化學能與電能的轉化教學設計.doc

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專題1 化學反應與能量變化 第二單元 化學能與電能的轉化(第一課時教學設計) 【教材分析】 本節(jié)的內容是化學能與電能。化學反應與能量是最重要的原理性知識之一，也是在社會生產(chǎn)、生活和科學研究中廣泛應用的知識，是對人類文明進步和現(xiàn)代化發(fā)展有著重大價值的知識，與我們每個人息息相關?；瘜W能對人類的重要性決定了本節(jié)學習的重要性。 在上一節(jié)已經(jīng)學習了“化學能與熱能”的關系，通過實例和實驗，了解化學能與熱能的相互轉化，了解化學能轉化為熱能在生產(chǎn)、生活中的應用及其對人類文明發(fā)展的貢獻。在選修模塊“化學反應原理”中，將從科學概念的層面和定量的角度比較系統(tǒng)深入地學習化學反應與能量、電化學基礎。本節(jié)內容是對前一節(jié)課中“一種能量可以轉化為其他形式的能量，如熱能和電能等”論述的補充和完善，又是為學習“電化學基礎”奠定必要的基礎。 課程標準關于化學能與電能在必修模塊和選修模塊中均有安排，在本模塊中只要求舉例說明化學能與電能的轉化關系及其應用，認識研制新型電池的重要性。本節(jié)根據(jù)學生對“電”的感性認識及其對化學能與電能之間轉化問題產(chǎn)生的興趣，通過幾個設問把學生帶進了“化學能與電能之間相互轉化”的研究之中，并通過實驗探究發(fā)現(xiàn)構成原電池的條件。通過原電池和傳統(tǒng)干電池(鋅錳電池)初步認識化學電池的化學原理和結構，并不要求上升為規(guī)律性的知識；通過介紹新型電池(如鋰離子電池、燃料電池等)體現(xiàn)化學電池的改進與創(chuàng)新，初步形成科學技術的發(fā)展觀。激發(fā)學生科學知識的求知欲。 【教學目標】 1、知識與技能： ⑴了解常見的化學能與電能的轉化方式 ⑵舉例說明化學能與電能的轉化關系及其應用，認識研制新型電池的重要性，形成科學技術的發(fā)展觀。 ⑶理解原電池原理及其形成條件 2、過程與方法： ⑴通過預習培養(yǎng)學生自學能力、獨立解決問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力。 ⑵通過實驗探究培養(yǎng)學生主動探索科學規(guī)律的精神 ⑶通過思考與交流，讓學生學會聯(lián)系自己已掌握的知識通過比較歸納認識事物的本質特征。 3、情感、態(tài)度與價值觀 ⑴培養(yǎng)學生主動參與意識。 ⑵經(jīng)歷探究過程，提高學生的創(chuàng)新思維能力，勇于探索問題的本質特征，體驗科學過程。 【教學重點】 初步認識原電池概念、原理、組成及應用。 【教學難點】 通過對原電池實驗的探究、引導學生從電子轉移角度理解化學能向電能轉化的本質以及這種轉化的綜合利用價值。 【教學方法】 1、實驗探究法——通過實驗、分析、討論、總結應用等過程，誘導學生觀察、思考、推理、探究; 2、教學中以教師為主導，學生為主體，教材為主線，思維為中心； 3、利用計算機軟件（CAI）,化微觀、抽象為具體、直觀、形象。 【教學流程】 材料引題 創(chuàng)設情景 指 導 實 驗 總結布置新的問題 歸納要點 知識呈現(xiàn) 教師 認知沖突自主思維 實踐應用 創(chuàng)新思維 解決問題 發(fā)散思維 小組討論 得出結論 自己動手開展實驗 學生 觀察 → 探索 → 驗證→ 歸納 激發(fā)思維 激化思維 深化思維 聚合思維 【教學過程】 【引入】。 【閱讀材料】《科學史話 伏打與電池的發(fā)明(一)》 1780年意大利著名生物學家伽伐尼在解剖青蛙時，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。