高中化學(xué) 專題2 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 2.3.1 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能教學(xué)實(shí)錄 蘇教版必修2

高中化學(xué)專題2化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化2.3.1化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能教學(xué)實(shí)錄蘇教版必修2學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具課程基本信息1.課程名稱：高中化學(xué)專題2化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化2.3.1化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能教學(xué)實(shí)錄

2.教學(xué)年級(jí)和班級(jí)：高一年級(jí)（1）班

3.授課時(shí)間：2022年10月18日上午第三節(jié)課

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.發(fā)展科學(xué)探究能力：通過實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、解釋現(xiàn)象的能力。

2.培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化在自然界和工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，形成正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀。

3.提升科學(xué)思維能力：通過化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和辯證思維能力，理解能量守恒定律在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)，

①理解化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的基本原理，包括原電池的工作原理和電化學(xué)反應(yīng)過程。

②掌握原電池的構(gòu)成要素和電極反應(yīng)，能夠分析電池的正負(fù)極反應(yīng)和電子流動(dòng)方向。

③理解電動(dòng)勢(shì)的概念及其計(jì)算方法，能夠根據(jù)電池反應(yīng)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)。

2.教學(xué)難點(diǎn)，

①理解化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能過程中的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，包括氧化還原反應(yīng)和電子轉(zhuǎn)移。

②掌握電極反應(yīng)的書寫和平衡計(jì)算，能夠分析電極反應(yīng)的平衡常數(shù)和反應(yīng)速率。

③理解電池內(nèi)阻對(duì)電動(dòng)勢(shì)和電池效率的影響，能夠解釋電池放電過程中的能量損失。

④將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，例如分析不同電池的類型和性能，以及其在實(shí)際生活中的應(yīng)用。教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：

1.講授法：結(jié)合多媒體課件，系統(tǒng)講解原電池的原理和電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，幫助學(xué)生建立理論基礎(chǔ)。

2.實(shí)驗(yàn)法：通過實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

3.討論法：組織學(xué)生圍繞電池的類型、性能和應(yīng)用進(jìn)行討論，激發(fā)學(xué)生的思考和探究欲望。

教學(xué)手段：

1.多媒體課件：利用PPT展示化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化的原理圖、電池結(jié)構(gòu)圖等，直觀展示教學(xué)內(nèi)容。

2.視頻播放：通過實(shí)驗(yàn)視頻或動(dòng)畫，演示電池工作過程，提高學(xué)生的直觀感受。

3.在線資源：引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，如電池技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。教學(xué)實(shí)施過程1.課前自主探索

教師活動(dòng)：

發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：教師通過在線平臺(tái)發(fā)布PPT和實(shí)驗(yàn)視頻，要求學(xué)生預(yù)習(xí)原電池的工作原理和電動(dòng)勢(shì)的基本概念。

設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：例如，“原電池中的化學(xué)反應(yīng)是如何產(chǎn)生電流的？”和“如何計(jì)算原電池的電動(dòng)勢(shì)？”

監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：通過在線平臺(tái)的數(shù)據(jù)監(jiān)控學(xué)生觀看視頻的時(shí)長(zhǎng)和提交預(yù)習(xí)筆記的情況。

學(xué)生活動(dòng)：

自主閱讀預(yù)習(xí)資料：學(xué)生通過PPT和視頻學(xué)習(xí)原電池的基本原理。

思考預(yù)習(xí)問題：學(xué)生針對(duì)預(yù)習(xí)問題進(jìn)行思考，并記錄下自己的疑問。

作用與目的：

通過預(yù)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)υ姵赜幸粋€(gè)初步的了解，為課堂學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.課中強(qiáng)化技能

教師活動(dòng)：

導(dǎo)入新課：教師通過展示手機(jī)充電電池的圖片，引出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)際應(yīng)用。

講解知識(shí)點(diǎn)：詳細(xì)講解原電池的構(gòu)成、電極反應(yīng)和電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算方法。

組織課堂活動(dòng)：進(jìn)行原電池組裝實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自體驗(yàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程。

學(xué)生活動(dòng)：

聽講并思考：學(xué)生跟隨老師的講解，積極思考并記錄關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

參與課堂活動(dòng)：學(xué)生參與原電池實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

作用與目的：

通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠直觀地理解原電池的工作原理，掌握電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算方法。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動(dòng)：

