资源简介

9.3 化学与能源 - 第二课时（教学设计）
课题 课时安排
核心 素养目标 宏观辨识与微观探析：认识化学能与电能的转化宏观现象，初步感知电池内部微观反应。 科学思维：对比不同电池的差异，归纳能量转化规律。 科学探究与创新意识：通过任务探究了解电池工作原理与氢能优势。 科学态度与社会责任：树立绿色能源理念，增强节约能源、保护环境的社会责任感，关注新能源发展。
重点 和难点 重点是化学能转化为电能的原理，一次电池、二次电池、燃料电池的分类及特点，氢燃料电池的工作原理与应用。 难点是区分三类电池的本质差异，理解氢燃料电池无污染、高效率的核心优势，厘清化学能与电能直接转化和间接转化的区别，学会结合场景选择合适的化学电源。
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图
导入新课 生活中各类便携电器都离不开电池，遥控器干电池、手机锂电池、新能源汽车电池随处可见。大家知道电池为何能供电？电池工作时发生了怎样的能量转化？不同电池有何区别？本节课我们将聚焦化学能的电能利用形式，探究各类化学电池的奥秘，解锁清洁能源的化学原理。 立足学生生活场景，以常见电池创设问题情境，激发学生探究兴趣，衔接上节课化学能与热能的转化知识，自然引出本节课化学能转电能的核心学习内容。
讲授新课 （一）知识回顾，衔接新知 在正式开启本节课新知探究前，我们首先回顾上一节课所学的核心知识，搭建完整的能源知识体系。上节课我们重点学习了能源的分类、化石燃料的利用，以及化学能转化为热能的主要形式。我们知道，物质发生化学反应时，都会伴随能量的变化，化学能是物质本身储存的能量，通过化学反应可以释放出来，转化为人们可利用的能量形式。其中，化学能转化为热能是目前人类利用化学能最广泛、最普遍的方式，生活中燃煤取暖、燃气做饭、燃油机动车行驶，都是利用了化学能转化为热能的原理。 但随着社会的发展，单纯依靠化学能转热能的能源利用方式逐渐凸显弊端。化石燃料燃烧放热的过程中，能量利用率较低，大部分能量会以余热的形式散失，同时会产生二氧化硫、氮氧化物、粉尘等污染物，加剧环境污染与温室效应。除此之外，热能的运输和储存难度较大，无法满足便携式电器、精密设备、新能源交通工具的使用需求。基于生产生活的实际需求，人类不断探索化学能的新型利用方式，其中化学能转化为电能是最高效、最洁净、应用最广泛的方式之一，这也是我们本节课的核心学习内容。 为了让同学们循序渐进掌握知识，本节课我们将通过四大任务探究，逐一突破化学能转电能的原理、化学电池分类、氢燃料电池应用及绿色能源发展价值，全程以自主探究、小组合作、对比分析的方式开展学习。 任务一：探究化学能转化为电能的基本原理 【任务驱动】请同学们结合教材内容，独立思考两个核心问题：第一，化学能转化为电能的本质是什么？第二，实现化学能向电能直接转化的核心装置是什么？思考完成后，小组内交流讨论，汇总小组观点。 学生自主学习与小组讨论结束后，教师引导学生梳理核心知识点。在化学反应中，氧化还原反应会伴随电子的转移，电子的定向移动就会形成电流，这就是化学能能够转化为电能的微观本质。区别于燃烧反应中化学能先转热能再间接利用的方式，化学能转化为电能是直接转化，无需经过热能中间环节，能量转化效率大幅提升，且过程可控、污染极小。 能够实现化学能直接转化为电能的专用装置，统称为化学电池，简称电池。电池是一种将化学反应的化学能直接转换为电能的储能、供能装置，也是目前人类利用化学能发电的核心设备。我们生活中使用的各类电池，本质都是利用特定的化学反应，通过电子定向移动产生电能，为用电器供电。 教师进一步拓展对比，帮助学生区分能量转化差异。化石燃料燃烧发电属于间接转化，流程为：化学能→热能→机械能→电能，多重转化过程中能量损耗极大，综合利用率不足40%，且会产生大量污染物。而化学电池发电为直接转化，流程为：化学能→电能，能量转化效率可达80%以上，几乎无废气废渣排放，具备高效、洁净、便捷的核心优势。 【小组互评总结】各小组结合探究内容，总结化学能转电能的优势，梳理核心原理，初步建立“化学反应伴随能量转化，转化方式决定能源利用效率”的科学认知。 