《實(shí)驗(yàn)活動(dòng)6-化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能》教學(xué)設(shè)計(jì)課題 實(shí)驗(yàn)活動(dòng)6-化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能單元6學(xué)科化學(xué)年級(jí)高一教材分析本節(jié)教學(xué)內(nèi)容是人教版高中化學(xué)必修第二冊第章《實(shí)驗(yàn)活動(dòng)6-化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能》。高中化學(xué)新課程的一種重要理念是學(xué)習(xí)生活中的化學(xué),學(xué)習(xí)有用的化學(xué)。而能源是社會(huì)發(fā)展、人類文明進(jìn)步不可或缺的重要條件。本節(jié)課把化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化聯(lián)系起來,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到能源科學(xué)的發(fā)展與化學(xué)科學(xué)的發(fā)展息息相關(guān)。學(xué)生已經(jīng)掌握氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)中存在的能量的變化和轉(zhuǎn)化,這是學(xué)習(xí)本單元重要的知識(shí)基礎(chǔ)。這節(jié)課的內(nèi)容就是培養(yǎng)學(xué)生活躍的思維,大膽的創(chuàng)新,讓學(xué)生具備一定的自主探究的經(jīng)驗(yàn)和能力。在這一課時(shí)的教學(xué)中,首先利用學(xué)生日常生活中熟知的事物,創(chuàng)設(shè)問題情境導(dǎo)入新課,激發(fā)學(xué)生的探究欲往。其次,對原電池工作原理的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、需要較多想象的抽象思維概念,學(xué)生理解起來較為費(fèi)力。通過先設(shè)計(jì)幾個(gè)操作簡單、對比性強(qiáng)、現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生也能夠?qū)嶒?yàn)探究發(fā)現(xiàn)問題:化學(xué)反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生電能。再借助動(dòng)畫演示形象地分析原電池的工作原理,幫助學(xué)生更加快更深刻地理解原電池的工作原理。并且引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探究原電池的構(gòu)成條件,有效地反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的各種能力。本節(jié)安排了對比實(shí)驗(yàn)原電池實(shí)驗(yàn),原電池原理的應(yīng)用,這三部分內(nèi)容。學(xué)生通過學(xué)習(xí)這部分知識(shí),掌握原電池的構(gòu)成條件和原電池在生活中的應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析:通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和原因探究,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和質(zhì)疑精神,通過同組合作實(shí)驗(yàn)和全班共同交流培養(yǎng)合作精神和與人溝通交流分享的精神,在原電池的實(shí)驗(yàn)過程中,掌握形成原電池的構(gòu)成條件。證據(jù)推理與模型認(rèn)知:通過在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的對比,體會(huì)原電池的概念和原電池的形成,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)觀察能力及分析探究能力;通過體驗(yàn)科學(xué)探究的過程和化學(xué)研究的基本方法,培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的能力。科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí):從現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)出發(fā),設(shè)計(jì)探究方案,探究構(gòu)成原電池的因素,在探究中互利合作,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任:激發(fā)學(xué)生透過現(xiàn)象探究本質(zhì)的興趣,尊重科學(xué),認(rèn)真學(xué)習(xí)科學(xué)的學(xué)習(xí)方法;通過參與探究過程,培養(yǎng)自身嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和辯證分析能力重點(diǎn)難點(diǎn)原電池的原理和應(yīng)用。  教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課 我們知道在化學(xué)反應(yīng)中,化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能,下面我們自己親自動(dòng)手,來制作原電池。  