布置作業(yè)：學(xué)生完成原電池電動(dòng)勢(shì)計(jì)算的相關(guān)題目，鞏固所學(xué)知識(shí)。

提供拓展資源：推薦學(xué)生閱讀關(guān)于電池技術(shù)的科普文章，了解電池的發(fā)展和應(yīng)用。

學(xué)生活動(dòng)：

完成作業(yè)：學(xué)生獨(dú)立完成作業(yè)，鞏固課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容。

拓展學(xué)習(xí)：學(xué)生通過閱讀拓展資源，了解電池技術(shù)的最新進(jìn)展。

作用與目的：

通過課后作業(yè)和拓展學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠進(jìn)一步加深對(duì)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的理解，并將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際情境中。拓展與延伸1.提供與本節(jié)課內(nèi)容相關(guān)的拓展閱讀材料

《化學(xué)電池的發(fā)展與應(yīng)用》：介紹化學(xué)電池的歷史、類型、工作原理以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如手機(jī)、電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能電池等。

《電化學(xué)原理》：深入探討電化學(xué)的基本概念、電化學(xué)反應(yīng)、電極過程和電池理論，適合對(duì)電化學(xué)有進(jìn)一步興趣的學(xué)生。

《電池回收與環(huán)?！罚宏U述電池回收的重要性、回收流程以及環(huán)保措施，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。

《電化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用》：介紹電化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，如生物傳感器、生物電分析等，激發(fā)學(xué)生對(duì)交叉學(xué)科的興趣。

2.鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課后自主學(xué)習(xí)和探究

課題一：研究不同類型電池的能量密度和環(huán)保性能

目的：通過對(duì)比不同類型電池的性能，了解電池技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及如何選擇合適的電池應(yīng)用于不同場(chǎng)景。

方法：查閱資料，對(duì)比分析鋰電池、鎳氫電池、燃料電池等不同類型電池的能量密度、壽命、環(huán)保性能等指標(biāo)。

課題二：設(shè)計(jì)并制作簡(jiǎn)易原電池

目的：通過動(dòng)手實(shí)踐，加深對(duì)原電池工作原理的理解，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

方法：利用家中的材料，如銅片、鋅片、鹽水和導(dǎo)線，設(shè)計(jì)并制作簡(jiǎn)易原電池，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

課題三：探究電化學(xué)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

目的：了解電化學(xué)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

方法：研究電化學(xué)傳感器在水質(zhì)監(jiān)測(cè)、大氣污染監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，分析其原理和優(yōu)勢(shì)。

課題四：研究電化學(xué)在能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

目的：探討電化學(xué)在能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用前景，激發(fā)學(xué)生對(duì)新能源技術(shù)的興趣。

方法：研究超級(jí)電容器、燃料電池等新能源技術(shù)，分析其原理、優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用。

課題五：探究電化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

目的：了解電化學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和跨學(xué)科能力。

方法：研究電化學(xué)傳感器在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)、疾病診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用，分析其原理和優(yōu)勢(shì)。典型例題講解例題1：計(jì)算下列原電池的電動(dòng)勢(shì)：

\[\text{Zn(s)}|\text{Zn}^{2+}(0.1\text{mol/L})||\text{Cu}^{2+}(0.01\text{mol/L})|\text{Cu(s)}\]

解答：

首先，查找標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：

\[\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}=-0.76\text{V}\]

\[\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}=+0.34\text{V}\]

然后，計(jì)算電動(dòng)勢(shì)：

\[E^0=E^0_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}}-E^0_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}}=0.34\text{V}-(-0.76\text{V})=1.10\text{V}\]

由于溶液濃度的影響，我們需要使用Nernst方程來計(jì)算實(shí)際電動(dòng)勢(shì)：

\[E=E^0-\frac{0.0592}{n}\log\frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Cu}^{2+}]}\]

其中，n是轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，對(duì)于Zn和Cu的反應(yīng)，n=2。

代入數(shù)值：

\[E=1.10\text{V}-\frac{0.0592}{2}\log\frac{0.1}{0.01}=1.10\text{V}-0.0296\times1=0.9704\text{V}\]

例題2：計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，以下電池的電動(dòng)勢(shì)：

\[\text{Ag(s)}|\text{Ag}^+(1\text{mol/L})||\text{Fe}^{3+}(1\text{mol/L})|\text{Fe}^{2+}(1\text{mol/L})|\text{Pt(s)}\]

解答：

查找標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：

\[\text{Ag}^+/\text{Ag}=+0.80\text{V}\]

\[\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}=+0.77\text{V}\]