伽伐尼做了如下實驗：實驗1: 用一枝銅鉤插入死青蛙的脊髓中，再掛在鐵欄桿上，當青蛙腿碰到鐵欄桿時，就發(fā)生顫抖。實驗2:將青蛙放到銅制的解剖盤里，當解剖刀接觸蛙腿時，蛙腿發(fā)生抽搐 他根據(jù)實驗得出：青蛙自身肌肉和神經(jīng)里的“生物電”是導致抽搐的原因。1791年，伽伐尼發(fā)表了《論肌肉中的生物電》論文，引起廣泛關注。 善于質疑的意大利物理學家伏打，提出了疑問：為什么只有青蛙腿和銅器和鐵器接觸時才發(fā)生抽搐？實驗如下： 實驗1:將青蛙腿放在銅盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿抽搐 實驗2:將青蛙腿放在木盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿不動。經(jīng)過一番研究，伏打用實驗推翻了伽伐尼的結論，他發(fā)現(xiàn)兩種活潑性不同的金屬同時接觸蛙腿，蛙腿就會抽搐，蛙腿只是起了顯示電流通過的作用，所謂特殊的“動物電”是不存在的。 【提出問題】聯(lián)想到肌肉、神經(jīng)類似于能導電的電解質的溶液，那么，電解質溶液與活潑性不同的金屬作用會不會產(chǎn)生電流呢？請先做以下嘗試： 【學生實驗教師指導】 實驗1 觀察記錄（你看到了什么？） 結論（小組討論） 將鋅片和銅片平行插入稀硫酸溶液中，觀察現(xiàn)象； 鋅片表面有氣泡生成 銅片面有無泡生成 Zn ＋2H＋＝Zn2+ ＋H2 銅不能與稀硫酸反應 再使鋅片和銅片接觸，觀察實驗現(xiàn)象。 銅片也有氣泡生成 為什么銅片表面有氣泡？H+得到的電子是銅失去的嗎？ 電子從鋅片轉移到銅片上，H+得到的電子不是銅失去的。 【提出問題】你的頭腦中產(chǎn)生了什么疑問？做一個合理的假設解釋你的疑問！ 【學生假設】假設：電子從鋅片跑到銅片上。 【追問】如何證明電路中有電子通過？ 【學生回答】用電流表檢驗！將鋅片和銅片用導線連接起來，在導線之間接入電流表。平行插入稀硫酸溶液中觀察實驗現(xiàn)象。 【教師】動手試一下吧！ 【學生實驗教師指導】 實驗2： 觀察記錄（你看到了什么？） 結論（小組討論） 將鋅片和銅片用導線連接起來，在鋅片和銅片導線之間接入電流表。 電流表偏轉 1、電路中有電流通過； 2、化學能直接轉化為電能的裝置。 【教師】電流表偏轉啦！電流產(chǎn)生啦！從能量變化的角度分析這是什么裝置? 【學生】化學能直接轉化為電能的裝置。 【板書】原電池定義：化學能直接轉化為電能的裝置叫做原電池。 【小組討論】1．在鋅片和銅片表面分別發(fā)生了哪些變化？2．電子從哪里來，到哪里去？3. 電池的正極和負極分別是什么？判斷依據(jù)是什么？ 4.溶液中有哪些看不見的動作？ 【展示圖片】 【小組匯報】由于Zn失去的電子經(jīng)導線轉移到Cu片上，故導線上有電流通過，因此電流計指針發(fā)生偏轉。電子由鋅片流向銅片，根據(jù)物理學知識，電子移動方向與電流方向相反，電流由銅片流向鋅片，銅片為正極，鋅片為負極。負極Zn：Zn－2e－＝Zn2+ 正極Cu：2H＋＋2e－＝H2 Zn失去的電子成Zn2+進入溶液，溶液中的陰離子移向負極Zn，陽離子移向正極Cu。 【模擬動畫】 【教師總結板書】 氧化還原反應 原電池反應本質： 化學能 電能 Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑ 2H++2e- =H2↑ 氧化反應 銅鋅原電池 電解質溶液 還原反應 陰離子 陽離子 負極 正極 陽離子 失e-，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生 電極反應總式： 2e- Zn-2e-=Zn2+ 【過渡】原電池是化學能直接轉化為電能的裝置，哪么要構成一個原電池需要哪些條件呢？ 