講授新課實(shí)驗(yàn)活動(dòng)6---化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能一、對比實(shí)驗(yàn)   1.用導(dǎo)線將電流表分別與芯片、銅片相連接,使鋅片與銅片接觸,觀察電流表指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)?實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),說明鋅和銅接觸不能發(fā)生反應(yīng),沒有電流產(chǎn)生。.用導(dǎo)線將電流表分別與芯片、石墨棒相連接,使鋅片與銅片接觸,觀察電流表指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)?實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),說明沒有電流,說明鋅和石墨棒接觸不能發(fā)生反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:電極材料電流表指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)解釋鋅片、銅片不偏轉(zhuǎn)兩個(gè)相互連接的電極材料相互接觸,并不能產(chǎn)生電流。鋅片、石墨棒不偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:說明只有電極材料相互接觸并不能產(chǎn)生電流。   2.將鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯里,觀察現(xiàn)象。   實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:鋅片逐漸溶解,鋅片周圍有氣泡產(chǎn)生,鋅和稀硫酸發(fā)生了反應(yīng)。Zn+H2SO4=ZnSO4+H2   將鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯里,再插入銅片,觀察現(xiàn)象。   實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:鋅片逐漸溶解,鋅片周圍有氣泡產(chǎn)生,鋅和稀硫酸發(fā)生了反應(yīng),Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。把銅片插入稀硫酸,沒有現(xiàn)象產(chǎn)生,銅和稀硫酸不反應(yīng)。   將鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯里,再插入石墨棒,觀察現(xiàn)象。   實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:鋅片逐漸溶解,鋅片周圍有氣泡產(chǎn)生,鋅和稀硫酸發(fā)生了反應(yīng),Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。把石墨棒插入稀硫酸,沒有現(xiàn)象產(chǎn)生,石墨棒和稀硫酸不反應(yīng)。   實(shí)驗(yàn)結(jié)論電極材料實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋鋅片鋅片逐漸溶解,有氣泡產(chǎn)生Zn+H2SO4=ZnSO4+H2鋅片、銅片鋅片逐漸溶解,有氣泡產(chǎn)生、銅片無現(xiàn)象Zn+H2SO4=ZnSO4+H2鋅片、石墨棒鋅片逐漸溶解,有氣泡產(chǎn)生,石墨棒無現(xiàn)象Zn+H2SO4=ZnSO4+H2   實(shí)驗(yàn)結(jié)論:說明有電極材料和電解質(zhì)溶液,但是不用導(dǎo)線連接,也不能產(chǎn)生電流。    二、原電池實(shí)驗(yàn)   1.以Zn-Cu(稀硫酸)設(shè)計(jì)如圖原電池,觀察現(xiàn)象   實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:鋅片不斷溶解,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),銅四周不斷產(chǎn)生氣泡,說明產(chǎn)生了電流,形成了原電池。   鋅片(負(fù)極):氧化反應(yīng) Zn-2e-=Zn2+   銅片(正極):還原反應(yīng) 2H++2e-=H2   2.以Zn-石墨棒(稀硫酸)設(shè)計(jì)如圖原電池,觀察現(xiàn)象   實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:鋅片不斷溶解,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨棒四周不斷產(chǎn)生氣泡,說明產(chǎn)生了電流,形成了原電池。   鋅片(負(fù)極):氧化反應(yīng) Zn-2e-=Zn2+   石墨棒(正極):還原反應(yīng)  2H++2e-=H2   3.以Zn-石墨棒(稀硫酸)設(shè)計(jì)如圖原電池,觀察現(xiàn)象   實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:銅片無現(xiàn)象,電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨棒四周無現(xiàn)象,說明沒有產(chǎn)生電流,不能形成原電池。   