計(jì)算電動(dòng)勢(shì)：

\[E^0=E^0_{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}}-E^0_{\text{Ag}^+/\text{Ag}}=0.77\text{V}-0.80\text{V}=-0.03\text{V}\]

由于電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值，這意味著反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下是自發(fā)的。

例題3：計(jì)算在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，以下電池的電動(dòng)勢(shì)：

\[\text{Pb(s)}|\text{PbSO}_4(s)||\text{H}^+(1\text{mol/L})|\text{H}_2(g)|\text{Pt(s)}\]

解答：

查找標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：

\[\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}=-0.13\text{V}\]

\[\text{H}^+/\text{H}_2=0.00\text{V}\]

計(jì)算電動(dòng)勢(shì)：

\[E^0=E^0_{\text{H}^+/\text{H}_2}-E^0_{\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}}=0.00\text{V}-(-0.13\text{V})=0.13\text{V}\]

使用Nernst方程計(jì)算實(shí)際電動(dòng)勢(shì)：

\[E=E^0-\frac{0.0592}{2}\log\frac{[\text{H}^+]}{P_{\text{H}_2}}\]

假設(shè)氫氣的分壓為1大氣壓，代入數(shù)值：

\[E=0.13\text{V}-\frac{0.0592}{2}\log\frac{1}{1}=0.13\text{V}\]

例題4：計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，以下電池的電動(dòng)勢(shì)：

\[\text{Cu(s)}|\text{Cu}^{2+}(1\text{mol/L})||\text{Sn}^{2+}(1\text{mol/L})|\text{Sn(s)}\]

解答：

查找標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：

\[\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}=+0.34\text{V}\]

\[\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}=-0.14\text{V}\]

計(jì)算電動(dòng)勢(shì)：

\[E^0=E^0_{\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}}-E^0_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}}=-0.14\text{V}-0.34\text{V}=-0.48\text{V}\]

由于電動(dòng)勢(shì)為負(fù)值，這意味著反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下是非自發(fā)的。

例題5：計(jì)算在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，以下電池的電動(dòng)勢(shì)：

\[\text{Zn(s)}|\text{Zn}^{2+}(0.5\text{mol/L})||\text{Cu}^{2+}(0.5\text{mol/L})|\text{Cu(s)}\]

解答：

查找標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：

\[\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}=-0.76\text{V}\]

\[\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}=+0.34\text{V}\]

計(jì)算電動(dòng)勢(shì)：

\[E^0=E^0_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}}-E^0_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}}=0.34\text{V}-(-0.76\text{V})=1.10\text{V}\]

使用Nernst方程計(jì)算實(shí)際電動(dòng)勢(shì)：

\[E=E^0-\frac{0.0592}{2}\log\frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Cu}^{2+}]}\]

代入數(shù)值：

\[E=1.10\text{V}-\frac{0.0592}{2}\log\frac{0.5}{0.5}=1.10\text{V}\]課堂小結(jié)，當(dāng)堂檢測(cè)課堂小結(jié)：

本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識(shí)，重點(diǎn)探討了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程。通過學(xué)習(xí)，我們了解到原電池的工作原理、電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算方法以及電池的性能和應(yīng)用。

1.原電池的構(gòu)成要素包括電極、電解質(zhì)溶液和鹽橋（或隔膜）。

2.原電池中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。

3.電動(dòng)勢(shì)是衡量電池能量轉(zhuǎn)化效率的物理量，其計(jì)算公式為：

\[E=E^0-\frac{0.0592}{n}\log\frac{[\text{還原劑}]}{[\text{氧化劑}]}\]

4.電池性能包括電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻、能量密度等，選擇合適的電池需要綜合考慮這些因素。

5.電池的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括手機(jī)、電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能電池等。

當(dāng)堂檢測(cè)：

1.簡(jiǎn)述原電池的工作原理。

2.計(jì)算以下電池的電動(dòng)勢(shì)：

\[\text{Cu(s)}|\text{Cu}^{2+}(1\text{mol/L})||\text{Ag}^+(1\text{mol/L})|\text{Ag(s)}\]

3.解釋以下電池內(nèi)阻對(duì)電動(dòng)勢(shì)的影響。

4.簡(jiǎn)述電池能量密度的概念及其在電池選擇中的應(yīng)用。

5.分析以下電池的性能：

\[\text{Li-ion}\text{電池}:\text{電動(dòng)勢(shì)}=3.7\text{V},\text{能量密度}=150\text{Wh/kg}\]

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