教學(xué)設(shè)計(jì)1：6.1.2-化學(xué)反應(yīng)與電能

第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量變化

第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)與電能【教材分析】作為高中必修階段的化學(xué)課程，本章內(nèi)容的編寫(xiě)力圖在初中化學(xué)相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)相關(guān)知識(shí)的了解，初步形成較為全面的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在初中學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，初步認(rèn)識(shí)了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。在此基礎(chǔ)上，本章進(jìn)一步介紹化學(xué)反應(yīng)中能量變化的基本知識(shí)及其應(yīng)用，拓展學(xué)生原有的化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識(shí)視角；另外，本章介紹化學(xué)反應(yīng)速率和限度的基本知識(shí)及其應(yīng)用，開(kāi)啟認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的新視角。能量變化側(cè)重介紹熱能和電能，并揭示化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)；速率和限度重點(diǎn)介紹反應(yīng)速率及其影響因素，并探討化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控。教材中通過(guò)多角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化和運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決化學(xué)實(shí)際問(wèn)題的例子，使學(xué)生在掌握化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)、能量變化的本質(zhì)、反應(yīng)速率和限度及其調(diào)控等學(xué)科核心知識(shí)的同時(shí)，體會(huì)科學(xué)分析與探究的方法，認(rèn)識(shí)化學(xué)學(xué)科價(jià)值，感受化學(xué)的魅力?！镀胀ɑ瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》對(duì)這一節(jié)的內(nèi)容要求如下：認(rèn)識(shí)物質(zhì)具有能量，認(rèn)識(shí)吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)，了解化學(xué)反應(yīng)體系能量改變與化學(xué)鍵的斷裂和形成有關(guān)。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。體會(huì)提高燃料的燃燒效率、開(kāi)發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。本節(jié)內(nèi)容主要包括化學(xué)反應(yīng)中的熱能和電能。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)中的電能，教材主要介紹原電池原理及應(yīng)用—化學(xué)電池。熱能和電能作為化學(xué)反應(yīng)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(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿脑?。本?jié)重點(diǎn)知識(shí)理論性強(qiáng)，微觀分析多，較為抽象；知識(shí)內(nèi)涵豐富，信息量大?！窘虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)】【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能之間轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)。2、理解原電池的概念及工作原理和構(gòu)成條件。3、了解干電池、充電電池、燃料電池等發(fā)展中的化學(xué)電源的特點(diǎn)。4、能正確書(shū)寫(xiě)簡(jiǎn)單化學(xué)電源的電極反應(yīng)式?！竞诵乃仞B(yǎng)】1、科學(xué)探究：認(rèn)識(shí)構(gòu)成原電池的條件及其原理，判斷原電池的正負(fù)極。2、創(chuàng)新意識(shí)：利用原電池原理能設(shè)計(jì)原電池。3、宏觀辨識(shí)與微觀探析：會(huì)分析物質(zhì)化學(xué)變化中的能量變化與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。【教學(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)；化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置特點(diǎn)及原理。難點(diǎn)：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置特點(diǎn)及原理。【課前準(zhǔn)備】多媒體、原電池裝置【教學(xué)過(guò)程】【引入】我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔苤饕獊?lái)自火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電是通過(guò)化石燃料燃燒時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電?；鹆Πl(fā)電過(guò)程中，化學(xué)能經(jīng)過(guò)一系列能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，間接轉(zhuǎn)化為電能。其中，燃燒（氧化還原反應(yīng)）是關(guān)鍵?！舅伎寂c交流】能否把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？1、煤炭是非可再生資源，會(huì)造成能源危機(jī)；2、煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生污染性氣體；3、經(jīng)多次轉(zhuǎn)換，能量損耗大，燃料的利用率低。