资源简介

教学设计
单元名称 化学反应与能量
第一课时 化学反应与电能
课时教材分析： 电能是继化学能与热能之后的第二种能量转换，涉及内容既有学科交叉又与生活密切联系，更是氧化还原反应的延伸与应用，本节课是后续电化学知识的基础，起到了承前启后的作用。“化学能与电能”是高中化学必修课程中化学反应规律的内容，与元素化合物的知识相比，“化学能与电能”概念的建构过程具有丰富的化学学科核心索养的发展价值，是高一年级全体学生都要重点学习的内容。新课标的内容要求知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。学业要求能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。因此，该节内容重点是要让学生学会建构“原电池”的思维模型，培养学生证据推理与模型认知，科学探究与创新意识的学科核心素养。
课时学情分析： 通过之前对化学与能源相关知识的学习，学生已经有了一定的认识和了解，知道通过化学反应可以实现物质的转化，同时伴随一定的能量变化；已经学习过氧化还原反应的相关知识，知道氧化还原反应的本质是电子的得失；在物理学科中已接触过电学知识，对电路、电极、电流等相关内容已有一定的知识储备，知道带电粒子的定向移动形成电流，知道电流的形成的基本条件：有电源，形成闭合回路。同时，高中生与日常生活已有充分的接触，对电池比较熟悉，有一定的基础性认识。学生对电有着丰富而强烈的感性认识，正处于化学学科思想和方法培养的关键期，思维活跃对新知识充满好奇，但对实验的观察，探究和设计方面的能力还有待进一步提高。
3.课时学习重点： 理解氧化还原反应与原电池原理之间的联系，了解原电池的形成条件，分析简单原电池的原理及构成条件。
4.课时学习难点： 原电池的工作原理
5.开放性学习环境： 开展化学实验教学与研究，重视创造“趣味实验”，多让学生亲自操作体验，可以将化学常识、化学实验、化学研究联系起来，组织新意迭出、兴趣盎然的学习环境。
6.课时学习目标： 在《化学２（必修）》第二章第二节“化学反应与电能”（第一课时）的学习过程中，巩固和发展学生基于变化观念从宏微结合视角分析解决问题的能力，深化对氧化还原反应实质的认识，知道在一定条件下化学能可以转化为电能，丰富学生对能量转化形式的认识，发展学生“宏观辨识与微观探析”“变化观念”化学学科核心素养；引导学生基于实验事实、数据等证据进行分析推理，初步建构原电池的认知模型，同时通过有目的的探究实验概括得出原电池的构成条件，培养学生的科学探究能力和合作能力，发展学生“证据推理与模型认知” “科学探究与创新意识”化学学科核心素养；通过以原电池为原理制作简易电池体会化学科学对人类文明和社会发展起到的重要作用，进一步增强社会责任感，发展学生 “科学态度与社会责任”化学学科核心素养。
7.课时教学过程： 【展示】视频—新能源汽车 【讲述】俄乌战争的爆发促使油价持续上涨，越来越多的消费者将视线转向了以车载电源为动力的新能源汽车。老师今天也给大家准备了一辆小车，怎样让它奔跑起来吗？ 【环节一】如何让小车跑起来 【演示实验】将小车的两根线连着的电极片放入一盛有液体的烧杯中，小车跑起来了。 【师】这是为什么呢？ 【生】有电了。 【师】刚才的这个实验大家都只注意看小车跑起来了，没有看到烧杯中两根导线连着的金属片上的现象吧？怎么两个金属片放入某液体中就能有电了呢？想要知道怎么发电的吗？下面咱们开始一起动手实验吧！ 仪器及试剂：锌片，铜片，烧杯，导线，电流计，稀硫酸溶液。 【实验1】把一块锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察实验现象（注意两块金属片不要相接触）。 【师】实验1锌片表面有气泡，是什么气体？写出离子方程式。 【生】氢气。Zn+2H+=Zn2++H2↑ 【师】锌化合价升高，失电子，氢离子化合价降低，氢离子得电子，生成氢原子，两个氢原子结合成氢气。 【实验2】用导线把实验1中的锌片和铜片连接起来，观察实验现象（注意两块金属片不要相接触）。 【师】实验2铜片表面有气泡，是什么气体？会是氧气吗？ 【生】是氢气。不是氧气。若是氧气，则是水中氧元素失电子才能化合价升高。金属只能失电子，不可能只都失电子，不得电子，所以只能是溶液中的氢离子在铜片表面得电子生成氢气。 【讨论】H+得到的电子是铜失去的么？如何证明？ 【生】不会。①单独将铜片插入硫酸中，无气泡。实验验证。 ②在金属活动性顺序表中，铜排在氢的后面，不能置换出氢气。 ③上述实验，若是铜失电子，将会生成铜离子，溶液将变蓝色。但烧杯中溶液无色。 【讨论】整个过程中，电子定向移动了吗？ 锌失去电子沿导线传递给了铜，这个过程中电子发生了定向移动，应该会产生电流！ 【师】整个装置真的可以产生电流吗？ 【实验3】在实验2的导线中间分别连接一个灵敏电流计，观察实验现象。 【生】从电流表指针的偏转，我们能够推理出导线上有电流产生。 