題，拓展應(yīng)用 【問(wèn)題5】理論上任何一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池，請(qǐng)問(wèn)該反應(yīng) Zn + CuSO4= ZnSO4 +Cu 設(shè)計(jì)成原電池，裝置圖該如何畫(huà)，請(qǐng)標(biāo)出正負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液？ 【小結(jié)】 【講述】原電池裝置給我們的生活帶來(lái)了很多的便利，大家課后可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好，選擇一種化學(xué)電源（比如手機(jī)的鋰離子電池或者車(chē)用的鉛酸蓄電池或水果電池等），上網(wǎng)查閱資料，了解其工作原理。 歸納總結(jié)，建立分析原電池工作原理的模型。 課后查閱資料，了解一種或多種化學(xué)電源的工作原理。
板書(shū)設(shè)計(jì)
化學(xué)能與電能
原電池
定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
構(gòu)成條件：
①要有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)
②要形成閉合回路
③要有兩個(gè)電極
④要有電解質(zhì)溶液
工作原理：
總反應(yīng)離子方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑
負(fù)極Zn：Zn -2e- = Zn2+ （氧化反應(yīng)）
正極Cu：2H+ +2e- = H2↑（還原反應(yīng)）
原電池工作原理模型
十、課堂測(cè)評(píng)
1．下列燒杯中盛放的都是稀硫酸，在銅電極上能產(chǎn)生氣泡的是(　　)
A B C D
2．如圖所示的銅鋅原電池，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．電子由銅電極經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)達(dá)到鋅片上
B．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鋅片的質(zhì)量越來(lái)越小
C．銅片的質(zhì)量減小，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
D．該裝置實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
3．在右圖所示的裝置中，a的活動(dòng)性比氫要強(qiáng)，b為碳棒，關(guān)于此裝置的各種敘述不正確的是(　　)
A．碳棒上有氣體放出，溶液的酸性減弱
B．a(chǎn)是正極，b是負(fù)極
C．導(dǎo)線(xiàn)中有電子流動(dòng)，電子從a極流到b極
D．a(chǎn)極上發(fā)生了氧化反應(yīng)
4．工業(yè)上利用FeCl3溶液作為腐蝕液刻蝕電路板，可將電路板上的銅溶解，利用該方案的實(shí)驗(yàn)原理可設(shè)計(jì)為原電池（裝置如圖所示）。寫(xiě)出該氧化還原反應(yīng)的離子方程式：________________________。該裝置中的負(fù)極材料是__________(填化學(xué)式)，正極反應(yīng)式是________________________。
【參考答案】
1．【答案】D
【解析】
A Cu和Ag均無(wú)法與溶液發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤；
B Cu和C均無(wú)法與溶液發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤；
C裝置沒(méi)有形成閉合回路，錯(cuò)誤；
D滿(mǎn)足構(gòu)成原電池的條件，有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，兩極，電解質(zhì)溶液和閉合回路，正確。
2．【答案】B
【解析】Zn做負(fù)極
A 電子由負(fù)極經(jīng)過(guò)外電路流到正極，錯(cuò)誤；
B 鋅片失去電子，不斷溶解，質(zhì)量減小，正確；
C銅片在正極，質(zhì)量不變，錯(cuò)誤；
D該裝置為原電池裝置，是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，錯(cuò)誤。
3．【答案】B
【解析】a為負(fù)極，b為正極
A b為正極，氫離子得電子變?yōu)闅錃馕龀觯芤核嵝詼p弱，正確；
B a為負(fù)極，錯(cuò)誤；
C導(dǎo)線(xiàn)中電子從負(fù)極流到正極，從a到b，正確；
D a為負(fù)極，失去電子化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，正確。
4．【答案】Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+ Cu 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
【解析】該原電池設(shè)計(jì)利用的自發(fā)氧化還原反應(yīng)為Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+ ，從反應(yīng)可以得出失去電子的為金屬銅，因此應(yīng)將Cu設(shè)置為電池的負(fù)極，正極材料選擇比Cu不活潑的金屬或者非金屬，例如碳棒，構(gòu)成原電池裝置后，電子從Cu片經(jīng)過(guò)外電路流到C棒上，溶液中的鐵離子到正極C棒上得到電子，化合價(jià)下降，得到產(chǎn)物亞鐵離子
（編寫(xiě)：肖瑞 修訂：陳漢 申定： ）
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