第二节化学能与电能学案设计省级课题研究成果.docx
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第二节化学能与电能学案设计省级课题研究成果
第二章化学反应与能量
第二节化学能与电能学案设计
车琳
第一课时
目标透析
教学内容:
化学能转化为电能
教学目标
1、知识与技能
(1)、理解原电池的形成条件及会书写简单的电极反应式
(2)、了解化学能与电能的转化关系。
(3)、初步了解化学电池的工作原理及应用
2、过程与方法
通过观察实验、对比分析,理解在原电池中电子的流向和电流的运动方向,培养分析思维能力。
3、情感、态度和价值观
(1)、深化对“现象与本质”的辩证唯物主义观点的认识
(2)、通过实验研究,激发学习兴趣,培养严谨求实、勇于创新的科学品质
教学重点:
原电池的化学工作原理
教学难点:
原电池的工作原理;原电池的形成条件及电极反应式的书写;电子流和电流的方向的判断
教学策略:
实验探究、合作交流、谈话讨论
教学进程
预习情境
【课前研读】(提示:
请同学课前务必完成!
)
一、化学能与电能
1、列举你所知道的能源并进行简单的分类,在你所知道的能源中,你认为最环保的能源是什么?
2.我国目前发电总量构成:
火电----81.2% 水电----17.6% 其他----1.2%(今后水电和其他发电量会逐步增加)。
3.火力发电原理:
通过化石燃料燃烧,使化学能转变为热能,加热使水汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电。
`
4.火力发电流程:
5.火力发电缺点:
①转换环节多;②发电效率低;③能源浪费多;④环境污染严重等。
6.燃烧的氧化还原反应本质:
(学生回答)氧化剂与还原剂之间发生电子转移,引起化学键重新组合,伴随有能量变化。
7、氧化还原反应的本质是,在此过程中,除了的重新组合外,还伴随着的变化。
二、原电池原理
1.概念:
将 的装置。
从理论上讲,能自发进行的氧化还原反应(即符合强氧化剂与强还原剂反应生成弱的氧化剂与弱的还原剂的反应),都可设计为原电池。
2.原电池正、负极概念:
以Zn|H2SO4|Cu原电池为例,如下图所示:
稀硫酸
负极(Zn):
(氧化反应)
正极(Cu):
(还原反应)
总反应:
(氧化还原反应)
负极:
较活泼的一极或电子流出的极,发生氧化反应的极。
正极:
较不活泼的一极或电子流入的极,发生还原反应的极。
3.构成原电池的条件:
【实验探究】探究原电池构成条件
实验一:
【归纳小结】形成条件一:
活泼性不同的两个电极。
实验二:
【归纳小结】形成条件二:
电极需插进电解质溶液中。
实验三:
【归纳小结】形成条件三:
必须形成闭合回路。
【归纳总结】原电池构成的条件
(1)有一个自发进行的氧化还原反应;
(2)具有不同的两极:
较活泼的金属作负极,发生氧化反应,较不活泼的金属或非金属(如石墨)作正极,发生还原反应。
(3)具有电解质溶液
(4)具有导线相连组成闭合回路(或在溶液中接触)
4、化学电池是把反应释放的能量转化为能的装置,其原理是
,这种装置可以将反应体系的能量储存起来。
5、在闭合电路中,电子由电源的极流出,然后回到电源的极,在化学中,将能转变为能的装置叫做,在原电池中,电子流出的一极是______极,该极上发生反应。
电子流入的一极是_____极,该极上发生反应,化学电池就是根据原电池原理制成的,因此,化学电池的本质是。
课堂帷幕
【课堂讨论】(争做课堂主人!
)
(一)、阅读探索(阅读教材图2—8,同桌讨论)(5分钟)
火力发电有哪些流程?
请同学们搜索有关信息进行研究,你觉得火力发电有哪些优缺点?
(二)、实验发现(原电池模型的建立):
(5分钟)
实验启示(教师可演示):
根据教材P40实验2—4内容,连接好装置。
在此,你发现了什么?
获得了什么启示,你有什么新的想法?
(三)、形成原电池的条件探究(可分成若干小组,协作探究,10分钟):
实验探究:
根据教材P41“科学探究”栏目所提供的器材、实验用品设计一套电池装置。
你设计的装置图
实验用品及操作
现象
(得出结论):
通过你的实验探究和讨论,试总结一套完整的化学电池应由哪几部分构成,各起什么作用(集思广义,让同学总结,集体建构)
①_______________________;
②__________________________;
③__________________________;【思考与交流】(放飞思维,张扬个性,展示自我!
)
(一)分小组讨论与协作实验(5分钟)
小组1:
通过以上实验和探究,试说明化学电池应由哪几部分构成,各起什么作用?
