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qiuyuluo2008的博客

 
 
 

日志

 
 

化学能转化为电能——电池 教学设计  

2017-10-27 22:01:51|  分类: 教研教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【教材分析】

本节课选自鲁科版普通高中课程标准实验教科书化学选修4第一章《化学反应与能量转化》第三节,讲述原电池的工作原理,原电池是电化学基础不可或缺的组成部分。本节内容以必修2第二章第三节化学反应的利用为基础,进一步介绍原电池的组成和工作原理,通过对原电池中闭合回路形成过程的分析,引出电极反应、正极、负极、电池反应等概念。同时原电池的原理又为后面金属的腐蚀和防护,常见电池的原理及电解原理等重要电化学知识的学习奠定了基础。

新课程标准对原电池知识的要求是:体验化学能与电能转化的探究过程,了解原电池的工作原理,能写出电极反应式和电池总反应式。

【学情分析】

知识角度,高二学生在必修1必修2和选修4中已经学习过氧化还原反应、原电池的相关知识,同时物理学中电学知识也相当丰富,学习本节内容并不陌生,难度不大。

认知角度,高二学生形象思维能力已充分发展,抽象思维能力也在迅速发展中,同时具有强烈的好奇心和求知欲,对实验探究的热情高,但抽象思维能力和探究能力还不够成熟,需要老师适时的组织和引导。

【教学目标】

知识与能

1、让学生体验化学能转化为电能的过程。

2使学生进一步了解原电池的工作原理和构成原电池的条件。

3、使学生能够正确书写出电极反应式和电池反应方程式。

过程与方法

1通过分组实验培养学生实验能力、观察能力、分析能力。

2、通过实验引导学生学会发现问题、解决问题的方法。

 情感与价值观

1、发展学习化学的兴趣,探究化学能转化成电能的奥秘,感受化学世界和奇妙与和谐。

2体验科学探究的艰辛与愉悦,赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献,关注能源问题,逐步形成正确的能源观。

【教学重点】

原电池的工作原理及书写电极反应式和电池反应式。

【教学难点】

原电池的工作原理

【教学策略】

1、教学方法  实验探究  问题导学

 

2、教学用具  多媒体课件、灵敏电流计、烧杯、导线、电极(锌片、铜片)、稀H2SO4溶液、ZnSO4溶液、盐桥。

【教学流程】

 

 


【教学过程】

环节一:创设情景,回顾旧知

教师活动

学生活动

设计意图

【创设情景】视频播放“橙子电池”,

看完后问:“同学们你能解释其中的奥秘吗”?

【板书】

一、原电池原理

1.原电池:将化学能转化为电能的装置。

回答:形成原电池,产生电流。

创设情景,激发学生的好奇心,感受化学与生活的密切关系。

【学生活动】在学案对应的方框中画一个Cu-Zn原电池(稀硫酸做电解质溶液),标出正负极。

【评价并讲述】 Zn作负极失电子变成Zn2+,电子经导线到达Cu片表面,Cu做正极,溶液中的H+Cu片表面得电子生成H2

【设问】结合所画原电池装置,形成原电池必须满足哪些条件呢?

【板书】2.原电池形成的条件。

【讲述】原电池可以分为外电路和内电路,外电路是电极上连接的导线,电子从负极流向正极形成电流,内电路是电解质溶液,阴阳离子定向移动形成电流,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。

【设问】负极不断有Zn2+产生,正极不断消耗H+,那么阴阳离子向两极定向移动对电解质溶液有什么作用呢?

在学案上画Cu-Zn原电池(稀硫酸做电解质溶液),标出正负极。

回答:自发进行的氧化还原反应;两种活泼性不同的金属或金属与导电的非金属做电极;电解质溶液;闭合回路。

 

 

 

回答:使溶液保持电中性。

引导学生回忆原电池形成的四个条件以及Cu-Zn原电池的工作原理,巩固已有知识。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

为后面引入盐桥及理解盐桥的作用做铺垫。

环节二: 实验探究,发现问题

教师活动

学生活动

设计意图

【讲述】根据原电池原理,我们知道Cu-Zn原电池工作时应该有3个现象:①Zn片不断溶解;②Cu片表面产生气泡;电流表指针偏转。实际上与我们所预测的是否一致呢?现实与理论上往往是有差别的,要想搞清楚这个问题,我们需要借助于实验进行探究。

【实验探究】组装一个Cu-Zn原电池,观察和记录实验现象。

实验用品:灵敏电流计、烧杯、导线、电极(锌片、铜片)、稀H2SO4溶液

实验要求:仔细观察闭合回路和断开回路(取出铜片)锌片、铜片、电流表的变化并如实记录现象。

巡视全场,适时指导。

 

 

 

 

 

 

 

小组合作进行探究实验,并观察分析。

 

 

 

 

 

 

 

 

培养学生主动探索的能力,相互交流合作的精神,体验科学探究的过程。

【成果汇报】请各组派一名代表汇报实验成果。

【评价并讲述】Zn作负极失电子变成Zn2+,电子经导线到达Cu片表面,Cu做正极,溶液中的H+Cu片表面得电子生成H2

【板书】3.电极反应式

负极:Zn2eZn2+     氧化反应

正极:2H++2eH2  还原反应

电池反应:2H++Zn=Zn2++H2

实验现象:①Zn片不断溶解;而且,锌片有气泡产生。②Cu片表面有气泡;电流表指针偏转。

分析原因:锌失去电子

Zn2eZn2+

溶液H+得电子

2H++2eH2

书写方程式,默写方程式

 

发现问题,产生认知冲突。

 

 

 

明确电极判断及反应方程式和电池反应方程式书写。

【设问】Zn片表面为什么会产生气泡?

