人教版 (2019)必修 第二册化学反应与能量变化第二课时教案

这是一份人教版 (2019)必修 第二册化学反应与能量变化第二课时教案，共12页。教案主要包含了导入新课，讲授新课，思考与交流，实验探究，教材实验6-3，答案展示，课堂练习，课堂活动等内容，欢迎下载使用。
教学分析
教学目标
评价目标
通过化学反应与电能的学习,培养学生对能量转化的新认识。
通过课堂评价反馈检验学生化学反应与电能的学习情况。
重点、难点
重点:化学反应中能量变化的本质;化学能转化为电能的装置特点及原理。
难点:化学能转化为电能的装置特点及原理。
教法、学法
实验法、对比法。
课时安排
1课时。
教学准备
多媒体、原电池装置。
教学设计
【导入新课】
我们日常使用的电能主要来自火力发电。火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应,使化学能转化为热能,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,带动发电机发电。火力发电过程中,化学能经过一系列能量转化过程,间接转化为电能。其中,燃烧(氧化还原反应)是关键。
2015年我国电力生产量构成图
火力发电
【讲授新课】
一、原电池
【思考与交流】如何把化学能直接转化为电能?
【解答】设计一种装置使反应中的电子转移在一定条件下形成电流。
【实验探究】
【教材实验6-3】
(1)将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中,观察现象。
(2)用导线连接锌片和铜片,观察、比较导线连接前后的现象。
(3)如图所示,用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表,观察电流表的指针是否偏转。
原电池实验
现象:当锌片与铜片插入稀硫酸时,锌片上有气泡产生,铜片上无气泡产生。当用导线将锌片和铜片相连后,铜片上有气泡产生。串联电流表后,电流表指针发生偏转,说明导线中有电流通过。
【提问】怎么解释这种现象?
【解答】
Zn比Cu活泼,用导线连在一起时,Zn片失去电子变成Zn2+进入溶液。锌片:Zn-2e-Zn2+(氧化反应)。电子由Zn片经导线流向Cu片,溶液中的H+移向Cu片,得电子被还原成H2。铜片:2H++2e-H2↑(还原反应)。
【讲解】
1.定义
将化学能转化为电能的装置,称为原电池。
2.电极
正极:电子流入(或电流流出)的一极;
负极:电子流出(或电流流入)的一极。
3.电极反应
【小结】
负极→失去电子的一极→氧化反应→活泼性较强
正极 →得到电子的一极→还原反应→活泼性较弱
4.工作原理
原电池总反应式: 。
【答案展示】(左侧)负极
氧化反应 Zn-2e-Zn2+
(右侧)正极 还原反应 2H++2e-H2↑
Zn+2H+Zn2++H2↑
5.构成条件
理论上,自发的氧化还原反应均可构成原电池。
具体条件:
①具有活泼性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属);
②两电极均用导线相连插入电解质溶液中,形成闭合回路;
③自发进行的氧化还原反应。
【课堂练习】
请在图上标出电子的流动方向和电流方向,并判断正、负极,写出电极反应式和总反应式。
(1)
H2SO4溶液
负极( ): 。
正极( ): 。
总反应式: 。
(2)
CuSO4溶液
负极( ): 。
正极( ): 。
总反应式: 。
答案:(1)
H2SO4溶液
Fe Fe-2e-Fe2+
Ag 2H++2e-H2↑
Fe+2H+Fe2++H2↑
(2)
CuSO4溶液
Zn Zn-2e-Zn2+
Cu Cu2++2e-Cu
Zn+Cu2+Cu+Zn2+
二、简易电池的设计与制作
【课堂活动】
水果电池
简易电池
【课堂练习】
一个电池总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu,该反应的原电池正确组合是( )
答案:C
三、常见的化学电源
1.一次电池
锌锰干电池构造示意图
常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中,石墨棒作正极,氯化铵糊作电解质溶液,锌筒作负极。在使用过程中,电子由锌筒(负极)流向石墨棒(正极),锌逐渐消耗,二氧化锰不断被还原,电池电压逐渐降低,最后失效。这种电池放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行),属于一次电池。
2.二次电池
有些电池放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态,从而实现放电(化学能转化为电能)与充电(电能转化为化学能)的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
汽车用铅酸蓄电池
3.燃料电池
燃料电池是一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置,具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以超过80%。当以氢气为燃料时,产物为水;以甲烷为燃料时,产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比,其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部,而是从外部提供,这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。
