6.1.2化學反應與電能（教學設計）高一化學（人教版2019）

第六章《化學反應與能量》教學設計第一節(jié)化學反應與能量變化第二課時化學反應與電能課題：6.1.2化學反應與電能課時1授課年級高一課標要求以原電池為例認識化學能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應的角度初步認識原電池的工作原理；體會提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。教材分析本節(jié)是人教版（1019版）必修第二冊第六章第一節(jié)化學反應與能量變化的內(nèi)容，主要包括化學反應中的熱能和電能兩部分內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容中熱能和電能作為化學反應中能量變化的例子，教材的側(cè)重不同，前者側(cè)重揭示能量變化的本質(zhì)，后者側(cè)重化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿脑?。本?jié)重點知識理論性強，微觀分析多，較為抽象;知識內(nèi)涵豐富，信息量大。本節(jié)教學重點是“化學反應中能量變化的本質(zhì)；化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置特點及原理”，教學難點是“化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置特點及原理”，共分兩課時完成，第一課時化學反應與熱能，第二課時化學反應與電能。本課時為第二課時化學反應與電能，教材主要介紹原電池原理及應用化學電池。首先介紹了火力發(fā)電中化學能經(jīng)過的能量轉(zhuǎn)化過程，讓學生明白，雖然通過一系列轉(zhuǎn)化后，我們獲得了電能，但是大部分能量在轉(zhuǎn)化過程中白白浪費了，火力發(fā)電過程中的能量利用率較低。同時，在火力發(fā)電的轉(zhuǎn)化過程中，燃燒(氧化還原反應)是關(guān)鍵，從而引入了化學電池的概念。接著通過實驗63分析形成原電池前后現(xiàn)象的不同，探究其原理，分析電極反應、電子轉(zhuǎn)移，在此基礎(chǔ)上理解原電池實現(xiàn)化學能轉(zhuǎn)化為電能的原理，明白原電池能提高燃料利用率的化學原理。最后，教材通過探究欄目，讓學生自主設計與制作簡易電池，進一步加深了學生對原電池反應原理的理解與探究。在此基礎(chǔ)上，教材介紹了幾種常見的化學電池，如一次電池(鋅錳干電池)二次電池(鉛酸蓄電池)，并對鋅錳干電池的原理進行了簡單的介紹。最后教材通過“科學·技術(shù)·社會”欄目介紹了發(fā)展中的燃料電池，以“已經(jīng)與實踐”的形式讓學生了解車用能源。相對于舊教材，新教材刪掉了能源的分類，火力發(fā)電敘述更為簡潔，實驗【63】相對于舊版實驗【24】將實驗現(xiàn)象給出，分析更詳細，并給出了電極名稱。鋅錳干電池和鉛酸蓄電池較舊版介紹得相對簡約，并刪去了鎳鎘電池。并將燃料電池放在科學·技術(shù)·社會部分介紹。增加了信息搜索和化學與職業(yè)——電池研發(fā)人員。本課時的教學中可進行對比實驗,分析形成原電池對化學反應的影響,包括反應現(xiàn)象的差異、產(chǎn)生現(xiàn)象原因的分析等。各個知識點要逐一落實,如電極上產(chǎn)生的現(xiàn)象電極的判斷、電極上發(fā)生的反應、電極“反應類型、電子的轉(zhuǎn)移方向和原電池中的能量變化等。教學中要注重基本原理的分析,強調(diào)原電池的兩極反應與氧化反應和還原反應的關(guān)系。教學中要利用教材中的探究簡易電池的設計與制作，引導學生思考形成原電池的條件。由于化學反應速率為下節(jié)課的內(nèi)容,教材中沒有涉及原電池原理對反應速率的影響，但通過對照實驗可以觀察到由于形成了原電池，加快了化學反應速率，所以作為原電池原理的應用，可以適當提醒學生注意到原電池可以加快化學反應速率。關(guān)于化學電池,可以簡單介紹一次電池、二次電池的概念，對鋅錳干電池的電極材料、電解質(zhì)溶液、負極反應、電子移動方向進行簡單分析，只需讓學生了解發(fā)生了還原反應，具體電極反應可不作介紹。關(guān)于鉛酸蓄電池和其他二次電池的充放電原理，必修中不要作任何拓展。教學目標1．通過查閱資料、閱讀思考，能舉出化學能轉(zhuǎn)化為電能的實例，辨識簡單原電池的正負極及正負極上發(fā)生的化學反應類型。2．通過實驗探究、討論交流，知道原電池概念及原電池工作原理是利用氧化還原反應將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，知道構(gòu)成原電池的條件。3.通過觀察現(xiàn)象、原理分析，會判斷原電池的正極、負極，能正確書寫簡單原電池的電極反應式，了解常見的化學電源，感受化學能轉(zhuǎn)化為電能的奇妙。