《化學(xué)能與電能》教案一、教材分析“化學(xué)能與電能”是高中化學(xué)必修課程中化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的內(nèi)容，與元素化合物的知識(shí)相比，“化學(xué)能與電能”概念的建構(gòu)過(guò)程具有豐富的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展價(jià)值，是高中一年級(jí)全體學(xué)生都要重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。該內(nèi)容可以安排2課時(shí)。第1課時(shí)的教學(xué)重點(diǎn)是：理解氧化還原反應(yīng)與原電池原理之間的關(guān)系，了解原電池的形成條件，分析簡(jiǎn)單原電池的工作原理；第2課時(shí)常見(jiàn)的化學(xué)電源及燃料電池。新課標(biāo)的內(nèi)容要求：知道化學(xué)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與其他能量形式的轉(zhuǎn)化，以原電池為例認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度初步認(rèn)識(shí)原電池的工作原理。學(xué)業(yè)要求：能舉出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)例，能辨識(shí)簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成要素，并能分析簡(jiǎn)單原電池的工作原理。因此，該節(jié)內(nèi)容重點(diǎn)是要讓學(xué)會(huì)建構(gòu)“原電池”的思維模型，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知，科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)。二、學(xué)情分析學(xué)生在前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)原理、電離模型、金屬活動(dòng)順序表等基礎(chǔ)知識(shí)，具有一定的元素觀、類別觀、轉(zhuǎn)化觀等核心觀念，同時(shí)也具有一定的實(shí)驗(yàn)探究能力和證據(jù)推理能力，但概括總結(jié)及遷移應(yīng)用能力不強(qiáng)。素養(yǎng)目標(biāo)【教學(xué)目標(biāo)】1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，基于證據(jù)推理加深對(duì)氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的理解。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，分析總結(jié)原電池的構(gòu)成條件。3．通過(guò)電極反應(yīng)、電子移動(dòng)方向、電極現(xiàn)象、溶液中離子的移動(dòng)方向等問(wèn)題的分析總結(jié)，理解原電池的工作原理。4.通過(guò)設(shè)計(jì)原電池的裝置圖，加深對(duì)原電池工作原理的應(yīng)用。【評(píng)價(jià)目標(biāo)】1．根據(jù)學(xué)生的回答和交流點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)理解及對(duì)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能的認(rèn)知水平。2．通過(guò)對(duì)原電池模型的建構(gòu)過(guò)程，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)原電池工作原理的本質(zhì)性理解和模型認(rèn)知核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。3．通過(guò)學(xué)生對(duì)原電池工作原理的分析總結(jié)，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)原電池工作原理的結(jié)構(gòu)化理解。4.通過(guò)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)原電池的裝置圖的分析點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)原電池的文化性理解。四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)1．教學(xué)重點(diǎn)：理解氧化還原反應(yīng)與原電池原理之間的聯(lián)系，了解原電池的形成條件，分析簡(jiǎn)單原電池的原理。2．教學(xué)難點(diǎn)：原電池的工作原理。 五、教學(xué)方法情境引入法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、實(shí)驗(yàn)探究法、歸納總結(jié)法、查閱資料法。六、教學(xué)設(shè)計(jì)思路①由常見(jiàn)幾種生活中的電池引出電能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生自主探索（電能從何而來(lái)？日常生活中是怎樣發(fā)電的？有無(wú)能量損耗？）。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。②分析電流產(chǎn)生的本質(zhì)是電子的定向移動(dòng)引起的，結(jié)合氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，能否利用氧化還原反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能呢？通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，總結(jié)原電池的構(gòu)成條件，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的核心素養(yǎng)。③通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)證據(jù)事實(shí)（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）的分析與歸納，及回答問(wèn)題，并用“宏-微-符”三重表征原電池的工作原理，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)“原電池工作工作原理”，有感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)。