6.1.2 简易电池的设计与制作 ——“化学能转化为电能”说课 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

基于“科学探究与创新意识”核心素养的实验教学化学能转化为电能 高中化学 1 01. 实验基本信息 02. 实验设计思路与创新点 03. 实验原理 04. 实验目标 05. 教学过程 06. 实验效果评价 2 实验基本信息 01 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 二、化学反应与电能 摘自人教版《化学必修第二册》第37页 4 实验设计思路与创新点 02 （一）学科核心素养 素养4 科学探究与创新意识 认识科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动；能发现和提出有探究价值的问题；能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究； 勤于实践，善于合作，敢于质疑，勇于创新。 摘自《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订 ）》第4页 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 课标分析 教材分析 设计思路与创新点 6 围绕资源、能源与环境等与可持续发展密切相关的问题开展综合实验项目。 鼓励教师将实验活动转化为探究性（或研究性）的实验任务，增加学生查找文献资料、深入阅读分析文献资料，并在此基础上设计和优化实验方案的机会。鼓励学生开展综合性、长周期的研究项目，培养学生通过团队合作与持续不断的努力来发展问题解决能力。 针对社会情境中与化学相关的某一真实问题开展项目研究，并形成项目研究成果，如项目研究报告、项目产品等。 摘自《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订 ）》第55、56、60、61页 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 课标分析 教材分析 设计思路与创新点 7 旧 新 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 课标分析 教材分析 设计思路与创新点 浸泡食盐水的滤纸 8 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 课标分析 教材分析 设计思路与创新点 食盐水 Zn Cu 学生普遍认为不存在自发的氧化还原反应 金属空气电池 常见考点 电化学腐蚀学习基础 未来绿色储能研发热点 浸泡食盐水的滤纸 正极反应物为氧气 9 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 课标分析 教材分析 设计思路与创新点 项目目标 教材素材 课程标准 项目成果 剖析 确立 开展团队合作项目 发展科学探究与创新意识核心素养 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 提高化学能转化为电能的效率 提升化学能转化为电能的稳定性 化学能与电能的相互转化 开发 实现 电池串联优化 优化盐水动力小车空气电池 开发柔性金属空气电池 优化金属空气电池给手机充电的 制作锌锰电池 制作铅蓄充电电池…… 10 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 课标分析 教材分析 设计思路与创新点 项目目标 项目成果 提高化学能转化为电能的效率 提升化学能转化为电能的稳定性 化学能与电能的相互转化 电池串联优化 优化盐水动力小车空气电池 开发柔性金属空气电池 优化金属空气电池给手机充电的 制作锌锰电池 开发 实现 制作铅蓄充电电池…… 发现问题 11 提出问题 查阅文献 作出假设 设计优化方案 实验探究 形成成果 实验原理 03 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 优化电池结构 优化电池材料 13 实验教学目标 04 知识储备 障碍点 发展点 教学目标 知识：物理电学、氧化还原反应、能量转换、原电池 工作原理及简单电极方程式书写。 实验技能：实验探究设计、电流表使用、电压表使用、电路连接。 知识：从原电池理论模型到实用电池设计制作，要求学生将抽象理论转化为具象产品，认知跨度较大。 实验技能：设计制作电池对实验操作能力要求高。 知识：独立设计制作电池并优化其结构，形成电池研发的基本思路，体会研制新型电池的重要性。 实验技能：进一步加强实验设计和操作能力，逐步形成从简单到复杂、局部到整体的科研方法。 重点：设计优化金属空气电池，制作锌锰电池，形成电池研发的基本思路。感受电池历史沿革和发展，落实“科学探究与创新意识”核心素养。 难点：优化金属空气电池，制作锌锰电池、铅蓄电池。 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 15 实验教学过程 05 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 水果电池中水果的作用是？ 提供酸性电解质 如何增大水果电池电流？ 使用酸度更大的水果 提出问题 300µA 120µA 作出假设 17 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 刘俊韬,史镜毓,龚颖,等.探究影响果蔬电池电压大小的因素[J].广西物理,2021,42(01):53-57. 杨玉琴.关于“水果电池”的实验探究[J].化学教学,2008,(01):17-18. 王冠雄.水果电池中水果性质对开路电压和短路电流的影响[J].当代化工研究,2017,(07):48-49. pH:苹果=西红柿 柠檬＜西红柿 电压：柠檬＜苹果＜西红柿 电流：苹果＜柠檬＜西红柿 【结论1】 水果提供电解质。除pH外，水果自身的细胞结构、果汁成分及浓度、内阻等均影响电流、电压 查阅资料 得到结论 18 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 李茂.水果电池的实验探究[J].物理教学,2009,31(08):26-27. 杨玉琴.关于“水果电池”的实验探究[J].化学教学,2008,(01):17-18. 刘俊韬,史镜毓,龚颖,等.探究影响果蔬电池电压大小的因素[J].广西物理,2021,42(01):53-57. 【结论2】除考虑水果种类外，选择活动性差异大的电极对，在不短路的前提下尽量减小电极间距，适当增大电极插入深度和与水果的接触面积等，均可增大电池电流、电压 19 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… Mg Cu Zn Cu Mg Zn 浸泡食盐水的滤纸 170µA 100µA 20µA 电极对活动性差异越大，电流越大 电流： 镁锌＜锌铜＜镁铜 做出假设 实验验证 20 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 更小 多个水果串联 一个水果串联 一张滤纸串联 更轻 思考：能否进一步优化简易电池结构，使之电压更大、体积更小？ 