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2019-2020年高一化學(xué)《化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化》教學(xué)設(shè)計 一、教學(xué)設(shè)計 生活在現(xiàn)代社會，學(xué)生對“電” 有著豐富而又強烈的感性認識。當(dāng)學(xué)生們了解了化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因，并感受了探究化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化過程之后，會對化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化問題產(chǎn)生濃厚的興趣。正是基于學(xué)生的這種心理特征，教材開始的幾個設(shè)問，把學(xué)生帶進了“化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn)化”的研究之中。從能量轉(zhuǎn)換角度看，本節(jié)課程內(nèi)容是對前一節(jié)課中“一種能量可以轉(zhuǎn)化為另一種能量，能量也是守恒的；化學(xué)能是能量的一種形式，它同樣可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如熱能和電能等”論述的補充和完善。從反應(yīng)物之間電子轉(zhuǎn)移角度看，原電池概念的形成是氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的拓展和應(yīng)用；從思維角度看，“將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”的思想，是對“化學(xué)能→熱能→機械能→電能”思維方式的反思和突破。 為了使本節(jié)教學(xué)設(shè)計思路更為清晰，可將課程內(nèi)容大致分為三部分： 本節(jié)教學(xué)重點：初步認識原電池概念、原理、組成及應(yīng)用。 本節(jié)教學(xué)難點：通過對原電池實驗的探究，引導(dǎo)學(xué)生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)以及這種轉(zhuǎn)化的綜合利用價值。 1.教學(xué)策略設(shè)計 （1）高效利用教材、課外資料、生動的錄像和圖片、事實數(shù)據(jù)等教育資源，對“火力發(fā)電”進行完整透徹的剖析，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情景，使他們有機會去研究和總結(jié)“火力發(fā)電”的利與弊，實現(xiàn)從“化學(xué)能→熱能→機械能→電能”的思維模式向“將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”新思維模式的轉(zhuǎn)換，并且形成高效利用燃料、不浪費能源、積極開發(fā)高能清潔燃料的意識。 （2）要充分調(diào)動學(xué)生已有的生活經(jīng)驗，以及電學(xué)、化學(xué)反應(yīng)中能量變化和氧化還原反應(yīng)等知識，建立在學(xué)生已有背景知識上的教學(xué)設(shè)計，能更好地體現(xiàn)課程的完整性和教材編排體系的層次性，也符合認識規(guī)律。 （3）選擇實驗探究教學(xué)方法。通過課堂內(nèi)的實驗探究，使學(xué)生認識和體會化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的研究過程，理解氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移是化學(xué)電池的反應(yīng)基礎(chǔ)。利用課堂外科學(xué)探究實驗活動和化學(xué)制作活動，如利用原電池原理證明幾種金屬的金屬性強弱，各種水果、蔬菜電池的制作等，為學(xué)生提供應(yīng)用知識的空間和拓展知識的機會。 （4）利用課堂內(nèi)學(xué)習(xí)探究與課堂外調(diào)查相互結(jié)合的方式，讓學(xué)生在對原電池的技術(shù)產(chǎn)品──各種化學(xué)電源的原理、應(yīng)用有一個較為理性的認識之后，感悟研制新型電池的重要性以及化學(xué)電源可能會引起的環(huán)境問題，初步形成較為客觀、正確的能源觀。 