【追问】若将该原电池作为实际电源,它存在哪些缺陷呢?

【板书】

二、原电池的改进

缺陷:能量转化率低;断开电路后,Zn片仍然在反应。

思考并回答: Zn片不纯,自身能形成原电池。

讨论后回答:能量转化率低;断开电路后,Zn片仍然在反应。

培养学生应用分析、归纳等方法对信息进行加工的能力。

环节三:大胆创新,提出方案

教师活动

学生活动

设计意图

【讲述】导致Cu-Zn原电池缺陷的根本原因是Zn电极放在稀H2SO4溶液中。

【设问】怎样才能避免Zn与稀H2SO4溶液的反应?

【板书】改进:将Zn与稀H2SO4溶液分开。

【追问】两电极应该分别置于什么电解质溶液中呢?

【追问】两电解质溶液要靠什么连接才能形成闭合回路呢?

【讲述】我们改造出来的这个装置能正常工作,形成电流吗?我们依然要亲自动手实验。

 

讨论后回答:

Zn片与稀H2SO4溶液分开。

Cu电极放在稀H2SO4溶液中,Zn电极最好放在ZnSO4中,这样溶液成分比较稳定。

内电路是断开的,要想实现阴阳离子的定向移动,两电解质溶液间必须要依靠含电解质溶液的导管做桥梁。

 

 

培养学生的创新能力,相互交流合作的精神。

 

环节四: 实验探究,解决问题

教师活动

学生活动

设计意图

【实验探究】按改进后的装置图连接装置进行实验,记录实验现象。

实验用品:灵敏电流计、铜片、锌片、导线、稀H2SO4ZnSO4溶液、盐桥。

【问题投影】

1.在盐桥插入之前,电流计指针是否偏转?

2.在盐桥插入之后,是否产生电流?

3.与前面原电池比较,该电池有什么特点?

4.写出电极反应式及总反应方程式。

【成果汇报】请各组派一名代表汇报实验结果。

小组合作进行探究实验,并观察分析。

 

 

小组讨论,推举发言人汇报实验现象并回答相关问题。

学生上台展示:

负极:Zn2eZn2+    

正极:2H++2eH2 

2H++Zn=Zn2++H2

 

 

 

 

 

培养学生的观察能力和语言表述能力,提高化学素养。巩固电极反应式和电池总反应的书写。

【设问】新装置中最关键的仪器是什么?

【讲述】下面我们一起来认识一下盐桥。

盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液;琼胶的作用:防止管中溶液流出;K+Cl-能在琼胶内自由移动。

回答:盐桥

 

聆听,记录

 

 

加深对盐桥组成的认识,为盐桥的作用做铺垫。

环节五:动画模拟,探寻原理

教师活动

学生活动

设计意图

【播放动画】模拟含盐桥的Cu-Zn原电池的工作原理。

【问题投影】

1.含盐桥的原电池是如何产生电流的?

2.盐桥的作用是什么?

【板书】完善:盐桥(形成回路,使溶液保持电中性)

边观看动画边思考。

小组讨论并推举发言人回答:1.外电路中电子从Zn流向Cu形成电流,内电路中盐桥中的K+向阳极移动,Cl-向负极移动形成电流。2.形成回路,使溶液保持电中性。

直观、生动的演示,帮助学生了解含盐桥的原电池的工作原理,突破难点。

培养学生的语言表述能力,提高化学素养。

环节六:归纳总结,训练提升

教师活动

学生活动

设计意图

【归纳】含盐桥的原电池是由两个半电池和盐桥组成的,Cu-Zn原电池的两个半电池分别是锌半电池(锌和硫酸锌溶液)和铜半电池(铜和稀硫酸溶液)

思考总结并记录

 

 

 

完善对含盐桥的原电池结构的认识。

 

【设问】同学们已经了解了原电池的工作原理,那么如何设计简单的原电池呢?

【归纳】关键的是选电极材料和电解质溶液,失电子的金属做负极,相对不活泼的金属或导电非金属做正极,负极电解质溶液选含负极金属阳离子的电解质溶液,正极电解质溶液选参加反应的电解质。

【课堂练习】投影练习题。

【课堂小结】组织学生进行课堂小结。

【目标达成度检测】投影题目,组织学生自我检测,评价目标达成情况。

【布置作业】

【板书设计】

 

 

 

结合Cu-Zn原电池原理和结构与老师一起归纳设计原电池的方法。

 

 

 

思考并作答。

根据所学内容进行课堂小结。

自我检测。

 

 

理论提升,形成知识,学以致用。

 

 

 

 

 

复习巩固课堂学习内容。

课堂目标达成情况反馈。

 

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