《原电池原理》的教学设计及反思
童 恬(汕尾市 ,汕尾市城区田家炳中学)
教学目标:
一、知识与技能:
1、了解原电池的工作原理,原电池的构成条件并能设计简单的原电池;
2、理解原电池的本质和原电池的正负极与氧化还原反应的关系;
二、过程与方法
1、通过对比实验的探究认识到原电池在化学能转变为电能过程中所起到的作用;
2、通过探究实验,分析并归纳出形成原电池的条件;
3、通过多媒体动画分析原电池中微观粒子的移动,深入理解原电池的本质;
三、情感态度与价值观
1、学会通过对比的方法来处理实验结果,由具体的实验现象描述逐渐形成抽象概括;
2、认识到科学对人类产生的影响是多方面的,要有辩证看待事物的眼光;
3、认识到个体与群体是密切相关的,从而形成“环保从我做起”的意识。
教学重难点:
1、本节教学重点:初步认识原电池概念、原理、组成及应用。
2、本节教学难点:通过对原电池实验的探究,引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质以及这种转化的综合利用价值。
学情分析:
学生在必修1中 已经学习了氧化还原反应,对氧化还原反应的特征——“反应中有电子的得失”有较好的认识。并掌握了氧化反应、还原反应与电子得失(化合价升降)的联系。这将有助于学习者理解并掌握原电池的本质——氧化还原反应,以及原电池正负极与电极得失电子的关系。
教材分析:
本节课讲授的是《化学-必修二》中第二章第二节——化学能与电能。在高中化学中关于原电池的内容有两部分,分别是必修二第二章第二节(化学能与电能)以及选修四第
四章第一节(原电池)。本节课作为必修内容中的一部分,在知识的深度上偏低,要符合所有学习者的学习情况;在广度上要有一定的拓展,使得学习者能够有一个较为开阔的学习视野;而在学习知识上要把握好基础知识的框架,为部分学习者的后续学习奠定基础。
教学过程:
【引入】同学们好,你们看这是什么?(展示手电筒、手机、MP3等电器)
【学生回答】电筒、手机、MP3。
【引导】这些电器的工作需要什么样的能源?从哪里获得?
【学生回答】电能,电池。
【引导】那么电池如何能产生电能呢?要解决这个问题我们先回顾一下上节课所学的知识,各种形式能量之间可以相互转化,比如化学反应中化学能可以转化为热能。那么电能可以由什么能量转化来,你们了解哪些发电方式吧?
【学生回答】有火力发电、水力发电、风力发电、核能发电等。
【讲述】阅读教材40页图2-7、2-8及第二段了解我国发电方式和发电总量构成,以及火力发电过程中的能量转化。
【分组讨论】我国发电总量构成说明什么问题?火力发电过程中涉及哪些形式的能量转化?分析火力发电的缺点?
【学生回答】以火力发电为主,火力发电就是通过化石燃料燃烧,使化学能转变成为热能,加热水使之汽化为水蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电。 即存在化学能 → 热能 → 机械能 → 电能 几种能量的转化。
缺点包括1、煤是不可再生能源2、煤燃烧对环境的污染大3、火力发电能量转化过程多,能量损耗多能量利用率低。
【引导】从上面讨论可知火力发电事实上将化学能最终转化为了电能,只不过所需的能量转化过程多,能量利用率低。那么我们能不能找到一种直接将化学能转化为电能的方法呢?
我们再来分析一下火力发电过程中的能量转化过程
化学能 → 热能 → 机械能 → 电能
大家觉得这一系列的能量转化过程中最重要的一步是哪一步?为什么?
【学生回答】 化石燃料的燃烧即 化学能 → 热能 因为只有将化学能以热能
形式释放出去后才可能实现后续过程中的能量形式转化。
【引导】非常正确,由此我们可以看出在火力发电中,化石燃料的燃烧(发生氧化还原反应)是使化学能转化为电能的关键。 那么谁能告诉我氧化还原反应的本质是什么?
【学生回答】还原剂和氧化剂之间存在电子的转移。
【引导】对!因此电子转移的结果是引起物质化学键重新组合,同时将化学能以热能释放。那么如果我们能将氧化还原反应中的化学能直接以电能形式释放,是否就可以实现化学能直接转化为电能呢?
