2.2.2 化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的重要應(yīng)用-化學(xué)電池教學(xué)設(shè)計(jì)2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期化學(xué)魯科版（2019）必修2

高中化學(xué)必修2PAGEPAGE1第2章化學(xué)鍵化學(xué)反應(yīng)規(guī)律第2節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的重要應(yīng)用——化學(xué)電池教材分析在初中化學(xué)學(xué)習(xí)中，主要關(guān)注的是化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，雖然學(xué)生接觸過燃燒、氧化鈣與水的反應(yīng)等放熱反應(yīng)，對化學(xué)反應(yīng)中能量變化，特別是“化學(xué)反應(yīng)能放出熱量”有一定的感性認(rèn)識，但是沒有形成穩(wěn)定的認(rèn)識角度。本節(jié)教材圍繞著化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，引導(dǎo)學(xué)生豐富對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識角度——能量變化角度，并通過具體實(shí)例認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的具體形式——化學(xué)能與熱能、電能的相互轉(zhuǎn)化；在宏觀、微觀兩個(gè)層面上，分析化學(xué)反應(yīng)中能量變化的實(shí)質(zhì)——舊化學(xué)鍵斷裂與新化學(xué)鍵形成過程中的能量差，反應(yīng)物總能量與生成物總能量差；通過對具體的電池的分析，建立原電池構(gòu)成的認(rèn)識模型，并用其解釋生活中的實(shí)用電池。教學(xué)目標(biāo)變化觀念與平衡思想：通過生產(chǎn)、生活、實(shí)驗(yàn)中的實(shí)例，了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，建立吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)的概念，從能量變化的視角發(fā)展對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識?？茖W(xué)態(tài)度與社會責(zé)任：關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會熱點(diǎn)問題，認(rèn)識提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料的重要性，增強(qiáng)節(jié)約能源及環(huán)境保護(hù)等意識，逐步形成可持續(xù)發(fā)展的思想。宏觀辨識與微觀探析：通過認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)中能量變化的實(shí)質(zhì)，進(jìn)一步深化對化學(xué)反應(yīng)的微觀認(rèn)識。證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過“初識氫氧燃料電池”“設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的原電池”等活動，認(rèn)識到原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，并建立關(guān)于原電池構(gòu)成的認(rèn)識模型，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)”化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。教學(xué)重難點(diǎn)原電池工作原理教學(xué)過程知識回顧1.化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成?；瘜W(xué)鍵斷裂和形成伴隨著能量的變化。舊化學(xué)鍵的斷裂需要吸收能量新化學(xué)鍵的形成會釋放能量。2.吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)叫做吸熱反應(yīng)。3.釋放熱量的化學(xué)反應(yīng)叫做放熱反應(yīng)。4.從化學(xué)鍵的角度分析（微觀角度分析）放熱反應(yīng)：斷裂化學(xué)鍵吸收的能量＜形成化學(xué)鍵釋放的能量吸熱反應(yīng)：斷裂化學(xué)鍵吸收的能量＞形成化學(xué)鍵釋放的能量5.從物質(zhì)內(nèi)部能量的角度分析（宏觀角度分析）放熱反應(yīng)：反應(yīng)物的總能量＞生成物的總能量吸熱反應(yīng)：反應(yīng)物的總能量＜生成物的總能量6.人們常常利用化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能、電能等其他形式的能量，用于生產(chǎn)、生活和科研。二、導(dǎo)語發(fā)明電池的故事伏特是意大利帕維亞大學(xué)的研究電學(xué)的物理學(xué)家。有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖學(xué)家的一篇論文，說動物肌肉里貯存著電，可以用金屬接觸肌肉把電引出來。看了這篇論文，伏特非常興奮，便決定親自來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。他用許多只活青蛙反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)，實(shí)際情況并不像加伐尼所說的那樣，而是兩種不同的金屬接觸產(chǎn)生的電流，才使蛙腿的肌肉充電而收縮。為了證明自己的發(fā)現(xiàn)是正確的，伏特決定更深入地了解電的來源。為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，人們把電壓的計(jì)量單位叫做伏特，簡稱伏，符號V。比如我們手電筒里的電池的電壓是1.5伏特，我們家里的電燈的電壓是220伏特。