教學重、難點重點：原電池概念、原理、組成及應用難點：原電池工作原理及構(gòu)成條件核心素養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析：通過實驗探究，原理分析，從宏觀上認識原電池的結(jié)構(gòu)特點，電流的流向，了解原電池兩極可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，從微觀上了解原電池的工作原理、形成條件。證據(jù)推理與模型認知：能根據(jù)原電池的工作原理及構(gòu)成條件，設計簡單的原電池，形成分析原電池正負極、電極反應式、電子（流）流向等相關(guān)知識的認知模型。科學探究與創(chuàng)新意識：通過對原電池的原理分析和設計不同的原電池，體會化學能到電能的直接轉(zhuǎn)化，體驗科學探究的過程與方法，提升實驗探究和創(chuàng)新能力。學情分析通過上節(jié)課的學習，學生已經(jīng)知道化學反應伴隨著能量變化，且主要表現(xiàn)為吸熱反應和放熱反應，初步了解化學能與熱能的轉(zhuǎn)化及生活中電池的有關(guān)知識。在必修第一冊第一章第三節(jié)“氧化還原反應”的學習中，學生已經(jīng)認識到只有氧化還原反應才會有電子的轉(zhuǎn)移，對本節(jié)課的學習提供了基礎(chǔ)，可以幫助學生從氧化還原的角度去理解化學反應與電能的關(guān)系。另一方面化學能與電能的轉(zhuǎn)化需將氧化還原反應分開進行，學生還未樹立起氧化還原反應是由兩個“半反應”組合而來的思想，需加強對半反應與總反應的關(guān)系的理解。同時，實用電池種類多樣、結(jié)構(gòu)復雜，關(guān)鍵其涉及的氧化還原反應實質(zhì)大多數(shù)對學生陌生度很高，故學生在原理理解上難度較大。教學中如何利用氧化還原反應知識分析原電池的工作原理，并結(jié)合構(gòu)成原電池的條件設計原電池等可能存在一定困難。教學過程教學環(huán)節(jié)教學活動設計意圖環(huán)節(jié)一、情景導入生活情境【回顧1】氧化還原反應的特征和本質(zhì)分別是什么？【學生1】氧化還原反應的特征是化學反應前后有元素化合價變化；【學生2】氧化還原反應的本質(zhì)是有電子轉(zhuǎn)移（電子得失或電子對偏移），氧化還原反應中氧化劑得電子，還原劑失電子，且得失電子總數(shù)相等?！窘處煛吭u價、肯定?！净仡?】化學反應中物質(zhì)變化和能量變化有何特點？【學生1】化學反應中既有物質(zhì)變化，又有能量變化；【學生2】化學反應中物質(zhì)變化遵循質(zhì)量守恒定律，能量變化遵循能量守恒定律?！窘處煛吭u價、肯定?！绢A習1】火力發(fā)電過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？火力發(fā)電存在哪些問題？【學生1】火力發(fā)電過程中能量轉(zhuǎn)化是化學能先轉(zhuǎn)化為熱能，熱能再轉(zhuǎn)化為機械能，機械能最后轉(zhuǎn)化為電能。【教師】評價、板書：化學能熱能機械能電能；【學生2】火力發(fā)電的缺點：a.化石燃料屬于不可再生資源，用化石燃料發(fā)電會造成資源的浪費；b.火力發(fā)電的過程中，能量經(jīng)過多次轉(zhuǎn)化，利用率低，能量損失大；c.化石燃料燃燒會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)(如SO2、CO、NO2、粉塵等)，污染環(huán)境。【預習2】構(gòu)成原電池的條件是什么？在原電池中電子、電流的流向有何特點？【學生1】①原電池構(gòu)成的條件是具有活動性不同的兩個電極，二者直接或間接地連在一起，插入電解質(zhì)溶液中，且能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應?！緦W生2】在原電池中，電子由負極經(jīng)過導線流向正極，電流由正極流向負極。在電解質(zhì)溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負極?！窘處煛吭u價、肯定?！緦搿侩娔苁乾F(xiàn)代社會中應用最廣泛，使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱電力。小到日常生活中使用的手提電腦、、相機、攝像機……大到火箭上天、神州六號宇宙飛船遨游太空，這一切都依賴于電池的應用。播放電池的發(fā)展史（見PPT視頻）回顧舊知，預習新知，創(chuàng)設生活真實情境，了解電池的發(fā)展歷史，激發(fā)學習興趣和探究的欲望。環(huán)節(jié)二、氧原電池原理及構(gòu)成條件活動一、探究化學能與電能的轉(zhuǎn)化【過渡】我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔苤饕獊碜曰鹆Πl(fā)電，火力發(fā)電是通過化石燃料燃燒時發(fā)生的氧化還原反應，最終將化學能轉(zhuǎn)化為電能?！