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2019-2020年高中化學(xué) 1.2《化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化》同步教案 蘇教版選修4 【教學(xué)背景】 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)金屬活動(dòng)性順序、氧化還原反應(yīng)、電解質(zhì)的電離、離子反應(yīng)以及化學(xué)反應(yīng)的能量變化等知識(shí)有了一定的了解，具備了學(xué)習(xí)電化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容理論性較強(qiáng)，涉及的化學(xué)原理與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)有一定距離。教學(xué)時(shí)要注意把握知識(shí)內(nèi)容的深廣度，利用生活中的有關(guān)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化的事例作為學(xué)習(xí)素材，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，盡量給學(xué)生提供“做科學(xué)”的機(jī)會(huì)。 依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，主要的學(xué)習(xí)目標(biāo)是： 1. 通過實(shí)驗(yàn)探究原電池中發(fā)生的反應(yīng)，了解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的基本原理；進(jìn)一步加深對(duì)氧化還原反應(yīng)、金屬活動(dòng)性順序、電解質(zhì)溶液性質(zhì)的理解，并能應(yīng)用于解決實(shí)際問題。 2．學(xué)習(xí)分析、推理、歸納和總結(jié)的邏輯思維方法，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。 3．通過實(shí)驗(yàn)和小組合作學(xué)習(xí)活動(dòng)，提高合作學(xué)習(xí)的能力、體驗(yàn)科學(xué)探究過程、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。 4．初步了解各類電池在生產(chǎn)、生活實(shí)際中的應(yīng)用，重視理論與實(shí)際的聯(lián)系。 【案例設(shè)計(jì)】 設(shè)計(jì)思路 從學(xué)生的已有知識(shí)入手，用實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)組織課堂教學(xué)。教學(xué)程序是： 1．利用伏打電池的故事創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，提出關(guān)于化學(xué)能如何轉(zhuǎn)化為電能的問題，引入新課的學(xué)習(xí)。 2．通過原電池實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生形成化學(xué)電池的感性認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)化學(xué)能可以通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能；引導(dǎo)學(xué)生利用氧化還原反應(yīng)知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解原電池反應(yīng)的基本原理，認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)理。 3．指導(dǎo)學(xué)生制作“水果電池”。進(jìn)一步驗(yàn)證、鞏固所學(xué)知識(shí)，開闊視野，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。 4．延伸課堂，開展研究性學(xué)習(xí)。讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館、找專家訪談，查詢有關(guān)資料，調(diào)查日常生活中常見電池的種類、使用范圍和性能；了解日常生活中廢棄舊電池對(duì)環(huán)境的危害。 教學(xué)過程 [創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景] 觀看影像文件、交流討論，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出問題，引入學(xué)習(xí)課題： 1780年，意大利生物學(xué)家伽伐尼為給妻子看病，遵醫(yī)囑買了不少青蛙。