试总结两级的反应类型和电子与电流的流向。
小组2:
请动手利用水果如苹果、柑橘、柠檬或番茄等制作原电池。
(二)选代表汇报与展示(5分钟)
实践情境
【效果检测】(积极思考,与他人分享!
)(10分钟)
1.下列关于铜—锌—稀H2SO4构成的原电池的有关叙述中错误的是()
A.锌为负极,锌发生氧化反应
B.铜为正极,铜不易失去电子而受到保护
C.负极发生还原反应,正极发生氧化反应
D.外电路电子流入的一极为正极,电子流出的一极为负极
2.表明金属甲比金属乙活动性强的叙述正确的是()
A.在氧化还原反应中,甲失电子数比乙多
B.同价态阳离子;甲比乙氧化性强
C.常温下甲能与浓HNO3反应而乙不能
D.将甲、乙组成原电池时,甲为负极
3.对于铜—锌—稀H2SO4组成的原电池装置中,当导线中有1mol电子通过时,理论上的两极变化是()
①锌片溶解了32.5g②锌片增重32.5g③铜片上析出1gH2④铜片上析出1molH2
A.①和③B.①和④C.②和③D.②和④
4.某原电池总反应的离子方程式为:
2Fe3++Fe=3Fe2+能实现该反应的原电池是()
A.正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl2
B.正极为C,负极是Fe,电解质溶液为Fe(NO3)2
C.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为Fe2(SO4)3
D.正极为Ag,负极为Fe。
电解质溶液为CuSO4
5.有A、B、C、D四种金属,将A与B用导线联结起来,浸人电解质溶液中,B不易腐蚀。
将A、D分别投入等物质的量浓度盐酸中,D比A反应剧烈。
将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化,如果把铜浸入C的盐溶液里,有金属C析出。
据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是()
A.A>B>C>DB.D>A>B>CC.C>A>B>DD.B>C>A>D
第二课时
目标透析
教学内容:
发展中的化学电源
教学目标
1、知识与技能
(1)、初步了解化学电池的工作原理及应用。
(2)、了解研制新型电池的重要性。
2、过程与方法
通过分析燃料电池,理解在原电池中电子的流向和电流的运动方向,培养分析思维能力。
3、情感、态度和价值观
(1)、深化对“现象与本质”的辩证唯物主义观点的认识
(2)、通过实验研究,激发学习兴趣,培养严谨求实、勇于创新的科学品质
教学重点:
干电池、燃料电池的化学工作原理
教学难点:
干电池、燃料电池的化学工作原理、可逆电池的原理
教学策略:
实验探究、合作交流、谈话讨论
教学进程
预习情境
【课前研读】(提示:
请同学课前务必完成!
)
一、发展中的化学电源
1、最早使用的化学电池是,俗称,它是一种电池,其构造是为负极,为正极,电解质溶液为。
2、充电电池又叫,最早使用的充电电池是;镍镉充电电池以
为负极,以为正极,以为电解质溶液,其优点是,缺点是;由最轻的金属制成的电池等新一代电池的面世,初步解决了一些低功耗电器的电源。
3、燃料电池是一种的发电装置,其能量转化率可达,燃料电池与干电池的主要差别是。
二、原电池正负极的判断:
(1)由组成原电池两极的电极材料判断,如果两极是由活泼性不同的金属作电极时,一般情况下相对活泼的金属是 ,活泼性较弱的金属是 。
【说明】此判定一定要注意实际情况,如:
Mg—Al—NaOH,Al才是负极;Al—Cu—浓硝酸,Cu才是负极;如果是由金属和非金属导体(或金属氧化物导体)作电极,金属是负极,非金属导体(或金属氧化物导体)是正极。
(2)根据氧化反应、还原反应发生的位置判定,发生氧化反应的极(或失电子的极)为 ,即(负失氧);发生还原反应的极(或得电子的极)为 ,即(正得还)。
(3)根据电子流出或电流流入的电极为 ,相反为 。
(4)根据原电池里电解质溶液内离子流动方向判断:
阳离子移向的极为 ,阴离子移向的极为 。
(5)根据原电池的两极发生的现象判断。
溶解或质量减轻的电极为 ,有气体或金属析出的电极为 。
【说明】此规则具有相当的局限性,它对于一些非常常规的原电池的电极判定的确准确。
如Al—Cu—稀硫酸,但对目前许多的新型燃料电池的电极的判定却显得是那么的无助。
三、原电池的应用:
(1)比较金属的活动性大小。
一般来说,原电池的负极金属比正极金属活动性强。
(2)判断金属腐蚀的快慢:
①电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀
四、燃料电池中电极反应式的书写
例:
氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池,主要用于航天领域。
它的电极材料一般为活性电极,具有很强的催化活性,如铂电极、活性炭电极等。
电解质溶液可为酸或碱溶液。
Ⅰ.直接法书写电极反应式:
(以氢氧燃料电池为例)
H2、O2燃料电池中反应实质为:
2H2+O2=2H2O
电极上H2-2e-=2H+O2+4e-=2O2-
在不同环境中H+、O2-会与电解质发生不同的反应,故电极反应也相应不同:
①酸性环境中:
H+能稳定存在,O2-会与H+结合成H2O:
负极:
