資源簡介

第四章 化學反應與電能 第一節 原電池
人教版選擇性必修1
一、課標呈現
內容要求：認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用，了解常見化學電源的工作
原理。
學業要求：能列舉常見的化學電源，并能利用相關信息分析化學電源的工作原理。
二、教材分析
在必修課程中學生已經了解，將鋅片、銅片置于稀硫酸中并以導線連接起來可以組成原 電池，這為本節教學奠定了基礎。但是，對于大多數學生來說，雙液電池在裝置和工作原理 方面都比單液更加復雜，這會導致一些學生產生困惑。為此，本節基于真實情境引發問題， 設計實驗進行探究解決問題，引導學生逐步認識和理解原電池的工作原理，助力原電池思維 模型的建構與應用。通過對常見化學電源的結構及工作原理的剖析，能夠從物質變化與能量 變化的視角認識化學電源，通過尋找理想電池、比較不同的化學電源優劣，學會分析與評價， 深化對化學電源構成的四要素的認識，并能用化學語言表征電池與電極所發生的反應，逐步
培養學生運用原電池思維模型分析、解決問題的能力。
三、學情分析
通過必修教學內容的學習，學生已經具備一定的電化學基礎知識、實驗觀察與探究和分 析問題與解決問題的能力但，為學習化學電源做了思想上和能力上的準備。利用原電池的思 維模型來分析與解構具體的化學電源，但學生思維的轉換與知識遷移能力和發散思維能力等 方面有待培養和提高。因此本節課需要重點引導學生從物質與能量轉化的視角，觀察、分析 化學電源內部各物質的性狀，與構成原電池的四要素進行一一對應，分析化學電源電源與電 極所發生的反應，用化學符號進行表征。本節課的教學要充分利用學生的好奇心和求知欲， 設計層層實驗和問題情境，使學生在自主實驗、積極思考和相互討論中自己發現問題、分析
問題和解決問題，發展學生對原電池的思維模型的認識。
四、教學目標：
1.通過對生活中常見化學電源收集、觀察與分類，能理解化學在改善人們生活、推動社
(
情境線
) (
知識線
) (
素養線
) (
活動線
) (
活動
1
展
示
設
計
的電池；比
較優劣
) (
素養
1
科
學
探
究
創新意識
) (
知識
1
原
電
池
原
理，優劣判
斷
) (
情境一
電池的設計
與收集
) (
活動
2
討
論
分
析
改進思路
, 微觀解析
鋅錳電池
) (
知識
2
鋅
錳
電
池
的
工
作
原
理
和
符
號
表征
) (
素養
2
宏
觀
辨
識
微觀探析，
科
學
探
究
創新意識
) (
情境二
電池的發展
史
) (
活動
3
觀看視頻，交
流探析鋰電
池的發展
) (
素養
3
證
據
推
理
模型認知，
科
學
精
神
社會責任
) (
知識
3
鋰
離
子
電
池
工
作
原
理
和
符
號
表征
) (
情境三
諾
貝
爾
化
學獎
)
會進步中發揮的巨大作用，探尋理想電源對促進社會發展，服務人類生活的重大貢獻和社會
價值。
2.通過對干電池制備與結構的解析，能夠從物質變化與能量變化的視角，分析化學電源 內部各物質的性狀，與構成原電池的四要素進行一一對應關系；認識到一次電池存在的問題
與不足，學會分析化學電源及電極所發生的反應，能用化學符號進行表征。
3.通過了解化學電源的發展史，理解探尋理想電池的本質；能從物質變化與能量變化的
視角分析新型電池的研發和利用，培養責任意識和創新精神。
五、教學重難點
重點：利用原電池的思維模型，認識不同化學電源的工作原理、電池反應與電極反應的
分析與表征。
難點：化學電源的工作原理、 電池反應與電極反應的分析與表征。
六、教學方法
合作探究、實驗法、比較法、歸納法
七、教學流程
問題線
問題一 設 計 電 池 應 考 慮 哪 些因素？
問題二 科學家是 如何改進 電池的？
問題三 為 何 將 諾 貝 爾 獎 頒 發 給 三 位 科學家？
八、教學過程
環節一：創設情境，構建尋找理想電池的思維模型
課前任務：布置學生設計簡易電池
課堂教學：
【情境】電池與我們的生活息息相關，如手機、電腦、新能源汽車等，請同學們按照課前的