締栴}1】閱讀教材P36頁內(nèi)容，思考生活中人們使用的電能來自于哪里?火力發(fā)電中化學能是如何轉(zhuǎn)化為電能的？有何優(yōu)缺點？【答案要點】①我國目前電能主要來自火力發(fā)電，其次來自水力發(fā)電、風力發(fā)電、核能、水力發(fā)電、生物質(zhì)能等。②火力發(fā)電的原理是化學能經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)化過程，間接轉(zhuǎn)化為電能：化學能eq\o(→,\s\up7(燃料燃燒))熱能eq\o(→,\s\up7(蒸汽輪機))機械能eq\o(→,\s\up7(發(fā)電機))電能③火力發(fā)電的優(yōu)點是我國煤炭資源豐富，廉價方便。缺點一是煤炭是不可再生資源，會造成能源危機；二是煤炭燃燒會產(chǎn)生污染性氣體；轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，能量損耗大，能量的利用率低?！窘處煛吭O凝：火力發(fā)電有如此多的缺點，我們能否能否減少中間的環(huán)節(jié)，直接將化學能轉(zhuǎn)化為電能呢？【問題2】實驗探究：根據(jù)教材P36頁【實驗63】，完成實驗，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗原理是什么？【教師】演示【實驗63】、引導分析、投影表格?！緦W生】觀察實驗現(xiàn)象，思考原理，填寫表格內(nèi)容，展示交流：實驗步驟實驗現(xiàn)象原因分析實驗一：分別將鋅片和銅片插入稀硫酸溶液中鋅片表面有氣泡，銅片無明顯變化反應一段時間后，燒杯外壁微熱與金屬活動性順序有關(guān)：鋅與稀硫酸反應生成氫氣且放熱：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，而銅不反應。實驗二：鋅片和銅片先接觸插入稀硫酸溶液中，然后再用導線連接銅片表面出現(xiàn)大量氣泡，鋅片表面有少量（或幾乎沒有）氣泡產(chǎn)生。且產(chǎn)生氣泡的速率比實驗一快?？赡芤蜾\比銅更容易失去電子，且鋅失去的電子通過導線移動到銅片上，溶液中的H+再得到電子生成了H2。2H++e==H2↑實驗三：鋅片和銅片通過導線接電流表插入稀硫酸溶液銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片上逐漸溶解；電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明導線中有電流產(chǎn)生，整個過程中化學能轉(zhuǎn)化成電能?！窘處煛吭u價、強調(diào)：通過上述裝置，可以實驗化學能與電能的直接轉(zhuǎn)化?！締栴}3】結(jié)合【實驗63】，思考什么是原電池？以銅-鋅-稀硫酸原電池為例，分析原電池的特點，并填寫表格內(nèi)容?！窘處煛客队氨砀?，引導分析?！緦W生】小組討論、共同完成表格內(nèi)容：概念利用氧化還原反應將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫原電池裝置示意圖電極材料電極名稱電子轉(zhuǎn)移電極反應式反應類型鋅片負極電子流出Zn－2e－=Zn2＋氧化反應銅片正極電子流入2H＋＋2e－=H2↑還原反應電子的流向電子由負極經(jīng)導線流向正極反應本質(zhì)自發(fā)進行的氧化還原反應總反應式Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑【教師】評價、追問：構(gòu)成原電池的條件是什么？【學生1】具有活潑性不同的兩個電極（可以是兩種活潑性不同的金屬，也可以是一種金屬和一種導電的非金屬，如石墨等）；【學生2】兩電極必須插入電解質(zhì)溶液中；【學生3】還要形成閉合回路（電解質(zhì)溶液中離子導電、導體中自由電子導電）；【教師】評價，追問：利用反應C+O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2可以構(gòu)成原電池嗎？【學生】不能，構(gòu)成原電池還必須是能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應?！窘處煛吭u價、肯定。【對應訓練1】下列敘述不正確的是()A．用天然氣火力發(fā)電時，每一步都需要化學反應來完成B．利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節(jié)約資源，保護環(huán)境C．原電池反應一定為氧化還原反應D．在火力發(fā)電時，化學能轉(zhuǎn)化為熱能的過程實際上是氧化還原反應發(fā)生的過程，伴隨著能量的變化【答案】A【解析】A．