人教版 (2019)化学反应与能量变化教案设计

这是一份人教版 (2019)化学反应与能量变化教案设计，共8页。教案主要包含了原电池原理，应用，化学电源，原电池设计教学环节等内容，欢迎下载使用。
教学设计
教学目标
知识与技能
通过实验探究认识原电池的工作原理和原电池的构成条件，初步形成原电池的概念。
通过设计科学探究实验方案和实验装置，初步了解实验研究的方法。
了解化学电池的种类和特点，能够书写电极反应方程式。
掌握原电池的原理及应用。
过程与方法
培养学生发现问题、分析问题、解决问题的综合能力。
通过对化学能转化为电能的学习，体验到科学探究的过程，理解科学探究的意义，认识科学探究的基本过程与方法，初步养成科学探究的能力。
情感态度与价值观
（1）逐步培养勤于思考，勇于探究的科学品质，严谨求实的科学态度。
（2）通过对化学能转化为电能的奥妙，发展学习化学的兴趣，体验科学探究的艰辛与喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。
教学重难点
1.教学重点
理解氧化还原反应与原电池之间的联系，了解原电池形成的条件，分析简单原电池的原理。
2.教学难点
化学反应中能量变化的本质
教学过程
四．板书设计
6.1 化学反应与能量变化
第1节 化学反应与电能
一、原电池原理
1、原电池：把化学能转化成电能的装置叫做原电池。
2、构成条件
负极与电解质溶液能自发的发生氧化还原反应（前提）、两个活泼性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路
3、正极：电子流入的一极（得电子），发生还原反应
负极：电子流出的一极（失电子），发生氧化反应
4、导线：电子由负极移向正极
溶液中：阴离子移向负极，阳离子移向正极。
5、实质：使氧化反应和还原反应在两个不同的区域发生，通过电子的定向移动形成电池，化学能转化为电能。
二、应用
1、加快氧化还原反应的速率
2、比较金属活动性强弱
三、化学电源
1、干电池（一次性电池）
2、二次电池3、燃料电池四、原电池设计教学环节
教学内容
设计意图
1.新课导入
【师】现代社会，人们的生活都离不开电能，想一想，我们用的电都是从哪来呢？
【生】发电站。
【师】没错，中国电力主要来源是火力发电、水力发电、风力发电和核电。我们可以看到2015，火力发电占比74%。火力发电是通过化合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。火力发电有哪些缺点？
【生】煤炭是不可再生资源、排除大量温室气体、可能导致酸雨、能量转化率低。
【师】火力发电过程中，化学能经过一系列能量间接转化为电能，能量损失大，能量利用率不高。能否实现化学能到电能的转化？
设问激发求知欲
2.探索新知
【板书】化学反应与电能
【多媒体播放】装置设计锌铜硫酸原电池
【学生】
现象：当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生，铜片表面无气泡产生，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，电流表指针偏转。
结论：导线中有电流通过，形成了电池，实现由化学能到电能的转化。
【师】观察的很仔细，回答也正确，我们用微观视角观察电解过程。
【思考与讨论】
1、溶液中的锌离子怎么来的？
【生】当插入稀硫酸的锌片和铜片用导线连接时，由于锌比铜活泼，与稀硫酸作用容易失去电子，被氧化成锌离子。
锌片：Zn －2e－ ＝Zn2+
2、铜不与稀硫酸反应，为什么产生气泡？是什么气体？
【生】溶液中的氢离子从铜片获得电子，被还原为氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出。
铜片：2H+ ＋2e－＝ H2↑
【师】结合在锌片和铜片上的反应我们能得出总反应：Zn＋ H2SO4 ＝ ZnSO4 ＋H2↑。根据氧化还原反应，
锌片上：锌失电子，化合价升高，作还原剂，被氧化，发生氧化反应。
铜片上：溶液中的氢离子得电子，化合价降低，作氧化剂，被还原，发生还原反应。
3、导线上电子和电流的移动方向是什么？
【生】锌片失去的电子经导电流向铜片；电流则由铜片流向锌片。
由此可知，铜为正极，锌为负极。
【师】把化学能转化成电能的装置叫做原电池。
【板书】1、原电池：把化学能转化成电能的装置叫做原电池。
【师】仔细观察：原电池是由什么构成的？
【生】有两个电极、溶液、导线
【师】这位同学提到了很多关键点，但是任何电极、任何溶液就可以吗？答案是否定的，首先，负极与电解质溶液能自发的发生氧化还原反应，并且有两个活泼性不同的电极，电解质溶液，形成闭合回路。
【板书】构成条件
负极与电解质溶液能自发的发生氧化还原反应（前提）
两个活泼性不同的电极
电解质溶液
形成闭合回路
【师】在锌铜原电池中，锌做负极，铜做负极。哪位同学能说出正、负极的特点吗？
【生】正极：电子流入的一极（得电子），发生还原反应
负极：电子流出的一极（失电子），发生氧化反应
【板书】
正极：电子流入的一极（得电子），发生还原反应
负极：电子流出的一极（失电子），发生氧化反应
导线：电子由负极移向正极
溶液中：阴离子移向负极，阳离子移向正极。
【师】相信大家对原电池有了初步的了解，原电池实质是使氧化反应和还原反应在两个不同的区域发生，通过电子的定向移动形成电池，化学能转化为电能。老师有个口诀要教给大家：原电池分两级，负极氧化正极还，电子由负流向正，离子阳正阴向负。记住这个口诀，原电池的问题基本能解决！