燃料电池的供电量易于调节,能适应用电器负载的变化,而且不需要很长的充电时间,在航天、军事和交通等领域有广阔的应用前景。
我国研制的燃料电池和超级电容混合动力有轨电车
评价反馈
1.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的c(H+)均减小
D.甲、乙两烧杯中铜均为正极
2.分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑
C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-3e-Fe3+
D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑
3.如图所示是原电池的装置图。请回答:
(1)若C为稀硫酸,电流表指针发生偏转,B电极材料为Fe且作负极,则A电极上发生的电极反应为 ;反应进行一段时间后溶液的酸性将 (填“增强”“减弱”或“基本不变”)。
(2)若需将反应Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+设计成如图所示的原电池装置,则A极(正极)材料为 ,B极(负极)材料为 ,C为 。
(3)CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下:
电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O,则d电极是 (填“正极”或“负极”),c电极的电极反应为 。若线路中转移1 ml电子,则上述CH3OH燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为 L。
答案:1.C 2.B
3.(1)2H++2e-H2↑ 减弱
(2)石墨 Cu FeCl3溶液(合理即可)
(3)正极 CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+ 5.6
课堂小结
布置作业
1.完成学案上的核心素养专练。
2.预习下节内容。
教学反思
在“简易电池的设计与制作”探究活动中,通过制作水果电池、简易电池和演示原电池的趣味实验,引导学生在应用原电池原理基础上,进一步探讨原电池的构成要素及其性质、作用。不仅使学生学习、体验了科学探究的过程和方法,还能巩固其对原电池装置的认识,将教材隐含的原电池的构成要素、原电池电极的选择等重要知识显性化地落实。
板书设计
第一节 化学反应与能量变化
第2课时 化学反应与电能
一、原电池
1.定义
将化学能转化为电能的装置,称为原电池。
2.电极
正极:电子流入(或电流流出)的一极;
负极:电子流出(或电流流入)的一极。
3.电极反应
4.工作原理
5.构成条件
理论上,自发的氧化还原反应均可构成原电池。
具体条件:
①具有活泼性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属);
②两电极均用导线相连插入电解质溶液中,形成闭合回路;
③自发进行的氧化还原反应。
二、简易电池的设计与制作
三、常见的化学电源
备课资源
金属锂电池
1958年,哈里斯考虑到锂作为碱金属会与水以及空气发生反应,提出了采用有机电解质作为金属锂电池的电解质。根据电池的相关工作要求,有机电解液溶剂需要具备三个性质,①溶剂为极性溶剂,锂盐在极性溶剂的溶解度较大,从而电解液的电导率较大;②溶剂必须是非质子的极性溶剂,因为含质子的溶剂容易和锂发生反应;③溶剂要有较低的熔点和较高的沸点,从而使得电解液有尽可能宽的温度范围。这一构想的提出立即得到科学界的广泛认可,并引发了不小的研发热潮。
在金属锂一次电池的开发中,初期选择传统正极材料,如Ag、Cu、Ni的化合物,但电化学性能一直达不到要求,人们不得不寻找新的正极材料。1970年,日本SANYO公司就是利用二氧化锰作为正极材料造出了人类第一块商品锂电池。1973年松下开始量产活性物质为氟化炭材料作正极的锂原电池。1976年,以碘为正极的锂碘原电池问世。接着一些用于特定领域的电池如锂银钒氧化物(Li/Ag2V4O11)电池也相继出现,这种电池主要用于植入式心脏设备。20世纪80年代以后,锂的开采成本大幅度降低,锂电池开始商业化。
早期金属锂电池属于一次电池,这种电池只能一次性使用、不能充电。锂电池的成功极大地激发了人们继续研发可充电电池的热情,开发锂二次电池的序幕就此拉开。1972年,美国埃克森公司采用二硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,开发出世界上第一个金属锂二次电池。这款可充电锂电池就拥有可深度充放电1 000次且每次循环的损失不超过0.05%的优良性能。
电池技术,可以使人类生活更加绿色
电能无论是使用还是传输,都需要一个比较稳定的负荷负载。但风能和太阳能是间歇性的,有时候有云飘过来,发电的量就少,所以怎么使这些电网更加稳定?就需要有强大的电池进行储能的削峰填谷(注:削峰填谷是调整用电负荷的一种措施,使发电、用电趋于平衡)。所以未来需要运用储能的装置,电动汽车也可以作为分布式的储能装置,整合到整个智能电网里面。
除了可再生能源,未来的人类社会也会更加智能,现在大家都讲5G物联网的应用,讲人工智能和超级计算等。实际上很多移动的装置、家庭智能家居、在路上车子互相之间都会有信息的沟通和交流,未来整个地球都会互联在一起。不仅是能源的互联,也是信息的互联,所有在互联的物体、器件,都需要电池,没有电池就不能工作,电池可以使未来更加绿色、更加智能、更加移动。