布置，展示一下自己所設計的電池和收集到的電池。
【任務一】匯報展示設計的簡易電池
活動 1：學生展示課前設計的簡易電池并評價
問題 1：你認為設計化學電源時，應綜合考慮哪些因素？
（討論交流，師生共同分析）判斷電源優劣的主要標準
①比能量②比功率 ③電池可儲存時間的長短。
設計電池時，需要從原理角度如電極材料、比能量、輕便安全環保等方面和裝置角度如增大
反應物的濃度、接觸面積，增加鹽橋等去綜合考慮。
評價 1：引導學生基于已有知識和生活經驗完成學習任務，初步診斷學生對于化學電源認識
的水平。
設計意圖：讓學生動手設計電池和尋找生活中的電池，培養學生的動手能力，感受化學與生
活的密切聯系
環節二：應用模型，探析電池的發展、解構干電池
【情境】：化學電源的發展史
問題 2：科學家如何改進電池使之性能更好？
活動 2：學生對比分析，交流討論，陳述觀點
評價 2：評價學生靈活運用模型解決實際問題的能力和對電池裝置改進的實驗探究水平。
【任務二】：解析鋅錳電池
問題 3：你知道普通鋅錳電池的內部結構嗎？
活動 3：解構干電池分析電池的四要素
師：引導學生從化學電源的工作原理和裝置兩個維度認識干電池
原理： 電池總反應: Zn+2MnO2 + 2NH4Cl =Zn(NH3)2Cl2 + 2MnOOH
裝置： 電極：正極:碳棒; 負極:Zn;
電極反應物：MnO2 Zn;
離子導體: NH4Cl 糊，
電子導體：外接金屬導體
評價 3：根據學生分組實驗手工制作和對實驗裝置的分析，診斷并發展學生化學實驗探究水 平。
問題 4：普通的干電池使用一段時間就失去供電能力，如何改進裝置提高性能？
活動 4：師生共同分析堿性鋅錳電池的結構特點，根據原電池的思維模型討論堿性鋅錳電池
工作原理，構建電極反應式書寫的思維模型。
[師生共同分析]：
原理：總反應 :Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn (OH)2
負極反應 :Zn+2OH--2e-=Zn (OH)2 ;正極反應 :2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH- ;
裝置： 電極：正極:碳棒; 負極:Zn;
電極反應物：MnO2 Zn;
離子導體: KOH，
電子導體：外接金屬導體
評價 4：根據學生的回答問題情況評價學生分析整合信息的能力，促進和發展學生的模型認
知。
設計意圖：引導學生思考合作，應用已構建的思維模型解釋和解決問題并培養學生團隊合作
意識
（過渡）上世紀五、六十年代，當時石油危機迫使人們去尋找新替代能源，同時軍事、航空、
醫藥等領域也對電源提出新要求。
環節三：優化模型，尋找“鋰 ”想電池
問題 5：電池的比能量與負極材料（負極反應物）密切相關，哪種生活中常見的金屬做負極
材料可設計出比能量更高的電池？
活動 5:分組實驗 鎂-碳-鹽水，用小風車或玩具小車監測是
否產生電流并測電流強度,與鋅錳電池做對比
追問：哪種金屬設計電池比能量最小？將它設計成電池應注意什么？
【任務三】：探秘鋰電池
[師生合作]：鋰還原性強，易與水、氧氣反應，應用非水體系的電解質，并加強密封保存。 以 Li—MnO2 電池為例，用原電池的思維模型討論 Li—MnO2 電池的工作原理， 以及設計裝
置要求。
Li—MnO2 電池工作原理：
電池的總反應：Li＋MnO2 ＝LiMnO2
電極材料：正極:MnO2 ; 負極:Li;
電極反應物：MnO2 Li;
正極:MnO2 + e- =MnO2- 負極：Li - 2e- = Li+
離子導體: 含 LiClO4 的有機溶液
電子導體：外接金屬導體
電池特點：質輕、高能(比能量高) 、高工作效率、高穩定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，
廣泛應用于軍事和航空領域。
評價 5：通過對實驗設計方案的交流和點評，發展學生實驗探究設計水平，診斷并發展學生 解決實際問題的能力水平及其對化學價值的認識水平，提高學生的設計實驗能力和創新能力 （過渡）剛才我們了解的各種化學電源大小各異， 性能不同，但都具有一個共同的特點— 只能用一次， 用完丟棄，不僅浪費資源，還會給環境帶來污染。為了解決這個問題，可反