讓學(xué)生依據(jù)事實(shí)，分析研究對(duì)象的構(gòu)成要素和各要素的關(guān)系，建立模型。培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力及證據(jù)推理與模型認(rèn)知、宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)。④通過(guò)學(xué)生設(shè)計(jì)原電池，加深對(duì)原電池原理的應(yīng)用，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)。教學(xué)流程八、教學(xué)過(guò)程環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)環(huán)節(jié)一：情境引入，思考化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的可能性【展示】生活中常見(jiàn)的各種常用電池，比如手機(jī)、筆記本、電筒、鉛蓄電池等。【情境】同學(xué)們，你們能想象一下沒(méi)有電之后的生活嗎？【展示】火力發(fā)電廠的工作原理示意圖。【問(wèn)題1】根據(jù)圖示，分析火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化形式是怎樣的過(guò)程？【講述】火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化經(jīng)歷了多個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程的能量都不能100%完全轉(zhuǎn)化，有大量的能量損耗。因此，請(qǐng)思考以下兩個(gè)問(wèn)題：【問(wèn)題2】由于火力發(fā)電的每個(gè)環(huán)節(jié)都有大量的能量損耗，能否減少中間的環(huán)節(jié)，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能？【問(wèn)題3】由于煤作為不可再生資源，終有一天會(huì)用完。能不能找某一類物質(zhì)代替煤發(fā)電？如果可以，通過(guò)什么類型的反應(yīng)能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？火力發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程：化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能。思考化學(xué)能能否直接轉(zhuǎn)化為電能。環(huán)節(jié)二：原電池構(gòu)成條件的探究【演示實(shí)驗(yàn)】（實(shí)驗(yàn)儀器及藥品：金屬鋅片、銅片、導(dǎo)線、稀硫酸、電流表、燒杯等）（實(shí)驗(yàn)1）將銅片和鋅片插入裝有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象并解釋原因。（實(shí)驗(yàn)2）用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，觀察、比較導(dǎo)線連接前后的現(xiàn)象。（實(shí)驗(yàn)3）用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。（實(shí)驗(yàn)4）將銅片和鋅片分別插入裝有稀硫酸的兩個(gè)燒杯中，用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。【問(wèn)題4】根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)，你能畫(huà)一個(gè)該原電池工作原理的示意圖嗎？【板書(shū)】原電池：定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。【問(wèn)題5】請(qǐng)大家根據(jù)幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，分析原電池的形成需要哪些條件？【板書(shū)】2、原電池形成的條件：①要有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。②要有兩個(gè)不同的電極。③要形成閉合回路。【及時(shí)反饋1】下列各個(gè)裝置中能組成原電池的是()觀察實(shí)驗(yàn)、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析原因。思考、交流。結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)實(shí)物裝置圖，畫(huà)出簡(jiǎn)單的示意圖。環(huán)節(jié)三：原電池工作原理分析【問(wèn)題5】以鋅片、銅片和稀硫酸構(gòu)成的原電池實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，那么，該原電池是如何實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的呢？【問(wèn)題6】分析了鋅片、銅片和稀硫酸構(gòu)成的原電池的工作原理之后，請(qǐng)思考以下幾個(gè)問(wèn)題：①負(fù)極金屬一般是較活潑還是較不活潑的？②電子轉(zhuǎn)移的方向是怎樣的？③正負(fù)極材料的現(xiàn)象分別是怎樣的？④溶液中的陰陽(yáng)離子是移動(dòng)方向是怎樣的？【板書(shū)】原電池3、工作原理總反應(yīng)離子方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑負(fù)極Zn：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極Cu：2H++2e-=H2↑（還原反應(yīng)）根據(jù)所觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析、交流、總結(jié)、回答問(wèn)題。建立原電池工作原理的模型環(huán)節(jié)四：回扣主題，拓展應(yīng)用【問(wèn)題5】理論上任何一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池，請(qǐng)問(wèn)該反應(yīng)Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu設(shè)計(jì)成原電池，裝置圖該如何畫(huà)，請(qǐng)標(biāo)出正負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液？