2H2-4e-=4H+ 正极:
O2+4H++4e-=2H2O
②碱性环境中:
H+不能稳定存在会与OH-结合成水,而O2-也不能稳定存在会与水结合形成OH-:
负极:
2H2-4e-+4OH-=4H20 正极:
O2+2H2O+4e-=4OH-
③中性环境中:
H+能稳定存在:
O2-会与H2O结合成OH-:
负极:
2H2-4e-=4H+ 正极:
O2+2H20+4e-=4OH-
④在能传导O2-的固体电解质中:
由于O2-能存在,而H+会与固体电解质中O2-结合形成水:
负极:
2H2-4e-+2O2-=2H2O 正极:
O2+4e-=2O2-
Ⅱ.加减法书写电极方程式:
由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池。
解析:
CH3OH+O2→CO2+H2O……①
但:
CO2在碱性环境中不存在,会与OH-反应生成CO32-
CO2+2OH-=CO32-+H2O……②
故将①、②式进行叠加即为总反应:
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O……③
由于正极反应式为:
O2+2H2O+4e=4OH_……④ 由于电解质溶液为碱性,所以正极的产物不再进一步反应,则负极的反应式为总反应方程式减去正极的反应式得到:
2CH3OH+3O2+4OH--3O2-6H2O-12e=2CO32-+6H2O-12OH-
调整之后得(负极):
CH3OH+8OH--6e=CO32-+6H2O
课堂帷幕
【课堂讨论】(争做课堂主人!
)
(一)干电池解剖探究(或投影展示,5分钟)
你了解干电池的组成和结构吗?
请找一个废旧电池拆开研究观察,相信你会获得一些感受或启示。
(二)、充电电池研究(教师启发点拨,让学生梳理,15分钟)
1、充电电池有什么特点?
2、你了解哪些燃料电池?
试分析一下它们的电极反应式如何书写?
【思考与交流】(放飞思维,张扬个性,展示自我!
)
(一)、完成下列填空(自己总结,和同桌交流)
1、原电池正负极的判断方法(10分钟)
原电池有_______电极,一个是___极,一个是____极,判断的方法是:
①根据____________判断:
一般是__________为负极,____________为正极。
②根据____________判断:
电流是由___极流向___极;电子流动方向是由___极流向____级。
③根据____________判断:
在原电池的电解质溶液内,阳离子移向的极是__极,阴离子移向的极是____极。
④根据判断:
原电池的负极总是__电子,发生氧化反应,其正极总是___电子发生还原反应。
2、原电池的电极反应式和总反应式的书写
正极→e-_______→____到e-→发生______反应
负极→e-_______→____到e-→发生______反应
在铜、锌两金属和稀硫酸构成的原电池中。
锌极发生反应的电极反应式为___________,铜极发生反应的电极反应式为_______;该原电池总的化学反应方程式可表示为__________。
(二)、教师引导,师生一起总结(5分钟)。
实践情境
【效果检测】(积极思考,与他人分享!
)(5分钟,未完成者,课后再做)
1:
下图中a为生铁,A、B两个烧杯中为海水,C、D烧杯中为1mol·L-1的稀硫酸。
比较A、B、C、D中铁被腐蚀的速率,由快到慢的顺序是。
2:
用铁片与稀硫酸反应制取氢气时,下列措施不能使氢气生成速率加大的是()。
A.加热
B.不用稀硫酸,改用98%浓硫酸
C.滴加少量CuSO4溶液
D.不用铁片,改用铁粉
3、下列说法正确的是()
A.需要加热的化学反应都是吸热反应
B.中和反应都是放热反应
C.原电池是将电能转化为化学能的一种装置
D.水力发电是将化学能转化为电能的过程
4、在理论上不能用于设计原电池的化学反应的是()
A.Al(OH)3(s)+NaOH(aq)===NaAlO2(aq)+2H2O(l) ΔH<0
B.CH3CH2OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH<0
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3 ΔH<0
D.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH<0
5、为了探究原电池的工作原理,某化学学习小组设计了一组实验,其装置如下图:
回答下列问题:
(1)根据原电池原理填写下表:
装置序号
正极
负极反应式
阳离子移动方向
甲
乙
丙
丁
戊
(2)电极类型除与电极材料的性质有关外,还与________有关。
(3)根据上述电池分析,负极材料是否一定参加电极反应?
________(填“是”“否”或“不一定”),请举例说明:
_______________________________________________________。
(4)指出下列电池的放电过程中,电解质溶液酸碱性的变化:
甲_________,丙________,戊________。
(填酸性或碱性增强或减弱)
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