历年高考题荟萃
1.(2023·广东)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是( )
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2,最多去除1 ml Cl-
答案:B
解析:O2在Pt极得电子发生还原反应,Pt为正极,Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应,Ag为负极。由分析可知,Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应,Ag为负极,A错误;电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt,B正确;溶液为酸性,故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,C错误;每消耗标准状况下11.2 L的O2,转移电子2 ml,而2 ml Cl-失去2 ml电子,故最多去除2 ml Cl-,D错误。
2.(2016·海南)(双选)某电池以K2FeO4和Zn为电极材料,KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是( )
A.Zn为电池的负极
B.正极反应式为2FeO42−+10H++6e-Fe2O3+5H2O
C.该电池放电过程中电解质溶液的浓度不变
D.电池工作时OH-向负极迁移
答案:AD
解析:根据化合价升降判断,Zn的化合价只能上升,故为负极材料,K2FeO4为正极材料,A项正确;KOH溶液为电解质溶液,则正极电极反应式为2FeO42−+6e-+8H2O2Fe(OH)3+10OH-,B项错误;电池总反应为2K2FeO4+3Zn+8H2O2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4KOH,因此该电池放电过程中电解质溶液的浓度增大,C项错误;电池工作时阴离子OH-向负极迁移,D项正确;故选AD。
3.(2015·浙江)如图所示进行实验,下列说法不正确的是( )
A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生
B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能
C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转
D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e-Zn2+
答案:B
解析:装置甲的锌片与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中,铜片作正极,正极上氢离子得电子发生还原反应,所以装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生,A项正确;装置甲的锌片与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,没有形成原电池,B项错误;装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成原电池装置,所以锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转,C项正确;装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中,锌片的活泼性强于铜片的,所以锌片作负极,失电子发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,D项正确;故选B。
4.(2015·全国Ⅰ)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O
答案:A
解析:C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A选项错误;在微生物的作用下,该装置将化学能转化为电能,微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
课标要求
素养要求
1.通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。
2.理解原电池的定义、工作原理和构成条件。
3.了解一次电池、二次电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。
4.能正确书写简单化学电源的电极反应式。
1.科学探究:认识构成原电池的条件及其原理,判断原电池的正、负极。
2.创新意识:利用原电池原理能设计原电池。
3.宏观辨识与微观探析:会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。
电极材料
电极名称
电极反应式
发生的反应
Zn片
负极
Zn-2e-Zn2+
氧化反应
Cu片
正极
2H++2e-H2↑
还原反应
电池总反应
(写离子方程式)
Zn+2H+Zn2++H2↑(两个电极反应之和)
选项
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Fe
负极
Cu
Zn
Zn
Zn
电解质溶液
CuCl2溶液
H2SO4溶液
CuSO4溶液
HCl溶液