【小結(jié)】【講述】原電池裝置給我們的生活帶來(lái)了很多的便利，大家課后可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好，選擇一種化學(xué)電源（比如手機(jī)的鋰離子電池或者車用的鉛酸蓄電池或水果電池等），上網(wǎng)查閱資料，了解其工作原理。歸納總結(jié)，建立分析原電池工作原理的模型。課后查閱資料，了解一種或多種化學(xué)電源的工作原理。板書(shū)設(shè)計(jì)化學(xué)能與電能原電池定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置構(gòu)成條件：①要有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)②要形成閉合回路③要有兩個(gè)電極④要有電解質(zhì)溶液工作原理：總反應(yīng)離子方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑負(fù)極Zn：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極Cu：2H++2e-=H2↑（還原反應(yīng)）原電池工作原理模型十、課堂測(cè)評(píng)1．下列燒杯中盛放的都是稀硫酸，在銅電極上能產(chǎn)生氣泡的是()ABCD2．如圖所示的銅鋅原電池，下列說(shuō)法正確的是()A．電子由銅電極經(jīng)導(dǎo)線達(dá)到鋅片上B．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鋅片的質(zhì)量越來(lái)越小C．銅片的質(zhì)量減小，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．該裝置實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能3．在右圖所示的裝置中，a的活動(dòng)性比氫要強(qiáng)，b為碳棒，關(guān)于此裝置的各種敘述不正確的是()A．碳棒上有氣體放出，溶液的酸性減弱B．a(chǎn)是正極，b是負(fù)極C．導(dǎo)線中有電子流動(dòng)，電子從a極流到b極D．a(chǎn)極上發(fā)生了氧化反應(yīng)4．工業(yè)上利用FeCl3溶液作為腐蝕液刻蝕電路板，可將電路板上的銅溶解，利用該方案的實(shí)驗(yàn)原理可設(shè)計(jì)為原電池（裝置如圖所示）。寫(xiě)出該氧化還原反應(yīng)的離子方程式：________________________。該裝置中的負(fù)極材料是__________(填化學(xué)式)，正極反應(yīng)式是________________________。

【參考答案】1．【答案】D【解析】ACu和Ag均無(wú)法與溶液發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤；BCu和C均無(wú)法與溶液發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤；C裝置沒(méi)有形成閉合回路，錯(cuò)誤；D滿足構(gòu)成原電池的條件，有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，兩極，電解質(zhì)溶液和閉合回路，正確。2．【答案】B【解析】Zn做負(fù)極A電子由負(fù)極經(jīng)過(guò)外電路流到正極，錯(cuò)誤；B鋅片失去電子，不斷溶解，質(zhì)量減小，正確；C銅片在正極，質(zhì)量不變，錯(cuò)誤；D該裝置為原電池裝置，是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，錯(cuò)誤。3．【答案】B【解析】a為負(fù)極，b為正極Ab為正極，氫離子得電子變?yōu)闅錃馕龀觯芤核嵝詼p弱，正確；Ba為負(fù)極，錯(cuò)誤；C導(dǎo)線中電子從負(fù)極流到正極，從a到b，正確；Da為負(fù)極，失去電子化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，正確。4．【答案】Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+Cu2Fe3++2e-=2Fe2+【解析】該原電池設(shè)計(jì)利用的自發(fā)氧化還原反應(yīng)為Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，從反應(yīng)可以得出失去電子的為金屬銅，因此應(yīng)將Cu設(shè)置為電池的負(fù)極，正極材料選擇比Cu不活潑的金屬或者非金屬，例如碳棒，構(gòu)成原電池裝置后，電子從Cu片經(jīng)過(guò)外電路流到C棒上，溶液中的鐵離子到正極C棒上得到電子，化合價(jià)下降，得到產(chǎn)物亞鐵離子《化學(xué)平衡的特征與反應(yīng)條件控制》作業(yè)設(shè)計(jì)1．將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，下列敘述正確的是()A.兩燒杯中鋅片質(zhì)量均減小，銅片質(zhì)量均不變B.甲燒杯中鋅片和銅片表面均產(chǎn)生氣泡，乙燒杯中只有鋅片表面產(chǎn)生氣泡C.甲燒杯中銅片失去電子，乙燒杯中銅不參與化學(xué)反應(yīng)D.當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，甲燒杯中產(chǎn)生氫氣比乙燒杯中產(chǎn)生的氫氣多【參考答案】A【質(zhì)量水平】容易考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平原電池工作原理A考查對(duì)電極反應(yīng)的理解L2B考查對(duì)電極反應(yīng)及離子移動(dòng)的理解L1C考查對(duì)正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L1D考查對(duì)電極反應(yīng)及相關(guān)計(jì)算的理解L32．如圖是土豆電池的示意圖。土豆電池工作時(shí)，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A.Fe片作正極，F(xiàn)e－2e－===Fe2＋B.Cu片質(zhì)量減少C.電子由Fe片經(jīng)導(dǎo)線流向Cu片D.