火力發(fā)電的過程包括，化學能→熱能→機械能→電能，后兩個階段都未發(fā)生化學變化，A項錯誤；B．利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節(jié)約資源，保護環(huán)境，B項正確；C．原電池的反應原理為氧化還原反應，所以原電池反應一定為氧化還原反應，C項正確；D．在火力發(fā)電時，化學能轉(zhuǎn)化為熱能的過程實際上是氧化還原反應發(fā)生的過程，伴隨著能量的變化，D項正確；答案選A。【對應訓練2】下列各裝置能構(gòu)成原電池的是()【答案】B【解析】A項中兩電極相同，A項錯誤；C項中蔗糖溶液是非電解質(zhì)溶液，C項錯誤；D項中兩燒杯中溶液是分開的，沒有形成閉合回路，D項錯誤。了解我國的能源結(jié)構(gòu)及火力發(fā)電中能量的轉(zhuǎn)化形式與缺點，樹立責任意識，為認識化學能與電能的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)作鋪墊。通過實驗探究，從微觀上理解化學能是如何轉(zhuǎn)化為電能的，培養(yǎng)科學探究與創(chuàng)新意識的學科核心素養(yǎng)。通過討論交流，深度理解原電池的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，為后續(xù)原電池的設計作鋪墊。培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認知的后續(xù)核心素養(yǎng)。檢測與評價，發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)控課堂，提高效率。活動二、設計簡單的原電池【過渡】通過上面的學習，我們知道原電池是利用氧化還原反應原理，在兩極分別發(fā)生氧化反應和還遠反應，下面我們來學習簡易原電池的設計與制作?！締栴}1】實驗探究：結(jié)合教材P37頁“探究”內(nèi)容，完成教材三個實驗，并回答“問題核討論”的三個問題。【學生1】水果的作用是提供電解質(zhì)溶液?！緦W生2】電極材料一般選擇兩種活潑性不同的金屬電極，也可以一個電極選擇活潑金屬，另一個電極選擇石墨?！緦W生3】電池不可或缺的構(gòu)成部分：a.有兩種活潑性不同的金屬（或活潑金屬核石墨）作電極；b.電極材料均需插入電解質(zhì)溶液中；c.兩級相連形成閉合回路。【教師】評價、小結(jié)：原電池的設計方法：①找—找一個能夠自發(fā)進行的氧化還原反應，只有自發(fā)進行的氧化還原反應才能被設計成原電池；②拆—將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應，還原劑－ne－=氧化產(chǎn)物(負極電極反應)，氧化劑＋ne－=還原產(chǎn)物(正極電極反應)；③定—根據(jù)氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質(zhì)溶液，正極一般選擇比負極活潑性差的金屬或能導電的非金屬。④畫—連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖?！締栴}2】歸納小結(jié)：請畫出原電池的工作原理示意圖，思考如何判斷原電池的正負極？【學生1】展示交流：原電池的工作原理圖：【教師】評價、強調(diào)：①反應類型是負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應；②電子的移動方向是從負極流出，經(jīng)導線流向正極（電子不下水）；③離子的移動方向是陽離子向正極移動，陰離子向負極移動（離子不上岸）?！緦W生2】展示交流：原電池正、負極的判斷方法?！窘處煛吭u價、投影、講解：【教師】追問：一般是較活潑金屬作負極，較不活潑金屬作正極，但要注意電解質(zhì)溶液的性質(zhì)不同，可能正、負極不同，請舉例說明?！緦W生1】鎂鋁用導線連接插入稀硫酸中，鎂作負極，鋁作正極；若電解質(zhì)是氫氧化鈉，則鎂作正極，鋁作負極?！緦W生2】銅鋁用導線連接插入稀硫酸中，鋁作負極，銅作正極；若插入濃硝酸中，鋁作正極，銅作負極?！緦柧?】某實驗小組為研究鐵的腐蝕與防護，設計如圖所示的實驗裝置。下列說法正確的是A．圖1：a點的電極反應式為 B．圖1：b點溶液變紅C．圖2：若d為錫，則為犧牲陽極的陰極保護法 D．圖2：若d為石墨，兩個實驗均為鐵的吸氧腐蝕【答案】D【解析】A．a(chǎn)點氧氣得電子產(chǎn)生OH，電極反應式為O2+4e+2H2O==4OH，A錯誤；B．a(chǎn)點產(chǎn)生OH，能使酚酞變紅，B錯誤；C．錫活潑性位于鐵之后，鐵作負極失電子，并沒有被保護，C錯誤；D．兩個實驗的電解質(zhì)溶液均為中性，正負極材料相同，均發(fā)生鐵的吸氧腐蝕，D正確；故選D。【對應訓練2】下列有關(guān)原電池的說法正確的是()A．