實(shí)驗(yàn)結(jié)論:電極材料實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋鋅片、銅片鋅片不斷溶解,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),銅四周不斷產(chǎn)生氣泡,說明產(chǎn)生了電流,形成了原電池。鋅片:氧化反應(yīng) Zn-2e-=Zn2+銅片:還原反應(yīng)  2H++2e-=H2 鋅片、石墨棒鋅片不斷溶解,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨棒四周不斷產(chǎn)生氣泡,說明產(chǎn)生了電流,形成了原電池。鋅片:氧化反應(yīng) Zn-2e-=Zn2+石墨棒:還原反應(yīng)  2H++2e-=H2 銅片、石墨棒銅片無現(xiàn)象,電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),石墨棒四周無現(xiàn)象,說明沒有產(chǎn)生電流,不能形成原電池。不能發(fā)生反應(yīng) 原電池形成的必須條件:上面的三個(gè)實(shí)驗(yàn)表明,要構(gòu)成原電池,需要滿足以下條件:①兩種活潑性不同電極. (活潑性不同的金屬或一種金屬和另一種非金屬導(dǎo)體)②電極必須插入電解質(zhì)溶液 。③能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)。④電極用導(dǎo)線相連構(gòu)成閉合回路。問題討論1.根據(jù)以上實(shí)驗(yàn),說明原電池的工作原理和構(gòu)成要素,以及組裝原電池的操作注意事項(xiàng)。⑴原電池的工作原理:外電路中:較活潑金屬材料作負(fù)極,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng); 較不活潑金屬材料作正極,得到電子,發(fā)生還原反應(yīng);電子從負(fù)極流向正極。內(nèi)電路中:電解質(zhì)溶液內(nèi),陽離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng),使電流通過電解質(zhì)溶液。電流從正極流向負(fù)極。⑵原電池的構(gòu)成要素 ①兩種活潑性不同電極.(活潑性不同的金屬或一種金屬和另一種非金屬導(dǎo)體)②電極必須插入電解質(zhì)溶液 。③能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)。④電極用導(dǎo)線相連構(gòu)成閉合回路。⑶原電池注意事項(xiàng):①兩電極活潑型必須不同;②其中一個(gè)電極必須和電解質(zhì)溶液可以發(fā)生氧化還原反應(yīng); ③電極用導(dǎo)線相連構(gòu)成閉合回路;④注意電流表不能接反。2.能否用鐵片作為電極代替銅鋅原電池中的鋅片?為什么?    可以,因?yàn)殍F片也可以和稀硫酸發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng),并且鐵片活潑性大于銅。負(fù)極反應(yīng):Fe2e-Fe2+;                         正極反應(yīng):2H++ 2e-H2                         總反應(yīng):Fe+2H+=Fe2++H2  例題.下列裝置哪些可以形成原電池(      )答案:ABC    三、原電池原理的應(yīng)用     1.設(shè)計(jì)原電池     例1、利用 Cu+2FeCl3= CuCl2+2FeCl2 的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池。    【解析】負(fù)極:Cu—2e - = Cu2+氧化反應(yīng)正極:2Fe3+ +2e- =2Fe2+還原反應(yīng)  變式訓(xùn)練1 利用反應(yīng)ZnCuSO4 ===ZnSO4Cu設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。在圖中方格內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖,并指出正極為_________________,電極反應(yīng)式為________________;負(fù)極為________,電極反應(yīng)式為_________________。   答案:碳棒、Cu、鉑;Cu2+ + 2e - =Cu;ZnZn2e-Zn2+。       2.用于金屬的防護(hù)使被保護(hù)的金屬處于正極,發(fā)生還原反應(yīng)的一極得以保護(hù)。3.比較金屬活潑性   2. A、BC、D4塊金屬片浸入稀硫酸中,用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。A、B相連時(shí),A為負(fù)極;C、D相連時(shí),D上產(chǎn)生大量氣泡;A、C相連時(shí),電流由C經(jīng)導(dǎo)線流向AB、D相連時(shí),電子由D經(jīng)導(dǎo)線流向B則此4種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋?/span>   ① ABCD         ② ACDB  ③ CABD         ④ BACD    答案為:   變式訓(xùn)練2.