下面请同学们完成以下几个探究实验,并讨论完成相关实验报告。
【学生分组实验】
实验一 取60mL稀硫酸置于200mL烧杯中,用pH试纸
测定其pH值。然后将一块锌片插入稀硫酸中,观察实验现象。
一段时间后再测溶液的pH值,并用手触摸烧杯外壁。
【学生总结】
Zn片逐渐溶解,Zn片表面有气泡产生,溶液的
pH值增大,烧杯外壁有一定温度。
结论:Zn与稀H2SO4发生了化学反应
【引导】请同学们思考并讨论几个问题:
①根据相关实验现象,写出反应方程式
②反应过程中有无电子转移,如果有,分析谁得电子,谁失电子?
③反应过程中的能量转化形式如何?
【讨论并总结】pH值增大即说明溶液中的c(H+)减小,H+
数目减少,有气泡产生。因此反应为:
Zn+H2SO4 === Zn SO4 + H2↑
Zn – 2e- === Zn2+ 发生氧化反应
2H+ 2e=== H2↑ 发生还原反应
化学能转化为热能。
实验二 另取60mL稀硫酸置于200mL烧杯中,用pH试纸 + - Zn 稀H2SO4 Cu 稀H2SO4
测定其pH值。然后将一块铜片插入稀硫酸中,观察实验现象。
一段时间后再测溶液的pH值,并用手触摸烧杯外壁。
【学生总结】
无明显现象,溶液的pH不变,烧杯外壁无温度变化。此过程中未发生反应,
实验三 另取60mL稀硫酸置于200mL烧杯中,用pH试纸
测定其pH值。然后将一块锌片和一块铜片同时插入稀硫酸中,
观察实验现象。一段时间后再测溶液的pH值。
【学生总结】
同实验一 Zn片逐渐溶解,Zn片表面有气泡产生,
溶液的pH值增大,烧杯外壁有一定温度。Cu片
无明显现象。
结论:Zn与稀H2SO4发生了化学反应
Cu与稀H2SO4不发生化学反应
实验四 另取60mL稀硫酸置于200mL烧杯中,用
pH试纸测定其pH值。然后将一块锌片和一块铜片
同时插入稀硫酸中,用导线连接,并在导线中间连
接一个电流计。观察实验现象。
【学生总结】
Zn片逐渐溶解,Cu片不溶解,Cu片表面有气泡
产生,溶液的pH值增大,电流表的指针发生偏转。
【引导】这里出现了两个比较特殊的现象,其一
Cu片表面有气泡产生,其二电流表的指针发生了偏转。请同学们结合实验一的现象和结论分析为什么Cu片表面有气泡产生,电流表的指针偏转说明什么?并思考该过程中得、失电子的物质是什么?写出相关化学反应
【讨论并总结】
1、Zn片逐渐溶解,Cu片不溶解,说明失电子的还是Zn片,Cu片并未失电子。
2、Cu片表面有气泡产生,溶液的pH值增大,说明该气泡仍然是H2,只不过氢Zn Cu 稀H2SO4
离子是在铜片上获得电子,而不是在锌片上获得电子。
3、发生的化学反应还是Zn+H2SO4 === ZnSO4 + H2↑
4、电流表的指针偏转说明有电流产生,该过程获得了电流,即实现了化学能转化为电能。
【引导】通过同学们的讨论,我们确定了在实验四中实现了化学能转化为电能,在此过程中发生的化学反应和实验一相同,因此我们有必要分析一下为什么同一个化学反应经过不同的实验装置设计实现了化学能转化为了两种不同形式的能量(热能、电能)。这种实验装置的设计有什么特殊之处?
思考这样几个问题:
①为什么失去电子的是Zn片,而不是Cu片?
②对比实验一和实验四得失电子的位置差别?
③Cu片并未失电子,而氢离子是在铜片上获得电子,那么Cu片上的电子是从什么地方来的?