將反應2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋設計為原電池，則可用Zn為負極，F(xiàn)e為正極，F(xiàn)eCl3為電解質(zhì)B．銅片和鋁片用導線連接后插入濃硝酸中，銅作負極C．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極D．鋁片和鎂片用導線連接后插入NaOH溶液中，Mg較活潑作負極【答案】B【解析】A．Fe作負極，活潑性比Fe弱的作正極，所以不能用Zn作負極，A項錯誤；B．Al遇到濃硝酸會鈍化，Cu與濃硝酸反應，Cu作負極，B項正確；C．電子由負極(鋅)流向正極(銅)，C項錯誤；D．由Al、Mg、NaOH組成的原電池，Al作負極失電子生成AlO，D項錯誤；答案選B。通過問題探究，深度理解原電池的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，學會簡單原電池的設計方法。通過歸納小結(jié)，進一步了解原電池中電子、離子的移動分析，正負極的判斷方法，電極反應的特點和規(guī)律等。檢測與評價，發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)控課堂，提高效率。環(huán)節(jié)三、原電池原理的應用活活活動一、幾種常見的化學電源【過渡】根據(jù)原電池原理，人們研制出很多結(jié)構(gòu)和性能各異的后續(xù)電源，【問題1】閱讀教材P38頁內(nèi)容，思考一次電池、二次電池、燃料電池的概念和特點分別是什么？并完成表格內(nèi)容。【教師】引導分析、投影表格：幾種電池的特點比較?！緦W生】閱讀教材，完成表格內(nèi)容，展示交流：名稱干電池(一次電池)充電電池(二次電池)燃料電池特點①活性物質(zhì)(發(fā)生氧化還原反應的物質(zhì))消耗到一定程度后，不能再使用②電解質(zhì)溶液為膠狀，不流動①放電后可再充電使活性物質(zhì)獲得再生②可以多次充電，重復使用①電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)換元件②工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被排出舉例普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池、銀鋅電池等。（見教材P38圖610）鉛酸蓄電池、鋰電池、鎳氫電池（見教材P38圖611）氫氧燃料電池、CH4燃料電池、CH3OH燃料電池等（見教材P39圖613）【教師】評價、補充?！締栴}2】討論交流：原電池原理在化學上有哪些應用？【學生1】比較金屬活動性強弱：一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑；一般原電池中，活潑金屬作負極，發(fā)生氧化反應，不活潑金屬作正極，發(fā)生還原反應?！緦W生2】金屬的防護：使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護?！緦W生3】設計制作化學電源：將化學能轉(zhuǎn)化為電能?！緦W生4】加快化學反應速率：自發(fā)進行的氧化還原反應，形成原電池時會使反應速率加快。原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中離子運動時相互的干擾減小，使反應速率增大。【教師】評價、肯定?！緦柧?】化學電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應用。下列說法錯誤的是（）A．圖甲：通入O2的一極為正極B．圖乙：鋅錳干電池屬于一次電池C．圖乙：在使用鋅錳干電池的過程中，MnO2被還原D．圖丙：正極的電極反應式為PbO22e+SO42+4H+==PbSO4+2H2O【答案】D【解析】A．氧氣得到電子發(fā)生還原反應，所在電極為正極，故A正確；B．鋅錳干電池不能充電操作，屬于一次電池，故B正確；C．在使用鋅錳干電池的過程中，MnO2得到電子被還原，故C正確；D．鉛蓄電池正極的電極反應式為PbO2+2e+SO42+4H+==PbSO4+2H2O，故D錯誤；故選D?！緦柧?】把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池。若A、B相連時，A為負極；C、D相連時，D上有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四種金屬的活潑性順序由大到小排列為 ()A.A>C>D>BB.A>C>B>DC.B>D>C>AD.A>B>C>D【答案】A【解析】A、B相連時，A為負極，則說明A與B相比較，A更加活潑；C、D相連，D上有氣泡逸出，則C為電源的負極，C比D活潑；A、C相連時，A極減輕，A參與了電極反應，被消耗，應是活潑金屬；B、D相連，B為正極，則D是活潑金屬，作電源的負極。