4.1.1寻求稳定高效的化学电源 教学设计 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 第一节 原电池（第一课时） 寻求稳定高效的化学电源 一、课标呈现 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。了解原电池的工作原理。 二、教学内容分析 1.内容分析 在必修课程中学生已经了解，将锌片、铜片置于稀硫酸中并以导线连接起来可以组成 原电池，这为本节教学奠定了基础。但是，对于大多数学生来说， 双液电池在装置和工作原 理方面都比单液更加复杂，这会导致一些学生产生困惑。为此，本节基于真实情境引发问题， 设计实验进行探究解决问题，引导学生逐步认识和理解原电池的工作原理及其应用。 2.素养呈现 通过观察铜-锌单液原电池驱动小风扇，发现并提出问题： (1)该装置中发生了哪些能量 转化？ (2)在正极、负极上分别发生了什么反应？(3)衰减的原因可能是什么？ (4)你能否设计 防止电流衰减的装置？通过问题的分析与解决，由单液电池过渡到双液原电池，认识盐桥因 素对双液原电池性能的影响。通过双液原电池的设计助力原电池思维模型的建构， 逐步形成 证据推理与模型建构，科学探究和创新意识等化学核心素养。再通过对影响双液原电池电流 大小因素的探究，逐步建构和发展对生活中的交换膜电池的设计与工作原理的认识，体现化 学学科科学价值和社会责任。 三、学情分析 通过必修教学内容的学习，学生已经具备一定的电化学基础知识、实验观察与探究和 分析问题与解决问题的能力。但知识迁移能力、发散思维和创新思维能力等方面有待培养和 提高。因此本节课需要重点引导学生认识双液原电池原理、探究影响双液原电池电流大小的 因素， 建构原电池的思维模型。 四、教学目标 1.通过原电池实验， 认识电极反应、电极材料、离子导体、电子导体是电池构成的四 个要素，初步建立原电池的认知模型。 2.通过对铜-锌单液原电池驱动小风扇存在问题分析与解决，认识双液原电池中的盐桥 的作用和工作原理，完善原电池思维模型，并能用化学符号表征双液电池所发生的的电极反 应与电池反应。 3.通过对影响双液原电池电流大小因素的探究， 逐步建构和发展对生活中的交换膜电 池的设计与工作原理的认识。体会实验对认识和研究化学问题的重要作用， 形成证据意识。 4.通过对化学电源发展史的了解，能从物质转化与能量转化的视角分析新型电池的研 发，培养责任意识和创新精神。 五、教法与学法 1.教法：情境激学法、实验探究法。 2.学法：分组实验探究法、分组讨论、归纳总结。 六、教学重难点 重点： 1.双液原电池的工作原； 电池与电极反应的表征。 2.原电池思维模型的建构；影响双液原电池电流大小因素的探究。 难点： 1.原电池思维模型的建构。 2.实验探究与创新， 基于证据推理和思维模型的建构。 七、教学流程 创设情境， 引入课题 石墨烯电池的应用 设计电池， 发现不足 —> 单液原电池的探究 实验探究， 改进电池 u 型管盐桥双液原电池的探究 深入探究， 优化电池 => 琼脂块双液原电池的探究 结合实际， 完善认知 隔膜电池原电池的使用 八、教学过程 环节一：创设情境，导入课题 【情境】石墨烯手机充电 5 秒钟，可以使用一周； 石墨烯新能源汽车， 充电 10 分钟，可以 续航 1000 公里。 【问】该电池为何能有如此长的待机时间和如此大的续航能力呢？ ………… . 引入本节课题。 【设计意图】激发学生的学习兴趣，培养学生观察生活中的现象并积极思考。 环节二：设计电池，发现不足 【复习】简单回顾原电池的构成条件和工作原理。 【学生分组实验 1】 【实验仪器及药品】： 铜片 1 条、锌片 1 条、连接线、 电流表、小水槽、小风扇、稀 H2SO4 利用所提供仪器及药品组装成铜锌单液电池。 1.观察锌片和铜片表面变化； 2.电流表是否偏转； 3.再看看该电池能不能使风扇转动， 注意观察风扇的转速。 （温馨提示：实验结束后，将电极从电解质溶液中取出后用水清洗并放入空烧杯中。） 【设计意图】学生观察到 Zn 片上也产生气泡，和必修一学习到的知识产生冲突， 从而激起 学生探究的兴趣。另外， 小风扇转速逐渐变慢也会引起学生的好奇。 【过渡】由此引出几个思考： 1.锌电极上为何也有气泡？ 2.电流表偏转， 小风扇转动，说明什么？ 3.小风扇转速逐渐变慢说明什么？ 4.你认为电流减弱的可能原因是什么？ 【讨论与交流】 1. Zn 与 H+直接接触而反应生成 H2 。锌片不纯，与杂质形成原电池发生反应。 2. 有电流产生 3. 电流减弱 4. Zn 与 H+直接接触发生化学反应，故极有可能有热能释放，从而影响了电能的产生。 【过渡】那是不是这样呢？引出数字化实验-----温度传感器。 【教师演示实验】利用温度传感器测定单液原电池中温度变化。 1.在刚刚的演示实验中