任务二：分类探究常见化学电池的特点与应用 【任务驱动】生活中的电池种类繁多、用途各异，请同学们结合教材新教材分类标准，以四人小组为单位，完成分类探究任务。通读教材内容，将化学电池分为一次电池、二次电池、燃料电池三类，分别梳理每类电池的工作特点、能否充电、使用寿命、生活实例及适用场景，完成探究表格，并结合生活经验分析不同电池的优缺点。 学生小组探究过程中，教师巡回指导，解答学生疑问，引导学生精准区分三类电池的核心差异，重点关注“能否重复使用”这一分类依据。小组探究完成后，依次展示探究成果，教师逐一精讲梳理。 第一类：一次电池。一次电池也叫干电池，是最基础、最常见的化学电池。其核心特点是电池内部的化学反应为不可逆反应，放电完成后，无法通过充电的方式恢复电能，只能一次性使用，电量耗尽后直接报废。生活中常见的锌锰干电池、纽扣电池都属于一次电池，广泛应用于遥控器、手电筒、电子钟表、儿童玩具等小型、低功率、使用频率较低的设备中。一次电池的优势是结构简单、价格低廉、携带方便、即开即用；缺点是不可循环利用，废旧电池随意丢弃会造成土壤、水体重金属污染，资源浪费严重。 第二类：二次电池。二次电池又称蓄电池、可充电电池，其内部的化学反应为可逆反应。电池放电时，通过化学反应将化学能转化为电能；外接电源充电时，在外加电能作用下发生逆向化学反应，重新储存化学能，可反复充电、放电，循环使用。生活中常见的锂电池、铅蓄电池、镍氢电池均属于二次电池。手机、平板电脑、笔记本电脑使用的锂电池，电动车、汽车启动使用的铅蓄电池，都是二次电池的典型应用。二次电池的优势是可循环利用、使用寿命长、能量储量大，适配大功率、反复使用的用电设备；缺点是制造成本较高，充电需要外接电源，废旧电池回收处理要求更高。 第三类：燃料电池。燃料电池是一种新型高效环保电池，区别于传统电池提前储存化学物质的模式，燃料电池是持续通入燃料和氧化剂，通过化学反应持续产生电能。常见的燃料为氢气、甲烷等清洁燃料，氧化剂一般为空气中的氧气。本节课重点学习应用最广泛的氢燃料电池。燃料电池最大的特点是无需充电，只要持续供给燃料和氧化剂，就能持续发电，发电过程连续稳定，且产物无污染、能量转化效率极高。目前广泛应用于航天航空、新能源汽车、大型储能设备等高端领域。 【深度探究思考】教师提出问题，引导学生深度思考：为什么燃料电池的能量利用率远高于传统化石燃料发电？学生结合所学知识分析得出，燃料电池直接将化学能转化为电能，无中间能量损耗，且燃料反应更充分，因此效率更高，同时避免了燃烧过程的污染物排放。 【小组总结归纳】各小组汇总三类电池的核心区别，明确分类依据、特点、用途，形成系统化知识框架，能够根据生活场景准确选择对应的电池类型。 任务三：重点探究氢燃料电池的结构、原理与优势 【任务驱动】氢燃料电池是本节课的重难点内容，也是当下新能源发展的核心技术。请同学们结合教材图文内容，自主探究三个核心问题：第一，氢燃料电池的基本组成结构是什么？第二，氢燃料电池的工作过程是怎样的？第三，氢燃料电池发电的生成物是什么，有哪些核心优势？探究完成后，小组合作梳理完整的工作流程。 教师结合教材配图，精讲氢燃料电池的核心知识点。从结构来看，氢燃料电池主要由多孔金属正极、多孔金属负极、导电电解液三部分组成，结构简单、体积小巧、稳定性强。多孔金属电极的作用是增大反应接触面积，加快化学反应速率，保障发电效率。 从工作过程来看，发电时将氢气持续通入电池负极，将空气或氧气持续通入电池正极。氢气在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，电极之间的电解液传导离子，形成闭合回路，电子定向移动产生持续稳定的电流，实现化学能向电能的直接转化。整个反应过程温和，无燃烧、无高温、无明火，反应条件可控安全。 从反应产物来看，氢气和氧气发生化学反应的生成物只有水，无二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等任何污染物，实现了真正意义上的零污染、零排放。对应的化学反应原理为氢气与氧气化合生成水，全程能量转化高效，无能量浪费。 教师进一步拓展氢燃料电池的核心优势，帮助学生全面认知新能源价值。