【讨论并总结】
1、Zn和Cu的金属活泼性不一样,Zn比Cu的失电子能力强。
2、实验一中得失电子的位置均在Zn片表面,而实验四中失电子的位置在Zn片表面(发生氧化反应),得电子的位置在Cu片(发生还原反应)。
3、Cu片上的电子来自于Zn片,电子经导线从Zn片流向Cu片从而获得电流。
【归纳】从同学们的讨论可知,只要具有类似实验四这种把一个氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应使之在不同区域进行,并通过导线传递氧化还原反应中的转移电子的实验装置就能实现化学能直接转化为电能。因此我们把这种将化学能转变为电能的装置叫做原电池。另外,根据物理学知识我们知道电流(正电荷)由正极流向负极,那么电子(负电荷)就应该从负极流向正极,因此我们可以规定实验四中的锌片作为负极,铜片作为正极。它们发生的反应称为电极反应。
【继续探究】
现在我给大家一些材料,各小组可以自己设计原电池,然后汇报设计结果与心得。
(材料:导线、炭棒、铁片若干、铜片若干、烧杯、稀硫酸、检流计、蔗糖溶液、硫酸铜溶液 )
【学生实验,教师指导】
【学生汇报】
1、要构成原电池必须满足以下几个条件:
①需要两种活泼性不同的金属或者金属与能导电的非金属单质作为电极材料。 ②电极材料必须插入电解质溶液中
③两个电极必须用导线连接,构成闭合回路。
2、两种电极,一般来说是活泼金属作为负极,不活泼金属或能导电的非金属单质作为正极。
【小结】通过本节课,我们认识了化学能转化为电能的装置——原电池,并且分析了原电池的工作原理,初步了解了将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应使之在不同区域进行,并通过导线传递其中的转移电子形成电流的过程。进一步归纳了原电池的几个构成条件,及了解了最简单的铜锌原电池的电极判断及电极反应的书写,再今后的学习中我们还将进一步认识原电池中的其它知识。今天回家后大家可以去收集生活中使用电池,看看它们都是用什么材质制成的,也可以动用你们的上网设备去搜索它们的工作原理。
【板书设计】
第二章 化学反应与能量
第二节 化学能与电能
一、 化学能转化为电能
1、火力发电中的能量转化
化学能 燃烧 蒸汽 发电机
热能 机械能 电能
弊端:①煤是不可再生能源
②煤燃烧对环境的污染大
③火力发电能量转化过程多,能量损耗多能量利用率低。
2、原电池
定义:将化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。
铜-锌原电池工作原理
负极( Zn): Zn – 2e- === Zn2+ 发生氧化反应
正极(Cu): 2H+ + 2e- === H2↑ 发生还原反应
总反应: Zn+H2SO4 === Zn SO4 + H2↑
原电池的构成条件:
①需要两种活泼性不同的金属或者金属与能导电的非金属单质作为电极材料。 ②电极材料必须插入电解质溶液中
③两个电极必须用导线连接,构成闭合回路。
【教学反思】
本节课以学生为主体的实验探究课.在教学中,让实验成为学生实践体验的一部分,通过自主实验,启发引导,小组合作,讨论分析等方法,让实验成为帮助学生开展探究活动的积极手段,并在其过程中培养他们学会合作,并激发他们的探究热情。 从整体教学效果来看,学生对知识点的掌握是相当不错的,学生都能轻松,愉快地掌握并应用,为后面的新内容的学习打下坚实的基础。更重要的是,也让学生充分展示自己的机会,使课堂围绕学生为中心的教学活动,真正体现学生的主体地位,大大激发学习积极性。
通过本节课的教学还发现有些学生的自学能力不够,没有课前预习,探究实验是往往造成盲目和无序;还有些学生的动手能力较差,实验时畏畏缩缩,实验的速度太慢,也影响了教学进度。今后还要教会学生适当的课前预习和足够的基础知识储备以及掌握基本的操作技能。另外要进一步解决探究如何开放,即开放哪些点的问题;开放到何种程度,即时间的把握等;以及探究后的讨论、归纳等。
第四节 原电池原理及其应用教学设计
一、教学目标
1.使学生理解原电池原理
2.常识性介绍日常生活中常用的化学电源和新型化学电池
3.使学生了解金属的电化腐蚀
二、教学重点、难点
1. 原电池原理
2. 金属的电化腐蚀
三、问题探究框架
1、铁放在稀硫酸中产生气泡,铜放在稀硫酸中不产生气泡。如果我们把这两种金属用导线接连在一起,铜片产生气泡,为什么?(自主发现)
(1)在导线中间接入电流,有电流通过,那么电流是怎么产生的呢?(引导发现)
(2)电流的产生说明锌片和铜片间存在电势差,电势差为什么是如何的产生呢?(自主发现)
(3)锌片上和铜片上电子转移的情况如何呢?
2、如何规定电源(电池)的正负极呢?(自主发现)
3、构成原电池的条件(直接给出,若时间允许可以引导发现)
四、教学过程设计
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