2.教學(xué)模式設(shè)計 為了凸顯重點，突破難點，采用指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)、探究教學(xué)模式，其過程可表示為： 圍繞原電池的概念、原理和組成組織學(xué)生開展發(fā)現(xiàn)性學(xué)習(xí)活動，在“實現(xiàn)化學(xué)能直接向電能轉(zhuǎn)化”的一系列探究實驗中讓學(xué)生形成解決問題的經(jīng)驗及化學(xué)知識技能。教師作為引導(dǎo)者和參謀，在整個活動中幫助學(xué)生盡可能排除失敗和無效學(xué)習(xí)。 教學(xué)策略設(shè)計： 教學(xué)過程 課程內(nèi)容 教學(xué)策略設(shè)計 發(fā)現(xiàn)問題 提出任務(wù) 創(chuàng)設(shè)情景：分析火力發(fā)電體系中的各種要素。 1.電力在當(dāng)今社會的應(yīng)用和作用。 2.我國目前和未來發(fā)電總量構(gòu)成。 3.火力發(fā)電的原理分析。 4.火力發(fā)電利與弊分析。 5.燃燒的氧化還原反應(yīng)本質(zhì)。 建立新思路： 能否將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？ 提出新的研究任務(wù)： 研究“化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”的原理 教育資源利用： 1.利用學(xué)生的生活經(jīng)驗和生動的事例說明電力在當(dāng)今社會的巨大作用。 2.以分析“燃燒取暖、燒火煮飯”的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系為切入點，利用學(xué)生的“化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化”背景知識啟發(fā)學(xué)生理解火力發(fā)電的原理。 3.采用圖片、圖表、錄像等直觀材料和相關(guān)數(shù)據(jù)來分析火力發(fā)電的利與弊 思考與交流 思考問題： 1.當(dāng)氧化劑和還原劑直接接觸進行反應(yīng)時，化學(xué)能要經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)化為電能。 2.把氧化劑和還原劑分開，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個不同區(qū)域進行。 3.需要在氧化劑和還原劑之間架設(shè)橋梁使電子從氧化劑區(qū)域流向還原劑區(qū)域。 4.考慮氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的條件和環(huán)境，化學(xué)物質(zhì)的選擇。 5.從電學(xué)角度考慮儀器選擇和組裝問題 1.學(xué)生活動形式：組成課堂學(xué)習(xí)小組進行討論，建立思維模型。 2.挖掘?qū)W生已有的氧化還原反應(yīng)知識來分析氧化劑和還原劑之間電子轉(zhuǎn)移中的能量轉(zhuǎn)化。 3.積極引導(dǎo)學(xué)生思考將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)拆開的有關(guān)問題（怎樣實現(xiàn)上述想法？氧化劑和還原劑分別選擇什么物質(zhì)？它們怎樣給出和接受電子？等）。 4.鼓勵學(xué)生畫出裝置圖并與同學(xué)交流 實驗探究 實驗設(shè)計： 1. Cu-Zn原電池實驗： ① Cu、Zn分別插入稀硫酸中。 ② Cu、Zn同時插入稀硫酸中，但不接觸。 ③ 將Cu、Zn用導(dǎo)線連接起來。 ④ 在Cu、Zn導(dǎo)線之間接電流表。 ⑤ 將Cu、Zn導(dǎo)線互換再接電流表。 2. Zn-Zn與稀硫酸進行實驗。 3. Cu-石墨與稀硫酸進行實驗。 4. Zn-石墨與稀硫酸進行實驗。 5. Fe-Zn與稀硫酸進行實驗。 6. Cu-Zn與乙醇進行實驗。 7. Cu-Zn與一個西紅柿進行實驗。 8. Cu-Zn與兩個西紅柿進行實驗 1.學(xué)生活動形式：組成課堂學(xué)習(xí)小組按要求進行分組實驗。 2.