故有A>C>D>B。認識常見化學電源，了解化學對于社會的重要價值，培養(yǎng)科學態(tài)度與社會責任的化學核心素養(yǎng)。了解原電池原理在化學研究重點重要作用，建立知識是相互聯(lián)系的觀點。檢測與評價，發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)控課堂，提高效率?；罨罨顒佣?、探究發(fā)展中的燃料電池【過渡】在各種各樣的化學電源中，燃料電池具有清潔、安全、高效等特點，在航天、軍事和交通等領(lǐng)域有廣闊的應用前景?！締栴}1】結(jié)合教材P39頁“科學·技術(shù)·社會—發(fā)展中的燃料電池”內(nèi)容，思考燃料電池的概念是什么？有何優(yōu)點？【學生1】概念：將燃料(如氫氣、甲烷、乙醇)和氧化劑(如氧氣)的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學反應裝置?！緦W生2】優(yōu)點：①清潔、安全、高效；②反應物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外部提供；③供電量易于調(diào)節(jié)，能適應用電器負載的變化，且充電時間較短。【教師】評價、肯定?！締栴}2】討論：以氫氧燃料電池和甲烷燃料電池為例，思考如何書寫電極反應式？【學生】氫氧燃料電池在不同的介質(zhì)中的總反應式相同，均為2H2＋O2=2H2O。但正、負極反應式與電解質(zhì)溶液有關(guān)?！窘處煛吭u價、投影表格：氫氧燃料電池正、負極反應式歸納如下?！緦W生】完成表格內(nèi)容、展示交流：電解質(zhì)溶液負極正極酸性(H＋)H2－2e－=2H＋O2＋4H＋＋4e－=2H2O中性(Na2SO4)H2－2e－=2H＋O2＋2H2O＋4e－=4OH－堿性(OH－)H2－2e－＋2OH－=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－【教師】評價、肯定。【學生】甲烷燃料電池在不同的介質(zhì)中的總反應式不相同，在酸性條件下，總反應為CH4＋2O2=CO2＋2H2O；在堿性條件下，總反應為CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O?！窘處煛吭u價、投影表格：甲烷燃料電池在不同電解質(zhì)中正負極反應式歸納如下。【學生】完成表格內(nèi)容、展示交流：電解質(zhì)溶液負極正極酸性(H＋)CH4－8e－＋2H2O=CO2＋8H＋2O2＋8e－＋8H＋=4H2O堿性(OH－)CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O2O2＋8e－＋4H2O=8OH－【教師】評價、強調(diào)：原電池電極反應式的書寫步驟。①列物質(zhì)，標得失：按照負極氧化反應，正極還原反應，判斷電極反應物、生成物，標出電子得失。②看環(huán)境，配守恒：電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中應能穩(wěn)定存在，如酸性介質(zhì)中，OH－不能存在，應生成水；堿性介質(zhì)中，H＋不能存在，應生成水；電極反應式同樣要遵循電荷守恒、原子守恒、得失電子守恒。③兩式加，驗總式：正負極反應式相加，與總反應離子方程式驗證?！窘處煛繌娬{(diào)：若某電極反應式較難寫出時，可先寫出較易寫的電極反應式，然后根據(jù)得失電子守恒，用總反應式減去較易寫的電極反應式，即可得出較難寫的電極反應式。【對應練習1】可用于電動汽車的鋁－空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負極，空氣電極為正極。下列說法正確的是()A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時，正極反應都為O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．以NaOH溶液為電解液時，負極反應為Al＋3OH－－3e－=Al(OH)3↓C．以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的堿性保持不變D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極【答案】A【解析】當電解質(zhì)溶液顯堿性或中性時，該燃料電池的正極發(fā)生的反應均為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，A項是正確的；鋁作負極，負極反應應該是鋁失去電子變?yōu)殇X離子，在氫氧化鈉的溶液中鋁離子繼續(xù)與過量的堿反應生成偏鋁酸根，因此負極反應為Al＋4OH－－3e－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，B項是錯誤的；該電池在堿性條件下工作時，消耗了堿，反應方程式為4Al＋3O2＋4OH－=4AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，溶液的堿性減弱，C項是錯誤的；電池工作時，電子從負極流出來經(jīng)過外電路流向正極，D項是錯誤的?！