下列事實(shí)不能說明Al的金屬活潑性比Cu強(qiáng)的是(  )A.常溫下將鋁投入CuSO4溶液中B.常溫下將鋁和銅用導(dǎo)線連接一起放入到稀鹽酸溶液中C.常溫下將鋁和銅不用導(dǎo)線連接一起放入到稀鹽酸溶液中D.常溫下將鋁和銅用導(dǎo)線連接一起放入到氫氧化鈉溶液中解析:選D。在氫氧化鈉溶液中能反應(yīng)生成氣體的金屬,其活潑性不一定強(qiáng),如MgAl探究鋁電極在原電池中的作用編號(hào)電極材料電解質(zhì)溶液電子方向(外電路)1Mg、Al稀鹽酸Mg→Al2Al、Cu稀鹽酸Al→Cu3AlC(石墨)稀鹽酸Al→C(石墨)4MgAl氫氧化鈉溶液Al→Mg5Al、Zn濃硝酸Al→Zn(1) 對實(shí)驗(yàn)3完成下列填空: 鋁為________極,電極反應(yīng)式: _____________ 。 石墨為________極,電極反應(yīng)式: ___________ 。(2) 實(shí)驗(yàn)4中鋁作負(fù)極還是正極________,理由是______________________。寫出鋁電極的電極反應(yīng)式:_____________。(3)解釋實(shí)驗(yàn)5中電流計(jì)指針偏向鋁的原因:________________________________________ 。(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出影響鋁在原電池中作正極或負(fù)極的因素:________________________________________。答案:(1)負(fù);2Al6e==2Al3+;正;6H6e-=3H22負(fù)極;在NaOH溶液中,活潑性Al>Mg;Al3e-+4OH==AlO2- 2H2O。3在濃硝酸中,Al發(fā)生鈍化,活潑性Zn>Al,Zn是原電池的負(fù)極。4電極材料的活潑性電解質(zhì)溶液的不同。   4.金屬腐蝕   化學(xué)腐蝕(次要):金屬跟接觸到的物質(zhì)(如O2、Cl2SO2等)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕。這類反應(yīng)比較簡單,僅僅是金屬跟氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。   電化學(xué)腐蝕(主要):不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí),會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng),比較活潑的金屬失電子而被氧化,這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕,分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕    鋼鐵的吸氧腐蝕:在潮濕的空氣里,鋼鐵表面吸附了一層薄薄的水膜,這層水膜里含有少量H+和OH-,還溶解了氧氣,結(jié)果在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液,它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成無數(shù)微小的原電池。在這些原電池里,鐵是負(fù)極,碳是正極。鐵失去電子而被氧化   鋼鐵的兩種電化學(xué)腐蝕:   正極:C       負(fù)極:Fe     電解質(zhì)溶液:不純的水1.在中性或很弱的酸性溶液中(占主要),主要反應(yīng)如下:負(fù)極:Fe – 2e- == Fe2+  正極:O2 + 2H2O + 4e- == 4OH- 總反應(yīng):2Fe +2H2O+O2=FeOH2    FeOH2 在空氣中最后轉(zhuǎn)化為Fe2O3在中性或很弱的酸性溶液中,鋼鐵的腐蝕叫吸氧腐蝕。2、在酸性溶液中,主要反應(yīng)。負(fù)極:Fe – 2e- == Fe2+                             正極:2H+ + 2e- == H2總反應(yīng):Fe+2H+=Fe2++H2在酸性溶液中,鋼鐵的腐蝕叫析氫腐蝕。  5.加快氧化還原反應(yīng)的速率   一個(gè)金屬參加的氧化還原反應(yīng),設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率大大加快。例題:將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸,同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液,產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是(  )【解析】答案為:A;a中少量鋅和硫酸銅反應(yīng),形成原電池,反應(yīng)速率快,產(chǎn)生H2量少。     課堂小結(jié)一、構(gòu)成原電池,需要滿足以下條件:①兩種活潑性不同電極.(活潑性不同的金屬或一種金屬和另一種非金屬導(dǎo)體)②電極必須插入電解質(zhì)溶液 。③能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)。④電極用導(dǎo)線相連構(gòu)成閉合回路。二、原電池的應(yīng)用a.設(shè)計(jì)原電池;b、比較金屬的活潑性;c、金屬腐蝕  板書一、對比實(shí)驗(yàn)二、原電池實(shí)驗(yàn)三、原電池原理應(yīng)用   

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