【结论2】除考虑水果种类外，选择活动性差异大的电极对，在不短路的前提下尽量减小电极间距，适当增大电极插入深度和与水果的接触面积等，均可增大水果电池电流 21 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 简易电池串联电压约为1.2V LED灯亮度较小 优化串联结构的简易电池电压约为1.8V LED灯亮度大 小结：优化串联结构的简易电池电压更大 22 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 更小 多个水果串联 一个水果串联 一张滤纸串联 更轻 滤纸串联优化 更高效 A.Volta 1745-1827 伏打电堆实物图 23 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 伏打电堆的工作原理 负极：Zn − 2e-＝ Zn2+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝ 2H2O 总反应：2Zn+O2+2H2O=2Zn(OH) 2 24 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 金属空气电池介绍 【主要类型】锂、镁、锌、铝空气电池等 【优点】转换率高、能量密度高、放电稳定、环境友好、低成本等 【应用】中小型移动电源、小型便携式电子装置电源、水下军用装置的电源、大规模储能装置、电动车电池等领域 25 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 镁片 碳片 项目目标：提高电池化学能转换为电能的效率 思考：如何优化盐水动力车电池，使小车跑得更快？ 更轻更廉价 减小电极间距，减轻电池质量，提高能量密度 26 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 性能最佳 27 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 开发可穿戴柔性电池 寻找柔性电极材料 镁箔 关键 负极材料 正极材料 思考：能否设计制作一个柔性可穿戴的电池呢? 28 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 思考：如何开发更经济环保的金属空气电池给手机充电？ 29 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 王焕锋.金属空气电池双功能正极催化剂的制备及电化学性能研究[D].吉林大学,2019. 电池研发方向 能量密度提升 寿命延长 安全性保障 成本控制 环境友好 电池管理系统 温术来,李向红,孙亮,等. 金属空气电池技术的研究进展 [J]. 电源技术, 2019, 43 (12): 2048-2052. 30 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 升压模块 以活性炭为原料，与金属网、催化层压合制成的活性电极 赵倩. 铝空气电池电解质优化设计与电化学性能研究[D]. 中南大学, 2023. DOI:10.27661/d.cnki.gzhnu.2023.004953. 电解质溶液： 4 mol/L KOH(aq) 31 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 市售镁空气电池腐蚀情况 项目目标：提升电池化学能转换成电能的稳定性 思考：如何使小车跑得更久？ 32 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 黄海兰,梁干,韦跃洪,等.以化学史为真实情境发展学生核心素养——以“原电池”为例[J].化学教与学,2023,(15):31-36+46. 33 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 通过查阅资料，同学们认识了锌锰干电池的结构和工作原理，经过反复实验优化，同学们最终确定了自制锌锰干电池制作方案，并成功制作了锌锰干电池。 34 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 碳棒 二氧化锰和乙炔黑 锌筒 正极材料 正极反应物 增强导电性 隔膜 负极材料 负极反应物 自制锌锰干电池 纸巾 通过查阅资料，同学们认识了锌锰干电池的结构和工作原理，经过反复实验优化，同学们最终确定了自制锌锰干电池制作方案，并成功制作了锌锰干电池。 35 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 自制锌锰干电池持续工作 43分36秒 优化镁空电池持续工作 11分08秒 价廉 稳定 方便 安全 36 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 二氧化铅 铅 项目目标：实现化学能与电能的相互转化 思考：如何制作一个可充电电池？ 37 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 38 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 教材实验 水果电池 简易电池 演示原电池趣味实验 教材改进 简易电池串联优化 项目研究 优化金属空气电池 柔性可穿戴电池 金属空气电池给手机充电 项目进阶 锌锰电池 铅蓄电池 …… 39 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 摘自人教版《化学必修第二册》第39页 40 实验效果评价 06 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 同学们将项目研究“化学能转化为电能”的研究成果攥写为研究报告。 42 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 43 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 优化电池结构 优化电池材料 44 改变结构 实验信息 实验设计思路与创新点 实验原理 实验目标 实验过程 实验效果评价 优化材料 探索未来…… 1 有机融合学科前沿 2 精心创新项目研究 3 理论实践外显思维 实现了学生分析性思维到创造性思维的突破，将抽象的理论模型转化为具象的真实产品。 重视STSE内容主题的选择与组织，紧密联系生活实际，学生认识到化学能够创造更多物质财富。 充分体现了化学实验的独特价值，精心、创新设计实验探究项目。 45 优化简易电池串联结构 优化镁空气电池让小车跑得更快 制作柔性可穿戴电池 制作可供手机充电铝空气电池 稳定性更佳的锌锰电池让小车跑得更久 可充电铅蓄电池制作、锂离子电池文献研究…… 谢谢! 2024.07 中国·成都 46 $$