組織學(xué)生按教師預(yù)先設(shè)計好的實驗步驟和要求做實驗1，使學(xué)生初步掌握原電池實驗的操作方法和觀察實驗現(xiàn)象的方法。 3.向?qū)W生提供幾種電極材料、電解質(zhì)和非電解質(zhì)溶液、水果、蔬菜等實驗用品。啟發(fā)學(xué)生自己設(shè)計實驗并進行各種嘗試，使學(xué)生初步學(xué)會控制實驗條件的方法。要注意給學(xué)生思考空間，不要過多的限制學(xué)生。 4.要求學(xué)生記錄實驗現(xiàn)象 數(shù)據(jù)處理 和分析 1.表格化處理：將上述實驗及現(xiàn)象以表格對比的形式呈現(xiàn)出來。 ① 兩極材料不同的各種現(xiàn)象。 ② 不同溶液的各種現(xiàn)象。 ③ 電極在同一容器和不同容器中的現(xiàn)象。 2.化學(xué)用語化：將上述各種成功轉(zhuǎn)化實驗中的反應(yīng)，用電極反應(yīng)式和總化學(xué)方程式的形式呈現(xiàn)出來 1.學(xué)生活動形式：自發(fā)組成課堂學(xué)習(xí)小組，按要求對實驗事實進行整理。 2.讓學(xué)生填寫教師預(yù)先設(shè)計好的表格和學(xué)生自己根據(jù)實驗編制的表格，兩種方式相結(jié)合以培養(yǎng)學(xué)生處理化學(xué)事實的能力。 3.組織學(xué)生書寫反應(yīng)式，通過書面表達，訓(xùn)練學(xué)生使用化學(xué)用語的技能 形成概念 1.歸納、概括形成原電池概念： 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。 2.總結(jié)歸納原電池的構(gòu)成條件： ① 有兩種活動性不同的金屬（或非金屬單質(zhì)）作電極。 ② 電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。 ③ 兩極相連形成閉合電路。 3.抽象出原電池化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)： 較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑的金屬（負極）通過外電路流向較不活潑的金屬（正極） 1.學(xué)生活動形式：各個課堂學(xué)習(xí)小組之間進行討論，交流有關(guān)原電池的各種觀點。 2.設(shè)計一系列題目進行交流： ① 電極材料的選擇，名稱、功能、發(fā)生的反應(yīng)、工作一段時間后的質(zhì)量變化等。 ② 電解質(zhì)溶液的選擇，功能、質(zhì)量變化等。 ③ 整個裝置怎樣形成閉合電路？ 3.給學(xué)生陳述自己觀點的機會，完成感性認識到理性認識的轉(zhuǎn)變 實際應(yīng)用 1.社會應(yīng)用：將原電池轉(zhuǎn)化成技術(shù)產(chǎn)品──化學(xué)電源。 ① 干電池：鋅錳電池的組成、工作原理，使用過程中應(yīng)注意的問題。 ② 充電電池：鉛蓄電池、鎳鎘電池、鋰電池的組成、工作原理，使用過程中應(yīng)注意的問題。 ③ 燃料電池：H2和CH4燃料電池組成、工作原理，使用過程中應(yīng)注意的問題。 2.創(chuàng)新應(yīng)用：幾種水果、蔬菜、果汁原電池的制作 1.采用圖片、圖表、錄像等直觀的內(nèi)容呈現(xiàn)形式，讓學(xué)生了解各種化學(xué)電源。 2.組織學(xué)生利用課堂內(nèi)外的活動時間，積極參與各種水果、蔬菜、果汁原電池的制作過程。 3.利用教材和課外等閱讀材料，指導(dǎo)學(xué)生采用多種學(xué)習(xí)方式進行學(xué)習(xí)，如社會調(diào)查、上網(wǎng)、去圖書館查資料等 評價 反思 反思評價過程： 1.對研究成果的評價和反思： ① 化學(xué)電源在當(dāng)今社會中的廣泛應(yīng)用 ② 化學(xué)電源的使用所引起的環(huán)境問題 2.對學(xué)習(xí)過程和結(jié)果的評價和反思： ① 對原電池概念、組成、工作原理等知識掌握的程度。 ② 在實驗探究過程中學(xué)會了哪些方法，各種基本技能有沒有提高。 ③ 在執(zhí)行學(xué)習(xí)任務(wù)過程中所采取的態(tài)度以及與其他同學(xué)和老師的合作情況 學(xué)生活動形式： 1.以自己的方式總結(jié)，如默寫、編制知識框圖，與同學(xué)交流等。 2.完成形成性練習(xí)（多媒體呈現(xiàn)）和課堂同步檢測（書面呈現(xiàn)）。 3.自我評價或同學(xué)互評。 ① 依據(jù)知識總結(jié)和習(xí)題完成情況，進行自我知識評價。 ② 對自己在學(xué)習(xí)過程中設(shè)計、實驗、推理、判斷、分析、歸納、抽象等技能方法進行評價。 ③ 思考：過去所學(xué)的哪些知識對你在本節(jié)課的學(xué)習(xí)有所幫助？在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中你認為最有用的方法是什么？學(xué)習(xí)中你是怎樣與本組同學(xué)進行合作的？等等 本節(jié)課可劃分為兩課時：第一課時是實驗探究形成原電池概念，初步了解原電池組成。第二課時是展示自己制作的原電池，抽象出原電池工作原理；了解化學(xué)電源的應(yīng)用和發(fā)展；進行反思評價。 二、活動建議 【實驗2-4】 實驗要點： 1.實驗中使用銅片的面積要大一些，便于學(xué)生觀察。使用的鋅片越純越好，這樣可以減少鋅片上的氣泡。 2.如果使用物理示教電流計，應(yīng)選擇好量程，使指針偏轉(zhuǎn)較大同時又不燒毀電流計。用發(fā)光二極管代替電流計，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 實驗過程： 實驗序號 ① 步驟要求 在一支試管中加入少量稀硫酸和一小粒純鋅粒 實驗現(xiàn)象 用化學(xué)方 程式解釋 實驗現(xiàn)象 思考問題 尋找答案 1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得電子？ 2. Zn是通過什么途徑將電子轉(zhuǎn)移給溶液中H+的？ 3.想什么辦法使Zn與H+分開，不讓H+直接在Zn表面得電子？ 列出你對 問題3的 想 法 實驗序號 ② 步驟要求 在另一支試管中加入少量稀硫酸和一小粒純鋅粒，再將一根粗銅絲插入試管，觀察一會兒，使銅絲與鋅粒接觸，觀察現(xiàn)象 實驗現(xiàn)象 用化學(xué)方 程式解 釋實驗現(xiàn)象 思考問題尋找答案 1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得電子？ 2. Zn是通過什么途徑將電子轉(zhuǎn)移給溶液中H+的？ 3. H+得到的電子是Cu失去的嗎？Cu在這個過程中起什么作用？ 4.想什么辦法讓這種電子的轉(zhuǎn)移變成電流？ 列出你對 問題4的 想 法 實驗序號 ③ 步驟要求 將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，平行插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象 實驗現(xiàn)象 寫化學(xué)方程 式或解釋 實驗現(xiàn)象 思考問題 尋找答案 1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得電子？ 2.電子從Zn到溶液中H+經(jīng)歷了哪些途徑？ 3.導(dǎo)線在這個過程中起什么作用？ 4.你怎樣才能知道導(dǎo)線中有電子流過？怎樣才能知道導(dǎo)線中電子流動方向？ 組內(nèi)交流 列出想法 實驗序號 ④ 步驟 要求 將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，在導(dǎo)線中間接入一個電流計，平行插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。將鋅片和銅片用導(dǎo)線反接電流計再做實驗，觀察現(xiàn)象 實驗 現(xiàn)象 解釋實 驗現(xiàn)象 思考問題 尋找答案 1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子？哪種物質(zhì)得電子？ 2.電子從Zn到溶液中H+經(jīng)歷了哪些途徑？ 3.電流計在這個過程中起什么作用？ 4.你認為這個過程中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系是怎樣的？ 組內(nèi)交流 列出想法 組內(nèi)討論交流和小組之間匯報總結(jié)。 【科學(xué)探究】原電池的構(gòu)成條件探究。 ［活動形式］學(xué)生分組實驗。 ［實驗類型］對比實驗。 ［實驗?zāi)康模菔箤W(xué)生學(xué)會控制實驗條件的方法。 ［探究活動組織］ 1.