第2节 化学能转化为电能——电池 第1课时（教学设计）化学鲁科版2019选择性必修1

第2节 化学能转化为电能——电池 第1课时 原电池的工作原理 一、知识目标 1.掌握原电池工作原理，提高对原电池本质的认识 2.认识化学能转化成电能的实际意义及其重要应用。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识原电池将化学能转化为电能的现象，从微观角度理解原电池内部电子、离子的移动和电极反应的本质。 2.证据推理与模型认知：通过实验现象和数据分析，建立原电池工作原理的模型，培养逻辑推理和归纳总结能力。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究原电池的构成和工作原理，培养科学探究能力和创新思维，体会化学实验在化学研究中的重要性。 4.科学态度与社会责任：认识化学能转化为电能的实际意义及其重要应用，了解化学对社会发展的贡献，培养科学态度和社会责任意识。 一、教学重点 原电池工作原理。 二、教学难点 理解原电池工作原理，尤其是盐桥的作用； 根据氧化还原反应设计原电池。 本节教学内容源于相关教材中化学反应原理模块，具体为第一章《化学反应与能量转化》第二节《化学能转化为电能——电池》的第1课时《原电池的工作原理》。化学反应原理是高中化学的重要组成部分，它对于学生理解化学反应的本质和规律，以及化学在实际生活中的应用具有重要意义。原电池作为化学能转化为电能的重要装置，是化学反应原理中的核心内容之一，在整个化学学科体系中具有承上启下的作用。 教材首先通过展示玉兔二号月球车、神舟飞船等图片，引入电的重要性，进而引出各种化学电池，激发学生的学习兴趣。接着，详细介绍了原电池的概念、构成要素和本质，通过具体的实验探究铜锌原电池的工作原理，包括电极反应、电子和离子的移动方向等。同时，教材还介绍了盐桥的作用，对比了不同原电池的优缺点。最后，通过课堂例题和课堂演练，帮助学生巩固所学知识，加深对原电池工作原理的理解和应用。 教学对象是初高中阶段的学生，他们在初中化学中已经对化学反应和能量变化有了一定的了解，但对于化学能如何转化为电能的具体原理还比较陌生。在思维能力方面，初高中学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们需要通过具体的实验和实例来理解抽象的化学概念和原理。在知识基础上，学生已经掌握了氧化还原反应的基本概念，知道化学反应中存在电子的转移，但对于电子转移与电能产生之间的联系还缺乏深入的认识。此外，学生在初中已经接触过一些简单的化学实验，但对于原电池这种较为复杂的实验装置和原理，可能需要一定的时间来理解和掌握。 在学习态度和兴趣方面，由于原电池的内容与生活实际密切相关，如各种化学电池的应用，学生可能会对这部分内容表现出较高的兴趣。但在学习过程中，可能会遇到一些困难，如电极反应式的书写、盐桥作用的理解等，需要教师给予适当的引导和帮助。因此，在教学过程中，教师应充分利用实验和多媒体等教学手段，引导学生积极参与探究活动，帮助学生建立起原电池的概念和工作原理，培养学生的科学思维和探究能力。 教学环节一 新课导入 【展示图片】同学们，老师先给大家展示几张图片。（展示玉兔二号月球车、神舟飞船的图片）大家看，玉兔二号在月球表面平稳行驶，神舟飞船成功遨游太空，它们都离不开电的支持。可以说“有了电，真方便，电的用处说不完”。 【引导思考】大家能说一说在我们的日常生活中，还有哪些地方离不开电吗？（给学生一些思考和发言时间，鼓励学生积极分享，如手机、电脑、电视等） 【展示化学电池图片】大家说得都很对。其实，在我们的生活中，有各种各样的化学电池在默默地为我们提供电能。（展示银锌电池、干电池、铅酸电池、镍氢电池、燃料电池、锂离子电池等图片）这些电池形态各异、用途广泛，那你们想不想知道它们是如何把化学能转化为电能的呢？ 【引出课题】今天，我们就一起来探究原电池的工作原理，揭开化学能转化为电能的神秘面纱。 设计意图 1.激发学生兴趣：通过展示高科技的玉兔二号月球车、神舟飞船图片，以及与学生生活息息相关的各种化学电池图片，能迅速吸引学生的注意力，激发他们对电和化学电池的好奇心和探索欲望，使学生积极主动地参与到课堂中来。 2.联系生活实际：引导学生思考生活中用电的场景，让学生感受到化学与生活的紧密联系，认识到化学知识在实际生活中的重要应用，提高学生对化学学科的认同感和学习热情。 3.引发思考，导入新课：从展示的图片和学生的讨论中，自然地引出关于化学电池如何将化学能转化为电能的问题，进而过渡到本节课的主题——原电池的工作原理，让学生明确学习目标，带着问题去探究新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学环节二 原电池的工作原理 活动一 认识原电池 【引入】同学们，我们来看一些图片，有玉兔二号月球车、神舟飞船。