緦毩?】下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是（）A．b電極是正極B．總反應方程式為2H2+O2==2H2OC．a(chǎn)電極每消耗2.24LH2，轉(zhuǎn)移電子0.2molD．氫氧燃料電池是一種具有廣泛應用前景的綠色電源【答案】C【解析】A.b電極通入氧氣，氧氣得到電子，因此是正極，A正確；B.總反應方程式就是氫氣燃燒的方程式，為2H2+O2＝2H2O，B正確；C.a電極電極方程式：H22e+2OH=2H2O，標況下每消耗2.24LH2即0.1mol，轉(zhuǎn)移電子0.2mol，但是沒有說明氣體所處條件，C錯誤；D.氫氧燃料電池的生成物是水，沒有污染，因此是一種具有廣泛應用前景的綠色電源，D正確；答案選C。認識燃料電池，關(guān)注化學與社會生活、科學研究的聯(lián)系，培養(yǎng)科學探究與創(chuàng)新意識的化學核心素養(yǎng)。學會原電池中電極方程式的書寫方法。鞏固與評價，發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)控課堂，提高效率。環(huán)節(jié)四、課后鞏固作業(yè)設計1.下列有關(guān)原電池的說法中正確的是()A．在外電路中，電子由負極經(jīng)導線流向正極B．在內(nèi)電路中，電子由正極經(jīng)電解質(zhì)溶液流向負極C．原電池工作時，正極表面一定有氣泡產(chǎn)生D．原電池工作時，一定不會伴隨著熱能變化【答案】A【解析】A．外電路中電子由負極流向正極，A正確，B．在內(nèi)電路中,是陰、陽離子移動，B錯誤；C．原電池工作時，正極上一般是溶液中的陽離子得電子，則正極表面可能有氣泡產(chǎn)生，也可能生成金屬單質(zhì)，C錯誤；D．原電池工作時，化學能轉(zhuǎn)化為電能，同時可能會伴隨著熱能變化，D錯誤。故選A。2．將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下敘述正確的是（）A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生 B．甲中銅片是正極，乙中銅片是負極C．兩燒杯中溶液的c(H＋)均減小 D．產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢【答案】C【解析】A．甲燒杯中，銅、鋅用導線連接，甲構(gòu)成原電池，銅是正極，銅片表面均有氫氣產(chǎn)生，故A錯誤；B．甲燒杯中，銅、鋅用導線連接，甲構(gòu)成原電池，銅是正極；乙中銅、鋅沒有連接，不構(gòu)成原電池，故B錯誤；C．兩燒杯中都發(fā)生Zn+2H+==Zn2++H2↑反應，溶液的c(H＋)均減小，故C正確；D．甲燒杯中，銅、鋅用導線連接，甲構(gòu)成原電池，產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙快，故D錯誤；選C。3．某同學根據(jù)化學反應，并利用實驗室材料制作原電池。下列關(guān)于該原電池組成的說法正確的是（）選項ABCD正極石墨棒鐵棒鐵棒銅棒負極鐵棒銅棒石墨棒鐵棒電解質(zhì)溶液FeCl3溶液FeSO4溶液Fe2(SO4)3溶液稀硫酸A．A B．B C．C D．D【答案】A【解析】根據(jù)反應Fe+2Fe3+=3Fe2+，可知該原電池中Fe為負極，反應過程中Fe3+在正極得電子生成Fe2+，故正極區(qū)Fe3+的濃度降低，由電池反應可知電解液為含F(xiàn)e3+的溶液，綜上所述A選項符合。4.有a、b、c、d四種金屬。將a與b用導線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，a不斷腐蝕；將a、d分別投入同濃度的鹽酸中，d比a反應劇烈；將銅浸入b的鹽溶液中，無明顯變化；如果把銅浸入c的鹽溶液里，有金屬c析出。根據(jù)以上現(xiàn)象判斷，它們的活動性由強到弱的順序是A．dcab B．dabc C．dbac D．badc【答案】B【解析】將a與b用導線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，a不斷腐蝕，說明b是正極，因此活潑性是a＞b；將a、d分別投入等濃度鹽酸中，d比a反應劇烈，說明金屬活動性d＞a；活潑的金屬可以將不活潑的金屬從其鹽溶液中置換出來，所以活潑性是b＞c，綜合以上可知活動性由強到弱順序是：d>a>b>c，答案選B。5．有關(guān)如圖所示四個常用電化學裝置的敘述中，正確的是（）