組織學(xué)生根據(jù)實驗用品，如Zn、Cu、石墨棒、Fe、稀硫酸、乙醇、CuSO4溶液、ZnSO4溶液，導(dǎo)線、西紅柿（或其他水果）、電流計等自己設(shè)計對比實驗。 2.讓學(xué)生設(shè)計表格整理實驗信息，然后將化學(xué)事實用化學(xué)式表達出來。 3.活動總結(jié)匯報。 說明：教師要指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計對比實驗方案和編制對比表格。例如： 原電池構(gòu)成部分對比一 實驗現(xiàn)象 解釋或?qū)懟瘜W(xué)方程式 稀硫酸 Zn 石墨 稀硫酸 Cu 石墨 電流計 原電池構(gòu)成部分對比二 實驗現(xiàn)象 解釋或?qū)懟瘜W(xué)方程式 稀硫酸 Zn Fe 乙醇 Zn Fe 電流計 原電池構(gòu)成部分對比三 實驗現(xiàn)象 解釋或?qū)懟瘜W(xué)方程式 稀硫酸 Zn Zn 稀硫酸 Zn Fe 電流計 原電池構(gòu)成部分對比四 實驗現(xiàn)象 解釋或?qū)懟瘜W(xué)方程式 插在一個 西紅柿中 Zn Cu 插在兩個 西紅柿中 Zn Cu 電流計 　　 三、問題交流 【學(xué)與問1】 在電學(xué)中，電流的方向與電子流動方向相反。輸出電流的一極是電源的正極，而流入電流的一極是電源的負極。在原電池中，電子從原電池的負極流出，經(jīng)過導(dǎo)線流入原電池的正極。關(guān)于原電池的兩極的名稱和判斷，在課堂探究實驗中引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合電學(xué)知識學(xué)習(xí)。經(jīng)過對幾種原電池的研究后，總結(jié)出原電池兩極的判斷方法：活潑金屬→發(fā)生氧化反應(yīng)→向外線路提供電子→原電池的負極；不活潑金屬（或石墨）→發(fā)生還原反應(yīng)→接受外線路提供的電子→原電池的正極。 【學(xué)與問2】 鋅錳干電池與我們的生活聯(lián)系十分密切，幾乎每個學(xué)生在生活中都使用過鋅錳干電池。大多數(shù)學(xué)生都經(jīng)歷過或聽說過由于鋅錳干電池的使用不當(dāng)而造成的損失，關(guān)于鋅錳干電池在使用時的注意事項可以通過學(xué)生討論，匯集一些實例進行分析，最后總結(jié)出鋅錳干電池的使用方法和保存時應(yīng)注意的問題。 【思考與交流】 對于原電池的組成條件，要讓學(xué)生在課堂中進行實驗探究對比分析，在嘗試了幾種組合實驗后自己總結(jié)出來。原電池的組成條件可以簡單的概括為：兩極一液一連線。具體是： ① 有兩種活動性不同的金屬（或非金屬單質(zhì)）作電極。 ② 電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。 ③ 兩極相連形成閉合電路。 四、習(xí)題參考 1.化學(xué)電池是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其反應(yīng)的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)。 2.一次性干電池中的氧化還原反應(yīng)是不可逆的，放完電之后就不能再使用。而蓄電池中的氧化還原反應(yīng)是可逆的，它在放電時所進行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以逆向進行，使生成物恢復(fù)原狀。 3.從電極材料判斷：活潑金屬作負極，不活潑金屬（或石墨）作正極。從發(fā)生的反應(yīng)判斷：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極是正極。 4.家用電器的普及和種類的增加，使得電池的使用量隨之劇增。廢電池混在垃圾中，不僅污染環(huán)境，而且造成浪費。據(jù)報道，全國的電池年消耗量為30億只，因疏于回收而丟失銅740噸，鋅1.6萬噸，錳粉9.7萬噸。另外，普通干電池里含有鎘和汞兩種元素，這兩種元素若污染了土壤和水源，進入人類的食物鏈，就會發(fā)生“水俁病”（汞中毒）和“痛痛病”（鎘中毒），這兩種工業(yè)公害病，都在日本發(fā)生過，造成很多人死亡。 為防止悲劇重演，我們應(yīng)該把廢舊電池與其他垃圾分開，集中回收。許多國家都很重視廢舊電池的回收，如德國的很多商店要求顧客在購買電池時，同時要把廢舊電池交回商店；日本的分類垃圾箱里有一種專門放廢舊電池的黃色垃圾箱，垃圾箱的投入口有三個，分別標有普通電池、紐扣電池和其他電池。