一是绿色环保，产物只有水，不会造成温室效应和环境污染；二是高效节能，能量转化效率可达90%以上，远超传统火力发电和普通电池；三是持续稳定，无需充电，持续供气即可持续发电；四是安全可靠，反应温和，无爆炸、燃烧风险，适配各类精密设备和交通工具。 结合生活与科技实例拓展应用场景，氢燃料电池最早应用于航天飞船、空间站，为航天器提供稳定能源，同时生成的水可循环利用，满足航天员用水需求。如今已广泛应用于新能源公交车、物流车、家用新能源汽车，同时在大型储能电站、应急供电设备中得到普及，是未来清洁能源发展的核心方向。 【小组探究延伸】小组讨论：结合氢能的特点，分析氢燃料电池目前未能全面普及的原因。学生结合生活认知讨论后，教师总结：氢气制取成本高、储存运输难度大、配套设施不完善，是目前氢能推广的主要难题，也为未来新能源研究指明了方向，激励学生努力学习化学知识，助力新能源技术突破。 任务四：探究化学电源的使用规范与绿色发展意义 【任务驱动】化学电池为生活带来极大便利，但不合理使用和废弃处理会造成严重的环境问题。请同学们结合教材内容和生活常识，小组合作探究：日常使用电池的注意事项，废旧电池的正确处理方式，以及推广新型绿色电池的社会意义。 学生小组讨论后，教师系统梳理知识点。在电池使用规范方面，一次电池不可拆解、不可投入火中，避免内部化学物质泄漏、发生爆炸；二次电池避免过度充电、长时间闲置，延长电池使用寿命；各类电池均需避免高温、潮湿环境，防止短路损坏。 在废旧电池处理方面，普通干电池含有汞、镉、铅等重金属，随意丢弃会渗入土壤、流入地下水，造成重金属污染，危害人体健康和生态环境。因此废旧电池属于有害垃圾，必须投入专用回收垃圾桶，统一回收处理，严禁随意丢弃、混入生活垃圾焚烧填埋。新型氢燃料电池无重金属、无有毒有害物质，废弃后污染极小，是环境友好型能源设备。 从社会发展意义来看，传统化石能源日益枯竭、环境污染问题日益严峻，开发和利用化学电能、推广氢燃料电池等绿色能源，能够有效减少化石燃料的消耗，降低污染物排放，缓解温室效应，推动能源结构转型升级，助力社会可持续发展，这也是化学学科服务社会、助力绿色发展的重要体现。 【课堂拓展升华】教师引导学生建立学科价值观，化学不仅仅是课本上的公式和原理，更是解决社会能源危机、改善生态环境、推动科技进步的核心力量。从传统电池到新型燃料电池，从化石燃料供能到绿色氢能供能，体现了人类利用化学、改造自然、绿色发展的科学理念。 （二）课堂知识梳理，构建体系框架 本节课我们围绕化学能的电能利用，完成了四大探究任务，构建了完整的知识体系。首先掌握了化学能转化为电能的核心原理，明确了直接转化的高效洁净优势；其次分类掌握了一次电池、二次电池、燃料电池的结构特点、使用区别和应用场景；重点突破了氢燃料电池的组成、工作原理、反应产物和核心优势；最后了解了电池的使用规范、废旧电池回收要求和绿色能源的发展意义。 整体梳理核心逻辑：化学反应的电子转移实现能量转化，化学电池是能量转化的载体，不同类型电池适配不同生活场景，新型氢能电池是未来绿色能源的发展主流，合理利用化学能源、规范处理废旧能源设备，是每个人的社会责任。本节课知识既巩固了化学反应与能量变化的基础原理，又衔接了社会能源、环境热点，实现了化学知识与生活、科技、社会的深度融合。 本节课整体采用任务式驱动教学模式，贴合新教材编排逻辑，以生活常见电池为切入点，层层递进设置探究任务，由基础原理到分类应用，再到重难点突破和社会责任升华，符合九年级学生的认知规律。全程突出学生主体地位，通过自主探究、小组合作、对比分析、拓展延伸的方式，替代传统灌输式教学，有效落实四维核心素养。既夯实了化学能与电能转化、电池分类等核心知识点，又结合新能源热点拓宽学生视野，培养学生的科学探究能力与绿色环保意识，实现知识传授、能力培养、价值引领的三维教学目标。
板书设计 9.3 化学与能源（第二课时）化学能的利用 一、核心原理 本质：氧化还原反应，电子定向移动形成电流 二、化学电池分类 1. 一次电池（干电池）：不可逆、一次性使用，遥控器、玩具 2. 二次电池（蓄电池）：可逆、可充电循环，手机、电动车 3. 燃料电池（氢燃料电池）：持续供气、持续发电、零污染
作业布置 完成分层作业
教学反思

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