【师】烧杯内的锌片、铜片、硫酸三者共同作用，源源不断地向外供电，就起到了电池的作用了。刚才我做的实验，就是将锌片、铜片连接风扇，再放入硫酸溶液中的。所以现在大家明白了小车为什么会跑起来了吧。 【思考与交流】根据能量守恒原理，这种产生出来的电能是从什么能量转变来的呢？ 【生】化学能转化为电能的装置。 【结论】原电池是一种将化学能转变成电能的装置。 【环节二】小车为什么能跑起来？ 【动画】Zn-Cu原电池 【师】对电池来说，总是有两个电极，负极和正极。如何定义正负极？ 【生】电子流出的极是负极，电子流入的极是正极。 【问题1】在这个锌铜原电池中，哪种金属作为负极，哪种金属作为正极？ 【生】锌为负极，铜为正极。 【追问】为什么锌片是负极？ 【生】因为锌比铜活泼，容易失电子。 总反应是Zn+2H+=Zn2++H2↑，Zn-2e_ =Zn2+（发生氧化反应）和2H++2e_ =H2↑（发生还原反应） 【师】要形成一个源源不断的工作状态，电流要不断地流动起来，不流动就会断。（电流就是在一定的电场力作用下，带电粒子的定向移动）电子在外电路中，可以通过导线从负极到正极移动，这个路是通的。电子不能在溶液中移动，那溶液中怎么传递电荷呢？靠什么呢？ 【生】靠离子。溶液中的阴阳离子迁移来传递电荷。 【师】迁移向铜片的是什么离子？ 【生】氢离子，因为铜片表面不断有气泡产生，是氢离子在铜片上得电子产生氢气（电子是从负极流入正极，正极上累积过多电子，吸引阳离子，因而导致阳离子向正极移动）。 【师】迁移向锌片的是什么离子？ 【生】硫酸根离子。负极附近产生锌离子，根据异种电荷相互吸引，吸引阴离子向负极移动。 【师】请一位同学来解释下刚才的小车为什么能跑起来？ 【生】铜锌原电池工作原理：锌片为负极，电子从锌片流出，经导线进入到铜片，溶液中的氢离子在铜片表面得电子，产生氢气。溶液中氢离子迁移向铜片，阴离子迁移向锌片，粒子的定向移动产生电流。 【讲解】原电池的工作原理 要点：1、正、负极的电极反应； 2、电子的移动（电流的移动）； 3、要有氧化反应和还原反应； 4、溶液中离子的移动 以上就是原电池的工作原理。 【环节三】什么装置能使小车跑起来？ 【师】在锌铜原电池中铜片不失电子，铜片的作用是什么？（导体的作用）。不用铜片，换成别的是否可行？替换的依据是什么？带着这些问题接下来进行分组探究实验。 【分组探究实验】(实验仪器及药品:金属锌片、铜片、碳棒，导线、稀硫酸、硫酸铜溶液、蔗糖溶液、电流表、烧杯等) 实验一：改装电极材料 实验二：改装电极材料 实验三：分装溶液 【讨论交流】学生根据实验探究总结原电池形成的条件。 原电池形成的条件: （1）电极材料：一般具有活泼性不同的两个电极。 （2）要有自发进行的氧化还原反应。【电极反应物：一般活泼的金属作负极（失电子），较不活泼的金属或非金属导体做正极（电子转移到正极，溶液中的阳离子或氧化性强的物质得电子）。】 （3）内电路离子导体：电解质溶液。 （4）外电路电子导体：形成闭合回路。 【环节四】如何让小车跑得更快？ 【师】其实老师从商店买回来的这辆小车的两个电极原本分别是是镁片和碳片，现在把用与电机相连的鳄鱼夹分别夹住镁片、碳片，然后让它们部分浸没在氯化钠溶液中（不接触），观察小车运动情况。 【师】小车是不是跑得更快了？为什么呢？ 【生】产生的电流更大。 【师】在这个碳镁原电池中，哪种物质作为负极，哪种物质作为正极？解释原电池工作原理。 【生】镁片作为负极，碳片作为正极。 【师】同学们课后思考Mg—C（氯化钠）为原电池的两电极发生的电极反应的书写。 【师】如何让小车能够跑得更快 请同学们动手实验。 【生】发现增大氯化钠溶液的浓度，减小两极间距离均能够使小车跑得更快。 【师】总结：电解质溶液种类及浓度、两极间距、电极种类、反应表面积、电池连接方式都会改变小车的行驶速度。 【思考与交流】现在我们可以运用刚刚所学的内容，想想可以将氯化钠溶液换成稀硫酸吗？你们能为小车再设计一个简易电池，让这个小车再次跑起来吗？ 【师】我们刚上课讲到的新能源汽车电池也有一些弊端，比如存在续航，电池寿命等一些局限性。现阶段，动力电池有待完善技术，创新提高其性能，攻克其短板，仍有很长的路要走。 【视频】播放目前电池的最新研究成果 【师】随着我国制造技术的不断提高，动力电池也会不断提升，利用不断改进的技术，相信不远的将来，动力电池可以扬长避短，达到最佳使用状态，助力新能源汽车不断前进。 【课堂小结】今天这节课我们一起认识了原电池，重点通过实验探究了原电池的基本工作原理和构成条件，并根据这个原理自己动手安装的原电池让小车跑了起来。同时我们也相信随着科学技术的发展，人类对化学电池的探索必将不断深入，化学电池一定会给人类的美好生活做出更大的贡献！
8.课时教学板书设计：
9.课时作业设计： 课后同学们利用所学的知识设计一个简易原电池让小车跑起来。
10.课时教学反思（实施后填写）：

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