復使用的二次電池便誕生了。
【情境】:2019 諾貝爾化學獎頒發給研究鋰電池的三位科學家
問題 6：科學家是如何發明出比能量高，且綠色環保的鋰離子電池呢？
活動 6：觀看 2019 諾貝爾化學獎相關視頻：了解鋰二次電池的發展史
交流討論，三位科學家不斷改進正負極材料提高了鋰電池的電壓和安全性。
完善鋰離子電池的原理裝置二維圖并書寫其電極反應式。
展示 :鋰離子電池--新一代可充電的綠色電池
電池總反應：LixCy + Li1-xCoO2 =LiCoO2 + Cy
(
反
應
物
產
物
)
-
原理維度
2e
(
Li
x
C
y
) (
化
電
)氧 失 (
應
)反 子 (
xLi
)+ 六氟磷 酸鋰的 碳酸酯 (
Li
1-
x
CoO
2
) (
LiCoO
2
)還 原 反 應 得電子
負極
材料
電子
導體
離子
導體
正極
材料
裝置維度
電極材料：正極材料:LiCoO2; 負極材料:嵌鋰石墨;
電極反應物：LiCoO2 LixCy;
電極反應: 負極：LixCy - xe- = xLi+ + Cy
正極：Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- = LiCoO2
離子導體: 六氟磷酸鋰的碳酸酯
電子導體：外接金屬導體
評價 6：通過對比學習，診斷并發展學生分析問題、解決實際問題的能力水平及其對化學價
值的認識水平，提高學生的設計實驗能力和創新能力
設計意圖：讓學生感悟社會的需求推動了化學電源的發展一切事物總是在實際應用 過程中
才發現問題的，但面對問題不能回避，而應積極考慮解決問題的對策。
環節四：拓展應用 總結提升
問題 7：如何正確給手機充放電？
活動 7：思考討論，應用原理解決實際問題
師:依據鋰離子電池工作原理，鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。故鋰離
子電池保持性能最佳的充放電方式為淺充淺放。
評價 7：實現知識遷移，評價學生應用知識解決實際問題的能力，培養其嚴謹求實的科學態
度，具有探索未知、崇尚真理的意識。
課堂小結:
本節課我們沿著科學家的腳步了解了電池的發展史并找到了比較理想的充電電池--鋰離子 電池,鋰電池的性能還有沒有提升的空間了 請同學們談談收獲，課下查閱資料了解鋰電池發
展的新方向并繼續尋找清潔綠色的化學電源.
設計意圖：培養學生用化學知識解決實際問題的能力，感受化學的社會價值，同時引導學生
持續關注電池的發展并努力學習知識為社會發展貢獻力量，培養科學精神和社會責任。
板書設計
化學
電源
一次電池 二次電池 普通鋅錳電池 堿性鋅錳電池 鋰電池 鉛酸蓄電池 鋰離子電池
燃料電池（下節課學習）
【課后作業】
1.用原電池的思維模型分析鉛酸蓄電池的工作原理。
2.化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說法不正確的是
A ． 甲：Zn2＋ 向 Cu 電極方向移動，Cu 電極附近溶液中 H＋濃度增加
B ．乙：正極的電極反應式為 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH-
C ．丙：鋅筒作負極，發生氧化反應，鋅筒會變薄
D ．丁：使用一段時間后，電解質溶液的酸性減弱，導電能力下降。
九 、教學反思
1.設計思路反思
本節課從生活中的常見的各種電池情境引入新課，圍繞 “化學電池的發展 ”線索（即 按“干電池→充電電池 ”的發展線索）， 從化學史的角度介紹化學電池工業隨社會、科技 發展而發展的歷程去展開，然后依次分析各種化學電源的原理和裝置，電池的優缺點以及如 何改進，培養學生“在化學科技實驗中不斷改進創新 ”的發展觀和創新意識,同時構建學生 認識電池的基本模型,最后應用原理解決實際問題,引導學生繼續尋找探究,電池的發展永遠
在路上......