【师】我们学习了原电池原理，我们利用这个原理还可以判断金属活动性强弱、加快氧化还原反应速率。我们具体说一下，认真听。
1、加快氧化还原反应的速率
原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使反应速率增大。
实例：实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
2、比较金属活动性强弱
原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A溶解，B上有气泡产生，可知A做负极，B作正极，A比B活泼。
【师】大家生活中都接触过哪些电池呢？
【生】1号电池、5号电池、7号电池、手机电池
【师】我们常见的1号电池、5号电池、7号电池这些电池都是干电池，也就是一次电池，不可充电；我们手机现在用的锂电池属于二次电池，可以充电后在使用的。还有一种电池是燃料电池，大家没有见过，使气体参与反应的电池，一般应用在军事，航空方面，电动机车等的交通领域。我们具体学习各种电池的原理。
一、干电池
普通锌锰电池
负极：锌
正极：石墨
电极反应
负极：Zn － 2e－＝Zn2+(氧化反应）
正极：2MnO2＋2NH4+＋2e－＝Mn2O3 ＋ 2NH3 ＋H2O(还原反应）
总反应：2MnO2＋2NH4+＋Zn ＝Mn2O3 ＋ 2NH3 ＋H2O＋Zn2+
缺点：在使用过程中，锌会逐渐溶解，使锌外壳逐渐变薄，内部作为电解质的糊状NH4Cl（显酸性）会泄漏出来，腐蚀电池，即使不使用放置过久也会失效。
【师】还有一种碱性锌锰电池，对比普通锌锰电池，根据碱性锌锰电池的结构，判断正、负极是什么？写出电极反应。
【学生书写】
负极：锌 正极：碳棒
负极：Zn ＋2OH- －2e-＝Zn(OH)2
正极：2MnO2 ＋ H2O ＋ 2e－＝2MnO(OH)＋ 2OH-
总反应：Zn ＋2MnO2 ＋ H2O ＝Zn(OH)2＋2MnO(OH)
【总结】
1、原电池电极判断
2、电极反应的书写
（1）先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物，并使得失电子数目相同。
（2）注意负极反应生成的阳离子是否与电解质溶液中的阴离子反应。
若反应，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中。
若正极上的反应物是O2，且电解质溶液呈中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中，且生成OH－;
若电解质溶液呈酸性，则H+必须写入正极反应式中，且生成H2O
（3）正、负极反应相加得到电池的总反应。若知道总反应，也可以较易写出一极的电极反应式，利用电子守恒法，用总反应减去一极的电极反应式得到另一极电极反应式。
【师】放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行从而实现充电与放电的循环。常见的二次电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
铅蓄电池
两极是Pb（负极）和PbO2（正极），电解质溶液是H2SO4,
总的电池反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
负极：Pb＋SO42－－2e－＝ PbSO4
正极：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O
镍镉电池
以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质。
负极：Cd + 2OH－－ 2e－＝Cd(OH)2
正极：2NiO(OH) + 2H2O + 2e－＝2Ni(OH)2 + 2OH-
总反应：Cd +2NiO(OH) + 2H2O ＝2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
【师】最后我们再来说说燃料电池，燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
燃料电池的供电量易于调节，能适应电器负载的变化，而且不需要很长时间的充电，在航天、军事、交通领域有广阔的应用前景。
氢氧燃料电池：
负极（惰性电极）通入氢气
正极（惰性电极）通入氧气
原理：利用原电池的工作原理将氢气和氧气反应所放出的化学能直接转化为电能。
酸性电解质：
负极：2H2 －4e－＝4H+
正极：O2＋4H+＋4e－＝2H2O
碱性电解质：
负极：2H2 －4e－＋4OH－＝4H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
总反应：2H2＋O2＝2H2O
【师】以Fe ＋CuSO4＝FeSO4 ＋Cu为例，如何设计原电池？
设计方法：
1、根据总反应，找到氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料，氧化剂在正极被还原。
2、电极材料选择：
电极材料必须导电，一般选择较活泼的金属材料，或在该氧化还原反应中易失去电子的材料。
电解质溶液一般与负极反应。
负极：Fe
正极:碳棒
负极反应：Fe－ 2e¯＝Fe2﹢
正极反应:Cu2﹢＋2e¯＝Cu
通过探讨交流培养学生的合作意识和表达能力，激发学生对新事物的探究，培养严谨的科学思维方法
培养学生总结归纳、辩证思维的能力
3.小结作业
完成练习