當(dāng)用金屬解剖刀觸動(dòng)*近銅盤的青蛙腿皮時(shí)，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。他聯(lián)想起以前做經(jīng)典實(shí)驗(yàn)時(shí)不慎觸電而使身體肌肉發(fā)生顫抖的情形，斷定青蛙的抽搐可能是受到電擊的結(jié)果。這偶然的現(xiàn)象并沒有被伽伐尼放過，經(jīng)過不懈的探索和思考，提出了“動(dòng)物電”的概念。他認(rèn)為青蛙神經(jīng)和肌肉是兩種不同的組織，帶有相反電荷，兩者存在電位差，一旦用導(dǎo)電材料將兩者接通，就有電流通過。由于有動(dòng)物電流的刺激，蛙腿肌肉發(fā)生收縮。 “動(dòng)物電”的發(fā)現(xiàn)引起了意大利物理學(xué)家伏打的極大興趣，經(jīng)過一番研究，他發(fā)現(xiàn)蛙腿只是起了顯示電流通過的作用，所謂特殊的“動(dòng)物電”是不存在的。伏打指出，伽伐尼實(shí)驗(yàn)中連接起來的是兩種不同的金屬和含有液體的青蛙肌肉。伏打把不同的金屬板連接后浸入一種電解液里，組成了第一個(gè)直流電源：用容器盛鹽水，把插在鹽水里的銅板、鋅板連接起來，電流就產(chǎn)生了。1800年3月20日伏打向倫敦英國皇家學(xué)會(huì)宣布了這個(gè)發(fā)現(xiàn)，第一個(gè)“人造電源”--- 伏打電池問世。 請(qǐng)思考下列問題： 1. 伽伐尼和伏打?qū)Α皠?dòng)物電”見解有何本質(zhì)區(qū)別？ 3．兩種不同的金屬用導(dǎo)線連接，在一定條件下，為什么會(huì)產(chǎn)生電流？ 3．“伏打電池”的發(fā)明給你什么啟示？ [討論與交流] 學(xué)生議論，提出自己的看法，教師傾聽，不做結(jié)論。 [觀看演示實(shí)驗(yàn)] 在燒杯中加入約2/3容積的稀硫酸，按下列步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 1．將一塊銅片和一塊鋅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯中。 2．將一塊銅片和一塊鋅片同時(shí)插入盛有稀硫酸的燒杯中。 3．用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來，插入盛有稀硫酸的燒杯中。 4．在鋅片和銅片的導(dǎo)線中間連接一個(gè)靈敏電流計(jì)，插入盛有稀硫酸的燒杯中。 [討論與交流] 組織學(xué)生討論以下問題，教師適時(shí)做啟發(fā)、引導(dǎo)。 1． 實(shí)驗(yàn)步驟1或2（鋅片和銅片分別插入稀硫酸中）與實(shí)驗(yàn)步驟3（用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來，插入盛有稀硫酸的燒杯中）發(fā)生的現(xiàn)象有什么不同？ 2．為什么當(dāng)鋅片與銅片連接后插入稀硫酸中，在銅片上有氣泡產(chǎn)生？Zn片和Cu片上可能各發(fā)生什么反應(yīng)？ 3．靈敏電流計(jì)顯示有電流通過，電流是如何產(chǎn)生的？ [課件展示] 播放多媒體課件，總結(jié)討論，使學(xué)生認(rèn)識(shí)鋅與氫離子的氧化、還原，怎樣產(chǎn)生電流，了解化學(xué)能如何通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能。 在燒杯中加入稀H2SO4，溶液中有自由運(yùn)動(dòng)的H+、SO42-離子，Cu在溶液中不發(fā)生反應(yīng)；Zn片插入溶液，Zn片上電子轉(zhuǎn)移到H+離子上，形成鋅離子（Zn2+）進(jìn)入溶液，H+離子結(jié)合電子被還原，在Zn板上有氫氣放出。 用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，Zn失電子形成鋅離子進(jìn)入溶液，電子經(jīng)鋅電極通過導(dǎo)線、電流表流入銅電極。在Cu上，H+結(jié)合電子，還原生成氫氣。銅電極附近溶液中氫離子減少，硫酸根離子向鋅電極附近移動(dòng)，鋅電極附近溶液中增加的鋅離子向銅電極附近移動(dòng)，使電極和溶液形成電的回路。 [歸納與小結(jié)] 一、原電池反應(yīng) 1．原電池的構(gòu)成---用導(dǎo)線連接兩塊活動(dòng)性不同的金屬極板插入電解質(zhì)溶液 2．原電池的工作原理 在原電池中，較活潑的金屬極板發(fā)生氧化反應(yīng)，電子經(jīng)導(dǎo)線從較活潑的金屬一極流向較不活潑的金屬極板，溶液中易得電子的陽離子在不活潑的金屬極板發(fā)生還原反應(yīng)。 在原電池中，相對(duì)活潑金屬為負(fù)極，相對(duì)不活潑金屬(或石墨電極)為正極。 