2.實驗設計反思
本節課有兩個實驗，一個學生課前實驗設計電池并展示，另一個電池的原理改進實驗。
每個實驗過程利用小風扇的轉動, 電動小車的跑動增強實驗的趣味性，并通過傳感器測定電
流強度, 由定性到定量讓學生感知電池的設計和改進思路。通過自己的創新，親身引導，激
發學生的科學精神和創新意識。
3.素養達成反思
這節課學生表現得非常好，他們動手能力很強，思維也很活躍，很快就能發現各種電池 的優缺點，積極討論出改進措施，培養學生科學探究和創新意識的學科核心素養。通過了解 化學電源的發展史，理解探尋理想電池的本質,認識化學在改善人們生活、推動社會進步中 發揮的巨大作用，探尋理想電源對促進社會發展，服務人類生活的重大貢獻和社會價值落實
學生的科學精神和社會責任的學科核心素養。
十一、教學評價：
1．立足情境，引發學生深度學習
本節課遵循深度學習基本教學模式：情境— 問題/任務—活動—知識—素養。真實、具 體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺，為學生化學學科核心素養提 供了真實的表現機會。深度學習也始于情境，教學中創設了學生設計簡易電池與尋找生活中 的電池情境、 電池發展史情境和諾貝爾化學獎情境引導學生構建尋找理想電池的思維模型，
應用模型解釋電池的發展史并解析鋅錳電池，優化模型探秘鋰電池的發展、工作原理和符號
表征，層層遞進，體現了從宏觀到微觀再到符號的深度學習理念。
2 ．基于問題，培養學生高階思維
在新課程標準中，“發現問題→探究問題→解決問題 ”是當代高中生必須具備的基本素 養。本節課從創設的真實情境中設置“ 問題串 ”，用問題串把化學知識從外延到內涵逐層清 晰地呈現給學生，比如科學家是如何發明和改進電池的，這個問題貫穿教學的始終。從最初 如何設計出電池，到怎樣改變裝置，再到怎樣改變原理提高比能量，最后到鋰電池如何提高
電壓以及安全性？逐步幫助學生自主建構和理解，并真正認識理想電池的探尋思路以新型電
池的分析思路。
3 ．突出活動，促進學習方式轉變
活動是指主體通過行為與客觀世界相互作用的實踐過程。它是個體心理發展的基礎，是 意識能動性和個能動性的高級形式。本節課的整體思路由情境到問題或任務，再將問題的解 決或任務的完成轉化為學生的活動，活動是本節課的中心。學生化學學科核心素養的發展是 在具體的活動中自我建構、不斷提升的過程，而不是靠教師簡單的教授。活動為學生主動建
構知識、發展核心素養提供“場所 ”，促進了學生學習方式的改變。本節課注重引導學生開
展分類與概括、證據與推理、模型與解釋、符號與表征等形式多樣的活動，在這些具體的活 動中建構知識——認識了化學電源的分類、發展、工作原理，并通過觀察、思考、表達、交 流等多樣化的問題解決過程中發展了學生的化學學科核心素養——“宏觀辨識與微觀探析 ”、
“證據推理與模型認識 ”、“科學精神與社會責任 ”。
4 ．關注評價，探查課堂學習效果
本節課的教學是將素養導向的學習任務嵌入到課堂教學過程中，通過學生活動、教師的 追問來外顯學生的思維過程，更利于教師基于證據判斷學習目標的達成情況。如環節二中應 用模型解釋電池的發展史，環節三中優化模型探秘鋰電池并書寫電極反應式，這些活動具有 素養診斷價值，診斷同學是否可以從原理和裝置的視角理解電池的發展，診斷同學是否可以 用符號表征出電極反應，從而也診斷學生化學觀念結構化的水平達到認識思路結構化，以此
來發展學生的核心素養。
（北京）股份有限公司

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