圖Ⅰ堿性鋅錳電池圖Ⅱ鉛硫酸蓄電池圖Ⅲ原電池圖Ⅳ銀鋅紐扣電池A．圖Ⅰ所示電池屬一次電池，是作催化劑B．圖Ⅱ所示電池放電過程中，負極被氧化，質(zhì)量不斷增加C．圖Ⅲ所示裝置工作過程中，電子由銅極經(jīng)導線流向鐵極D．圖Ⅳ所示電池屬一次電池，正極的電極反應式為Ag2O+2e+2H+==2Ag+H2O【答案】B【解析】A．圖Ⅰ所示電池屬一次電池，MnO2得電子，MnO2作正極反應物，故A錯誤；B．圖Ⅱ所示電池放電過程中，負極Pb失電子被氧化，電極反應式為Pb2e+SO42==PbSO4，質(zhì)量不斷增加，故B正確；C．圖Ⅲ所示裝置，鐵是負極、銅是正極，工作過程中，電子由鐵極經(jīng)導線流向銅極，故C錯誤；D．圖Ⅳ所示電池屬一次電池，正極的電極反應式為Ag2O+2e+2H+==2Ag+H2O，故D錯誤；選B。6.氫氧燃料電池反應為：，電解液為KOH，反應能保持在較高溫度，使生成的蒸發(fā)，下列敘述正確的是A．該電池轉(zhuǎn)移4mol電子時，消耗22.4LB．該電池是化學環(huán)境友好電池C．電池工作過程中，化學能100%的轉(zhuǎn)化成了電能D．電極反應為：負極；正極【答案】B【解析】A．根據(jù)反應方程式可以得知，該電池每轉(zhuǎn)移4mol電子，消耗1molO2，但是題中并未說明反應條件是否為標況，故無法計算消耗O2的體積，A錯誤；B．該電池的產(chǎn)物只有水，故該電池對環(huán)境友好，B正確；C．該電池工作過程中，反應能保持在較高溫度，使生成的水蒸發(fā)，說明化學能并非100%轉(zhuǎn)化為電能，還有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，C錯誤；D．該氫氧燃燒電池中，電解液為KOH，負極反應為2H2+4OH4e=4H2O，正極反應為O2+2H2O+4e=4OH，D錯誤；故選B。7．某化學興趣小組，使用相同的銅片和鋅片為電極，探究水果電池水果的種類和電極間距離對電流的影響，實驗裝置圖和所得實驗所得數(shù)據(jù)如下：實驗編號水果種類電極間距離/cm電流/Ⅰ番茄198.7Ⅱ番茄272.5Ⅲ蘋果227.2電池工作時，下列說法不正確的是（）A．負極的電極反應為B．水果種類和電極間距離對電流數(shù)值的大小均有影響C．電子從鋅片經(jīng)水果流向銅片D．若用石墨電極代替銅片進行實驗，電流數(shù)值會發(fā)生變化【答案】C【解析】A．由圖示分析可知，Zn為負極，失去電子，發(fā)生氧化反應，即負極的電極反應為Zn2e==Zn2+，故A正確；B．由表中的數(shù)據(jù)分析可知不同的水果以及同種水果間距離的不同，則電流的大小也不同，所以水果種類和電極間距離對電流的大小均有影響，故B正確；C．電子從鋅片經(jīng)導線流向銅片，而不能經(jīng)水果流向銅片，故C錯誤；D．石墨和銅的導電率不同，若用石墨電極代替銅片進行實驗，電流數(shù)值會發(fā)生變化；故D正確；故答案選B。8．根據(jù)化學能轉(zhuǎn)化電能的相關(guān)知識，回答下列問題：Ⅰ．理論上講，任何自發(fā)的氧化還原反應都可以設計成原電池。請利用反應“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”設計一個化學電池(正極材料用碳棒)，回答下列問題：（1）該電池的負極材料是_________，發(fā)生_________(填“氧化”或“還原”)反應，電解質(zhì)溶液是_____________。（2）正極上出現(xiàn)的現(xiàn)象是____________________________________________。（3）若導線上轉(zhuǎn)移電子1mol，則生成銀_________g。Ⅱ．有甲、乙兩位同學均想利用原電池反應檢測金屬的活動性順序，兩人均用鎂片和鋁片作電極，但甲同學將電極放入6mol·L1的H2SO4溶液中，乙同學將電極放入6mol·L1的NaOH溶液中，如圖所示。（1）寫出甲中正極的電極反應式：___________________________________。（2）乙中負極為________，總反應的離子方程式：________________________。（3）如果甲與乙同學均認為“構(gòu)成原電池的電極材料都是金屬時，則構(gòu)成負極材料的金屬應比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，由此他們會得出不同的實驗結(jié)論，依據(jù)該實驗實驗得出的下列結(jié)論中，正確的有____________。A．利用原電池反應判斷金屬活動性順序時應注意選擇合適的介質(zhì)B．鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強C．該實驗說明金屬活動性順序表已過時，沒有實用價值了D．該實驗說明化學研究對象復雜、反應受條件影響較大，因此具體問題應具體分析【答案】Ⅰ