大家都知道，有了电，真方便，电的用处说不完！那这些设备运行的电是从哪里来的呢？其实很多是来自于化学电池。再看看这些用途广泛的各种化学电池，像银锌电池、干电池、铅酸电池、镍氢电池、燃料电池、锂离子电池等。那化学能是如何转化为电能的呢？这就是我们今天要学习的原电池的工作原理。 【问题】请同学们思考，什么是原电池呢？原电池的构成要素又有哪些？ 【学生思考】 1.经过思考和讨论，回答原电池的概念：把化学能转化为电能的装置。 2.尝试总结原电池的构成要素：①有两个活泼性不同的电极；②有电解质溶液或熔融电解质；③能形成闭合回路。 【讲解】评价、强调：原电池的本质是自发进行的氧化还原反应。我们可以简单记为“两根棒一桶水”，这里的“两根棒”就是两个电极，“一桶水”就是电解质溶液。通过原电池，我们能将化学能转化为电能，这在实际生活中有很重要的应用。 设计意图 通过展示航天设备和各种化学电池的图片，引起学生的兴趣，从生活实际引入原电池的概念，让学生感受到化学与生活的紧密联系。提出问题引导学生思考，培养学生的自主探究能力。 活动二 探究铜锌原电池 【引入】我们已经了解了原电池的基本概念和构成要素，接下来我们通过实验来探究铜锌原电池。大家看教材上的图1-2-2所示的铜锌原电池装置，思考这个装置是否能够构成原电池将化学能转化成电能呢？ 【问题】 1.请同学们按图1 - 2 - 2组装装置进行实验，观察并记录实验现象。 2.分析图1 - 2 - 2所示（a）（b）两个原电池各部分的作用，确定其电极反应物、电极材料和离子导体。 3.分析图1 - 2 - 2所示（a）（b）两个原电池的工作原理，写出电极反应。 4.比较图1 - 2 - 2所示（a）（b）两个原电池，说明各自的优缺点。 【学生活动】 1.分组进行实验，按图1 - 2 - 2组装装置，观察到图（a）和图（b）中检流计指针都发生了偏转，说明有电流产生，证明这两个装置都能构成原电池。 2.经过讨论分析得出： 对于图（a），电极反应物是锌和铜离子，电极材料是锌片和铜片，离子导体是(CuSO4)溶液。 对于图（b），电极反应物是锌和铜离子，电极材料是锌片和铜片，离子导体是(CuSO4)溶液、盐桥、(ZnSO4)溶液。同时了解到盐桥中通常装有琼脂凝胶，内含(KCl)或(NH4NO3)，盐桥中的离子能够定向移动，其作用是使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触（离子通路），还能平衡电荷（离子库，可以源源不断的供给需要的离子）。 3.分析原电池工作原理并写出电极反应： 图（a）和图（b）中，负极都是锌片，电极反应为(Zn - 2e- = Zn2+)，发生氧化反应；正极都是铜片，电极反应为(Cu2+ + 2e- = Cu)，发生还原反应。 4.比较两个原电池的优缺点：图（a）的缺点是放热，电流不稳定；图（b）的优点是电流稳定，缺点是电流小、需要不断更换盐桥。 【讲解】评价、强调：在原电池中，电子由负极流向正极，“电子不下水”；离子的移动规律是阳离子移向正极，阴离子移向负极，“正正负负”。盐桥在原电池中起到了很关键的作用，它能保证原电池持续稳定地工作。 设计意图 通过实验探究，让学生亲身体验原电池的工作过程，培养学生的实验操作能力和观察分析能力。提出一系列问题引导学生深入思考原电池的各部分作用、工作原理和优缺点，加深学生对原电池的理解。 活动三 原电池负极的判断方法及应用 【引入】我们已经了解了原电池的工作原理，那在一个原电池中，如何判断哪个是负极呢？这在解决很多原电池相关问题时非常重要。 【问题】请同学们思考并总结负极的判断方法有哪些？ 【学生思考】经过讨论总结得出：较活泼的一极（一般）、电子流出的一极、化合价升高的一极、发生氧化反应的一极、负离子移向的一极是负极。 【讲解】评价、强调：这些判断方法在不同的情境下都可以使用，但要注意“较活泼的一极（一般）”这个表述，在某些特殊情况下，比如在(NaOH)溶液中，镁和铝组成的原电池，铝反而作负极。我们通过一些例题来加深对负极判断方法的理解。 活动四 典例精讲 例1、下列装置中，能组成原电池的是( ) 【学生回答】ABCH 例2：分析下列装置形成原电池，谁作负极？ 【学生回答】Mg - Al在H2SO4溶液中，镁比铝活泼，镁作负极。 Mg - Al在NaOH溶液中，铝能与NaOH溶液反应，而镁不能，所以铝作负极。 