【實(shí)驗(yàn)探究】【實(shí)驗(yàn)6-3】(1)將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。(2)用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，觀察、比較導(dǎo)線連接前后的現(xiàn)象。(3)如圖6-6所示，用導(dǎo)線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)。現(xiàn)象：當(dāng)鋅片與銅片插入稀硫酸時(shí)，鋅片上有氣泡產(chǎn)生，銅片上無(wú)氣泡產(chǎn)生；用導(dǎo)線將鋅片和銅片相連后，銅片上有氣泡產(chǎn)生；串聯(lián)電流表后，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明導(dǎo)線中有電流通過(guò)?！咎釂?wèn)】怎么解釋這種現(xiàn)象？【回答】Zn比Cu活潑，用導(dǎo)線連在一起時(shí)，Zn片失去的電子變成Zn2+進(jìn)入溶液。鋅片：Zn－2e－=Zn2+（氧化反應(yīng)）電子經(jīng)導(dǎo)線流向Cu片，溶液中的H＋由于電場(chǎng)作用下移向Cu片得電子被還原成H2。銅片：2H+＋2e－=H2↑（還原反應(yīng)）【講解】1.定義：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置，稱為原電池2.正負(fù)極：正極：電子流進(jìn)（或電流流出）的一極負(fù)極：電子流出（或電流流進(jìn)）的一極3.電極反應(yīng)：電極材料原電池正負(fù)極電極反應(yīng)式發(fā)生的反應(yīng)Zn片負(fù)極Zn－2e－=Zn2+氧化反應(yīng)Cu片正極2H+＋2e－=H2↑還原反應(yīng)電極總離子反應(yīng)Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑【小結(jié)】4.工作原理：原電池總反應(yīng)式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；5.構(gòu)成條件理論上，自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。具體條件是：①具有活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極(金屬與金屬或金屬與能導(dǎo)電的非金屬)；②溶液：兩電極均插入電解質(zhì)溶液中；③導(dǎo)線：兩極用導(dǎo)線相連，形成閉合回路?！菊n堂練習(xí)】請(qǐng)?jiān)趫D上標(biāo)出電子的流動(dòng)方向和電流方向，并判斷正負(fù)極，寫(xiě)出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式?！菊n堂活動(dòng)】簡(jiǎn)易電池的設(shè)計(jì)與制作【課堂練習(xí)】1、一個(gè)電池反應(yīng)的離子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，該反應(yīng)的的原電池正確組合是（C）ABCD正極ZnCuCuFe負(fù)極CuZnZnZn電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl【閱讀與思考】常見(jiàn)的化學(xué)電源【講解】三、常見(jiàn)的化學(xué)電源常見(jiàn)的鋅錳干電池的構(gòu)造如圖6-10所示。其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質(zhì)溶液，鋅筒作負(fù)極。在使用過(guò)程中，電子由鋅筒（負(fù)極）流向石墨棒（正極），鋅逐漸消耗，二氧化錳不斷被還原，電池電壓逐漸降低，最后失效。這種電池放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無(wú)法逆向進(jìn)行），屬于一次電池。負(fù)極(Zn)：Zn－2e－=Zn2+正極(C)：2MnO2+2NH4++2e－=Mn2O3+2NH3↑+H2O總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O有些電池放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)放電（化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能）與充電（電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能）的循環(huán)。這種充電電池屬于二次電池。常見(jiàn)的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車上使用的大多是鉛酸蓄電池。負(fù)極(Pb)：Pb+－2e－=PbSO4正極(PbO2)：PbO2+4H+++2e－=PbSO4+2H2O總反應(yīng)：Pb+PbO2+4H++2=2PbSO4+2H2O燃料電池是一種將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點(diǎn)。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上。當(dāng)以氫氣為燃料時(shí)，產(chǎn)物為水；以甲烷為燃料時(shí)，產(chǎn)物為水和二氧化碳。與常規(guī)發(fā)電廠相比，其二氧化碳排放量明顯降低。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是從外部提供，這時(shí)電池起著類似試管、燒杯等反應(yīng)器的作用。燃料電池的供電量易于調(diào)節(jié)，能適應(yīng)用電器負(fù)載的變化，而且不需要很長(zhǎng)的充電時(shí)間，在航天、軍事和交通等領(lǐng)城有廣闊的應(yīng)用前景?！净瘜W(xué)與職業(yè)】電池研發(fā)人員電池研發(fā)與生產(chǎn)、生活和軍事等領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)。電池研發(fā)人員的工作包括電池構(gòu)成材料的研制、電池性能的改進(jìn)和應(yīng)用的拓展等。以燃料電池為例，研發(fā)中需要研究電極、電解質(zhì)等電池基本構(gòu)成材料的性質(zhì)和材料之間的相容性；研究不同類型的電池構(gòu)成材料在不同用途時(shí)對(duì)溫度、濕度等環(huán)境因素的適應(yīng)性；還要研究使用什么樣的電池材料使電池的容量更大；等等。這些研究工作關(guān)系著電池的效率、壽命、安全性、適用性和制造成本。在許多科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)中，都有具備著扎實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)的研究人員從事電池研發(fā)工作?！究偨Y(jié)