【閱讀材料】《科學史話 伏打與電池的發(fā)明(二)》 伏打指出，伽伐尼實驗中連接起來的是兩種不同的金屬(他稱為第一類導體或干導體)和含液體的青蛙肌肉(他稱為第二類導體或濕導體)。伏打把不同的金屬板浸入同一種電解液里，組成了第一個直流電源——伏打電池。他用幾個容器盛了鹽水，把插在鹽水里的銅板、鋅板連接起來，電流就產(chǎn)生了。 【提出問題】根據(jù)已具備的氧化還原反應知識和上述信息，你認為構成原電池的條件是什么？ 說出你的想法并與同伴交流。 【學生假設】原電池組成：兩塊電極（正、負極）和電解質溶液。 【小組討論】下列裝置能否構成原電池。如果你還有疑問，你可用下列藥品：Zn片、Cu片、石墨棒、Fe釘、稀硫酸、無水乙醇、導線、CuSO4溶液、電流表、燒杯等設計對比實驗證明你的想法。 第一組對比實驗： 能否構成 原電池 能 能 能 不能 構成原電池條件一 小組討論：原電極的電極材料的活潑性 不同的金屬或非金屬導體石墨等 第二組對比實驗： 能否構成 原電池 能 不能 構成原電池條件二 小組討論：電極必須插在 電解質溶液中 第三組對比實驗： 能否構成 原電池 不能 構成原電池條件三 小組討論：兩極相連必須形成 閉合回路 【教師總結】形成條件一：活潑性不同的兩個電極---負極：較活潑的金屬；正極：較不活潑的金屬或非金屬導體石墨等；形成條件二：電極需插在電解質溶液中；形成條件三：必須形成閉合回路。用一句話可概括為“兩極一液成回路” 【板書】構成原電池條件：“兩極一液成回路”。 【提問】有新發(fā)現(xiàn)的請舉手，還有什么實驗方案在現(xiàn)有實驗條件無法驗證的? 【學生】原電池反應必須是自發(fā)氧化還原反應。 【過渡】根據(jù)構成原電池的條件，你是不是已經(jīng)摩拳擦掌，想動手設計一個原電池呢？ 【實踐活動】有下列材料：電極（Zn片、Cu片、石墨棒、Fe釘?shù)热芜x）、導線、水果 （西紅柿2個）、電流計，請設計一個能使電流計指針發(fā)生偏轉的裝置。方式：最好先獨立設計，并動手試驗，邊做邊改進，也可與鄰座同學相互討論和觀摩，或請老師指導。 我設計的原電池 實驗現(xiàn)象 電流表是否偏轉 能否構成原電池 結 論 【講述】 通過這個實驗，大家知道了用西紅柿作電解液也可以組成原電池。我們回家也可以用其它金屬、水果、液體再試一試。 【課堂練習】請你當醫(yī)生：格林太太是位漂亮、開朗、樂觀的婦女, 當在開懷大笑的時候，人們才可以發(fā)現(xiàn)她一口整齊而潔白的牙齒中鑲有兩顆假牙：其中一顆是黃金的—這是格林太太富有的標志；另一顆是不銹鋼做的—這是一次車禍后留下的痕跡。令人百思不解的是，打從車禍以后，格林太太經(jīng)常頭痛，夜間失眠，心情煩躁……醫(yī)生絞盡了腦汁，格林太太的病情仍然末見好轉。你能為格林太太開一個藥方嗎？ 【課后作業(yè)】1、完成探究：完成成長記錄表。 2、解決問題：了解一個真正的電池，看看哪些地方運用到今天大家的研究成果。3、搜集關于廢舊電池中存在的物質，廢舊電池隨便丟棄會對環(huán)境造成哪些不良影響？ 六、板書設計 第二節(jié)《化學能與電能》 一、原電池定義：化學能直接轉化為電能的裝置叫做原電池。 氧化還原反應 二、化學能 電能 2H++2e- =H2↑ Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑ 氧化反應 銅鋅原電池 電解質溶液 還原反應 陰離子 陽離子 負極 正極 陽離子 失e-，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生 電極反應總式： 2e- Zn-2e-=Zn2+ 正極：較不活潑的金屬或導體（如石墨等） 1.活潑性不同的兩個電極 負極：較活潑的金屬 三、 構成原電池條件： 2. 電極需插進電解質溶液中 （“兩極一液成回路”）。 3.必須形成閉合回路