展示課件：各種各樣的電池現(xiàn)在，化學(xué)電池已成為人類生產(chǎn)和生活的重要能量來源之一，各式各樣的化學(xué)電池的發(fā)明也是化學(xué)科學(xué)對人類的一個(gè)重大貢獻(xiàn)。那么，什么是化學(xué)電池？原電池構(gòu)造如何？怎樣工作的呢？三、講授新課展示課件：氫氧燃料電池視頻思考：1.什么是化學(xué)電池？2.什么是原電池？板書：化學(xué)電池：根據(jù)原電池原理制成的電池。原電池：利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。展示課件：活動一：觀察·思考人們不僅利用氫氣、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的熱能為火箭升空提供動力，還通過電池利用氫氣、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的電能為航天器供電。下圖是一個(gè)簡易的氫氧燃料電池的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。請用圖a裝置電解獲得氫氣和氧氣，再按圖b所示連接裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過程中，電流表指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，燃料電池中發(fā)生了反應(yīng)：2H2+O2=2H2O。思考：1.簡易氫氧燃料電池是如何將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的？2.組裝電池需要滿足哪些基本條件？先看視頻：交流結(jié)果：原電池工作原理在圖b所示裝置中，氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)分別在兩個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行。其中，氫氣分子中的氫原子在左側(cè)石墨電極上失去電子，氫氣作為電池的負(fù)極反應(yīng)物；氧氣分子中的氧原子在右側(cè)石墨電極上得到電子，氧氣作為電池的正極反應(yīng)物。稀硫酸中存在的自由移動的離子起到傳導(dǎo)電荷的作用，導(dǎo)線起到傳導(dǎo)電子的作用。展示課件：活動二：回憶思考：通過以上實(shí)驗(yàn)想想原電池是由哪幾部分組成的，構(gòu)成原電池的條件又有哪些？組成：兩電極、導(dǎo)線、電解質(zhì)溶液以及容器展示課件：與同伴交流：怎樣才能構(gòu)成一個(gè)原電池呢？板書：原電池的構(gòu)造①電極反應(yīng)物自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)②兩個(gè)電極導(dǎo)電的固體③電子導(dǎo)體導(dǎo)線④離子導(dǎo)體傳導(dǎo)電荷的電解質(zhì)⑤必須形成閉合回路練習(xí)：展示課件：思考：你平常使用的5號電池或7號電池都是鋅錳干電池。鋅錳干電池分為酸性鋅錳干電池和堿性鋅錳干電池兩種。酸性鋅錳干電池的組成如圖所示。在酸性鋅錳干電池中，負(fù)極反應(yīng)物和正極反應(yīng)物分別是什么？正負(fù)極材料分別是什么？離子導(dǎo)體是什么？活動三：設(shè)計(jì)原電池活動·探究利用所給用品設(shè)計(jì)裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將下列反應(yīng)所釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能。實(shí)驗(yàn)原理：Zn+2H+===Zn2++H2↑實(shí)驗(yàn)用品：鋅片，銅片，石墨棒，稀硫酸，稀鹽酸；燒杯，導(dǎo)線，電流表，開關(guān)。方法導(dǎo)引：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施設(shè)計(jì)思路及依據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Zn+2H+=Zn2++H2↑確定負(fù)極選擇負(fù)極反應(yīng)物:________選擇負(fù)極材料:____________確定正極選擇正極反應(yīng)物:__________選擇正極材料:___________構(gòu)成閉合回路選擇離子導(dǎo)體:____________選擇電子導(dǎo)體:_________【思考】1.分析鋅、銅、稀硫酸原電池的工作原理。2.鋅片、銅片與稀硫酸，哪些可以替換為其他物質(zhì)卻同樣能產(chǎn)生電流？找小組根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)探究的體會進(jìn)行回答（評價(jià)、總結(jié)歸納原電池的工作原理）當(dāng)把銅片和鋅片一同浸入稀硫酸時(shí)，鋅原子失去電子被氧化成Zn2+進(jìn)入溶液，鋅片上的電子通過導(dǎo)線流向銅片，溶液中的H+在銅片上獲得電子而被還原形成氫原子，氫原子結(jié)合成氫分子在銅片上逸出。電極反應(yīng)式:負(fù)極Zn-2e-=Zn2+；正極2H++2e-=H2↑。展示課件與學(xué)生一起交流結(jié)果小結(jié)：正極資料：銅片（石墨）負(fù)極材料：鋅片電解質(zhì)溶液：稀硫酸（或稀鹽酸或含有正極反應(yīng)物H+電子導(dǎo)體）正極反應(yīng)：Zn-2e-=Zn2+負(fù)極反應(yīng)：2H++2e-=H2↑再次思考：如何選擇原電池正負(fù)極材料和離子導(dǎo)體的選擇1.負(fù)極反應(yīng)物為金屬時(shí)，用負(fù)極反應(yīng)物做負(fù)極材料（活動性比正極強(qiáng)）2.負(fù)極反應(yīng)物不導(dǎo)電時(shí)，負(fù)極材料用惰性導(dǎo)電材料（如石墨）3.不與正極反應(yīng)物和離子導(dǎo)體發(fā)生反應(yīng)且能導(dǎo)電的固體金屬（活動性比負(fù)極弱）或石墨4.一般是能電離出正極反應(yīng)物離子的電解質(zhì)溶液（燃料電池正極反應(yīng)物為O2，電解質(zhì)不做反應(yīng)物）根據(jù)原電池原理，人們設(shè)計(jì)出了各種各樣的原電池，滿足人們生產(chǎn)和生活的需要。市場上的化學(xué)電池有干電池（