例3：例2、一个完整的氧化还原反应可以拆分，写成两个“半反应”式，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。如氧化还原反应：2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2。 （1）可以写成氧化反应：_________________；还原反应：______________________ （2）请将此反应设计成带盐桥的原电池，画出装置图 【学生回答】（1）Cu－2e－＝Cu2+ 2Fe3++2e－＝2Fe2+ （2） 【设计意图】引导学生总结负极的判断方法，培养学生的归纳总结能力。通过具体的例题分析，让学生学会运用这些判断方法解决实际问题，加深对原电池负极的理解。 一、原电池工作原理 负极：失去电子，发生氧化反应 正极：得到电子，发生还原反应 电子：由负极流向正极 离子：阳离子移向正极，阴离子移向负极（正正负负） 二、负极的判断方法 原电池的工作原理 一、原电池 1.概念：化学能转化为电能的装置 2.本质：自发的氧化还原反应 3.构成要素 o两个活泼性不同的电极 o电解质溶液或熔融电解质 o闭合回路 二、原电池工作原理 1.电子流向：负极→正极 2.离子移动 o阳离子：正极 o阴离子：负极 3.电极反应 o负极：失电子，氧化反应 o正极：得电子，还原反应 三、负极判断方法 1.较活泼的一极（一般） 2.电子流出的一极 3.化合价升高的一极 4.发生氧化反应的一极 5.负离子移向的一极 练习1、判断下列说法是否正确 (1)原电池中电流的方向是负极→导线→正极( ) (2)原电池中负极发生的反应是还原反应( ) (3)锌铜原电池中电子由锌电极经过电解质溶液流向铜电极( ) (4)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极( ) (5)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属( ) 练习2、如下图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是( ) A.外电路的电流方向为：X→外电路→Y B.若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn C.若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y D.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 练习3、依据氧化还原反应：2Ag+ +Cu = Cu2++2Ag设计的原电池如右图所示。请回答下列问题： （1）电极X的材料是_______；电解质溶液Y是___________； （2）银电极为电池的___________极，电极反应为________________________；X电极上发生的电极反应为__________________； （3）外电路中的电子是从_____电极流向______电极。 练习4、用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有含KCl饱和溶液的琼胶）构成一个原电池（如下图）。以下有关该原电池的叙述正确的是( ) ①在外电路中,电子由铜电极流向银电极 ②正极反应为Ag++e- = Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A.只有①② B.①②④ C.只有②③ D.①③④ 练习6、如图是某同学设计的原电池装置： (1)电极Ⅰ上发生__________(填反应类型)，作_______(填电极名称)。 (2)电极Ⅱ的电极反应式为_________________。 (3)该原电池的总反应式为__________________________。 (4)盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼胶，其作用是_________________________。 在本次教学中，通过多种实例引入原电池概念，激发了学生的学习兴趣。在讲解原电池工作原理和构成要素时，结合实验和动画演示，学生理解起来相对轻松。但在讲解盐桥的作用和复杂原电池电极反应书写时，部分学生出现理解困难。 在今后教学中，对于抽象概念应增加更多生活实例辅助理解，多进行课堂互动，及时了解学生的困惑并给予解答。同时，加强课堂练习，让学生在实践中巩固知识，提高运用能力。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$