揭开电池的神秘面纱 教学设计 -2023-2024学年高二上学期生涯与学科融合规划教育

揭开电池的神秘面纱 台州市路桥中学 张红岗 教学目标 目标与素养 1、掌握简单原电池的构成条件，培养证据推理与模型认知的化学核心素养 2、掌握原电池中电子的转移方向、电流的方向、溶液中阴阳离子的运动方向，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养 3、通过介绍2019年诺贝尔化学奖获得者对锂离子电池的研究过程，培养科学探究与创新意识的化学核心素养 4、通过讨论现在锂离子电池的优点和缺点，以及电动汽车的应用前景，激发学生研发新型电池的兴趣，培养科学态度与社会责任的化学核心素养 情感与问题 1、通过对铜-锌-稀硫酸原电池的分组实验探究，培养小组交流、合作意识 过程与方法 1、通过对铜-锌-稀硫酸原电池的分组实验探究，使学生掌握铜-锌-稀硫酸原电池的特点，培养学生的实验观察能力和动手实验的能力 2、通过改变电极材料、电解液等方法，探究原电池的构成条件，培养学生科学探究的方法。 重点和难点 重点 1、简单原电池的构成条件 2、简单原电池的原理 3、简单原电池电极反应式的书写 难点 1、简单原电池电极反应式的书写 教学设计 【引入】：意大利医生和动物学家伽伐尼做青蛙解剖实验时发现：蛙腿放在玻璃板上，用两把叉子，一个叉尖是铜的，另一个叉尖是铁的，去碰蛙腿的神经和肌肉，碰一下，蛙腿就收缩一次。伽伐尼认为：动物本身内部存在着“动物电”，只有用一种以上的金属与之接触，这种“动物电”才会激发出来，伽伐尼观点：“动物电”。而伏打认为：只要是不同的金属接触就会产生微弱的电流，蛙腿的动是这种电流刺激的结果，而不是它自身带电，伏打的观点：“化学电”。 【学生思考与讨论1】：设计实验证明蛙腿收缩是因为“动物电”还是“化学电”？ 【学生回答】：将蛙腿改成氯化钠溶液和稀硫酸溶液，用电流计检验是否存在电流? 【教师演示实验】：Zn-Cu-NaCl溶液和Zn-Cu-稀H2SO4，用电流检验是否会产生电流 【结论】：蛙腿收缩，应该是“化学电”，是由两种不同的金属和电解质溶液共同产生的 【讲解】：1800年3月，伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆，这可以称得上是世界上第一个电池。只要把电堆的两端（极）用金属导线连接起来，便可获得持续的电流。 此外：伏打还把锌片和铜片放在盛有盐水或稀酸的杯中，放多个这样的小杯子串联起来，也组成了电池。 【学生分组实验】 任务一：将锌片和铜片分别插入稀硫酸的烧杯中，观察现象。 任务二：用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。 任务三：用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。 【学生回答】 任务一的实验现象：锌片上有气泡产生，铜片上无气泡 任务二的实验现象：锌片和铜片上都有气泡产生 任务三的实验现象：电流计指针发生了偏转 【教师讲解】：当插入稀硫酸的锌片和铜片用导线连接时，由于锌比铜活泼，与硫酸作用容易失去电子，被氧化成锌离子而进入溶液。锌片：Zn-2e- =Zn2+（氧化反应）；电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的氢离子从铜片获得电子，被还原成氢原子，氢原子结合成氢气分子从铜片上放出。铜片：2H++2e-=H2↑(还原反应) 把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，再以适当的方式连接起来，就可以获得电流． 【结论】：把化学能转化为电能的装置叫做原电池 【实验探究】：构成简单原电池的条件 下列装置能否构成原电池？ 【结论】：简单原电池的构成条件 （1）两种不同的金属（或一种金属与石墨）作电极 （2）插入电解质溶液里 （3）形成闭合回路 （4）发生自发进行的氧化还原反应 【学生思考与讨论2】:从原电池构成的条件看，为什么蛙腿会收缩？ 【学生回答】：1、铁棍做负极 2、铜钩做正极 3、体液中的NaCl溶液做电解质溶液 4、形成了闭合回路 5、溶解在溶液中的氧气做氧化剂得到电子 【趣味实验】：水果电池 【学生思考与讨论3】如果你设计电池，你认为用什么元素做负极更好？为什么？ 【学生回答】：锂，因为锂是金属中相对原子质量最小的元素，单位质量的锂提供的电子多 氢，因为氢是所有元素中相对原子质量最小的，单位质量的氢提供的电子多 【教师介绍】：瑞典皇家科学院将2019年诺贝尔化学奖授予以下三位科学家，以表彰他们在锂离子电池的发展方面作出的贡献。 锂离子电池的三大应用： 消费电池：运用于手机、笔记本电脑等电子产品 动力电池：运用于电动汽车 储能电池：运用于储能电站 【图片展示】介绍特斯拉汽车中的锂离子电池共7104节电池，重900公斤左右 【学生思考与讨论4】 你认为现在的锂离子电池完美吗？ 你认为现在的锂离子电池有什么缺点？ 【学生回答】：不够安全、充电时间太长、储存的电量还不够多、价格比较贵等 【教师介绍】：特斯拉汽车采用的三元锂电池（镍钴锰酸