實(shí)現(xiàn)了電能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化【參考答案】C【質(zhì)量水平】容易考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平原電池工作原理A考查對(duì)正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L2B考查對(duì)電極反應(yīng)的理解L1C考查電子移動(dòng)方向的認(rèn)識(shí)L1D考查原電池定義L13.下列事實(shí)不能用電化學(xué)理論解釋的是()A.輪船水線以下的船殼上裝上一定數(shù)量的鋅塊B.銀質(zhì)獎(jiǎng)?wù)戮弥煤蟊砻孀儼礐.黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠D.純鋅與稀H2SO4反應(yīng)滴入少量的CuSO4溶液后反應(yīng)速率加快【參考答案】B【質(zhì)量水平】中等考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平原電池A考查對(duì)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L2B考查到金屬及其化合物知識(shí)L2C考查對(duì)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L2D考查對(duì)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L34．由鋅片和石墨棒作為電極的原電池，已知電極反應(yīng)分別是：石墨：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，鋅片：2Zn＋4OH－－4e－===2ZnO＋2H2O。下列說(shuō)法不正確的是()電子從石墨經(jīng)外電路流向鋅片 B.鋅片是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)C.石墨是正極，發(fā)生還原反應(yīng)D.該電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能【參考答案】A【質(zhì)量水平】容易考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平原電池工作原理A考查電子移動(dòng)方向的認(rèn)識(shí)L1B考查對(duì)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L1C考查對(duì)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L1D考查原電池定義L15．某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了能使LED燈發(fā)光的裝置，如圖所示。下列說(shuō)法不正確的是()A．鋅片是負(fù)極，電子由鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片B．氫離子在銅片表面被還原C．鋅電極質(zhì)量減少65g時(shí)，銅電極表面析出氫氣的體積是22.4LD．裝置中存在“化學(xué)能→電能→光能”的轉(zhuǎn)化【參考答案】C【質(zhì)量水平】容易考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平原電池A考查電子移動(dòng)方向的認(rèn)識(shí)L1B考查對(duì)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L1C考查對(duì)電極反應(yīng)及相關(guān)計(jì)算的理解L2D考查原電池定義L16．下圖所示的原電池中，隨著放電的進(jìn)行，下列選項(xiàng)(作縱坐標(biāo))中滿足圖中曲線關(guān)系的是()正極質(zhì)量 B.負(fù)極質(zhì)量C.溶液質(zhì)量 D.轉(zhuǎn)移的電子數(shù)【參考答案】A【質(zhì)量水平】中等考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平原電池A考查對(duì)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L1B考查對(duì)原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)的理解L1C考查對(duì)原電池工作原理的理解L2D考查對(duì)轉(zhuǎn)移電子數(shù)的認(rèn)識(shí)L27．如圖所示裝置，電流表G指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)X極逐漸變粗，Y極逐漸變細(xì)，Z是電解質(zhì)溶液，則X、Y、Z應(yīng)是下列各組中的()A.X是Zn，Y是Cu，Z為稀硫酸B.X是Cu，Y是Zn，Z為稀硫酸C.X是Fe，Y是Ag，Z為稀AgNO3溶液D.X是Ag，Y是Fe，Z為稀AgNO3溶液【參考答案】D【質(zhì)量水平】中等考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平原電池A考查對(duì)原電池工作原理的理解L2B考查對(duì)原電池工作原理的理解L2C考查對(duì)原電池工作原理的理解L2D考查對(duì)原電池工作原理的理解L28．有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增大b極有氣體產(chǎn)生，c極無(wú)變化d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是()A．a(chǎn)＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a(chǎn)＞b＞d＞c【參考答案】C【質(zhì)量水平】中等考點(diǎn)細(xì)化內(nèi)容質(zhì)量水平原電池A考查對(duì)原電池工作原理的理解L2B考查對(duì)原電池工作原理的理解L2C考查對(duì)原電池工作原理的理解L2D考查對(duì)原電池工作原理的理解L29．某科學(xué)探究小組為探究電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。下列對(duì)實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象或相關(guān)結(jié)論的敘述錯(cuò)誤的是()A．a(chǎn)和b不連接時(shí)，該裝置不能形成原電池，鐵片上有紅色的銅析出B．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí)，銅片為負(fù)極，發(fā)生的反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===CuC．無(wú)論a和b是否連接，鐵片均會(huì)被氧化，溶液中均有Fe2＋生成D．a(chǎn)和b用