上述原電池發(fā)生的反應(yīng)是： 在鋅電極（負(fù)極）：Zn - 2e→ Zn2+ 在銅電極（正極）：Zn - 2e→ Zn2+ 反應(yīng)總方程式 Zn+2H+=Zn2++H2↑ 電子流（電流）方向：電子流從原電池的負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極（電流從原電池的正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極） [實(shí)踐活動(dòng)] 水果電池的制作 1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備： 水果樣品（檸檬、番茄、桔子、葡萄或其它水果）、金屬（鐵絲、銅絲、鋅片或鋁片）、石墨電極、電鈴、燈泡、微安電流計(jì)、導(dǎo)線若干、小刀、pH試紙 2.學(xué)生分小組活動(dòng) 鼓勵(lì)學(xué)生利用各種自備的水果、金屬片制作電池，用微安電流計(jì)或耳機(jī)測(cè)試是否能產(chǎn)生電流，比較電流的大小。若用小刀切開水果，使兩個(gè)極板分離，觀察電流是否消失，將水果重新合攏是否又產(chǎn)生電流？探究其原因。 學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師參與活動(dòng)并適時(shí)點(diǎn)撥、鼓勵(lì)、引導(dǎo)。 [討論與交流] 小組代表匯報(bào)說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，交流發(fā)現(xiàn)的問題與解決方法。 [總結(jié)與評(píng)價(jià)] 師生共同評(píng)價(jià)各小組活動(dòng)情況，表揚(yáng)表現(xiàn)優(yōu)秀、有創(chuàng)新的小組，送給音樂賀卡，請(qǐng)打開賀卡，讓大家聽音樂。 說明水果電池的構(gòu)成，為什么可以產(chǎn)生電流。讓學(xué)生獲得如下感悟：日常生活中有很多司空見慣的事實(shí)，其中都包含和聯(lián)系著豐富的化學(xué)知識(shí)，只要多觀察、勤動(dòng)腦，可以通過有趣的實(shí)驗(yàn)，探討它的化學(xué)原理。 [教師補(bǔ)充講解] 音樂賀卡只是原電池應(yīng)用的一例。電池在生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)等方面有廣泛的用途，人們利用原電池原理，制作了多種電池。 二、化學(xué)電源 依據(jù)原電池的反應(yīng)原理，人們發(fā)明并制造了多種多樣的化學(xué)電源?；瘜W(xué)電源有一次電池與二次電池之分。各種干電池是一次電池，用過之后不能復(fù)原。蓄電池是二次電池，在充電后能繼續(xù)使用?；瘜W(xué)電源的能量轉(zhuǎn)化率是燃料燃燒所不可比擬的。化學(xué)電源不僅在生活中得到了廣泛的應(yīng)用，而且在高科技領(lǐng)域乃至航天技術(shù)中也是不可或缺的。 請(qǐng)結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)和自己的了解，舉例說明在日常生活中哪些場合使用了化學(xué)電源。 [研究性學(xué)習(xí)課題] 從下列課題中選擇你感興趣的問題，自由組成學(xué)習(xí)小組開展研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。 1.設(shè)計(jì)各種情況下觀察鋅與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的速率，并探究其原因： （1）將一粒純鋅、一粒粗鋅與銅絲分別放入裝有稀硫酸的不同試管中，觀察氫氣產(chǎn)生的速率； （2）將銅絲取出，與純鋅粒接觸后放入裝有稀硫酸的試管中，觀察氫氣的出處及溶液有無顏色變化； （3）在鋅與稀硫酸反應(yīng)的試管中，滴入少量硫酸銅溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 2.（1）調(diào)查市場中不同種類電池的特點(diǎn)、性能與用途。（2）調(diào)查日常生活中廢舊電池的處理方式、對(duì)環(huán)境造成的危害。將調(diào)查結(jié)果與同學(xué)交流。 3.自由女神像經(jīng)過百年的風(fēng)雨，也和人一樣經(jīng)常“生病”。原來她的外殼材料是銅，而支撐雕像的內(nèi)部支架卻是鋼鐵制成的，它們之間僅用一層浸油的毛氈隔開。年代久了，毛氈就失去了隔離作用，而大西洋潮濕的夾帶著鹽分的海風(fēng)向自由女神不斷“攻擊”形成無數(shù)的微電池，加速了鐵的腐蝕，自由女神的“鐵骨”表面就一層一層地被銹蝕著。面對(duì)自由女神的腐蝕問題，應(yīng)采取什么措施和方法？把你的建議上網(wǎng)發(fā)給美國紐約市長吧！ [課外作業(yè)] 建議使用以下部分習(xí)題： 1.根據(jù)Zn+2H+Zn2++H2↑的反應(yīng)原理設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，當(dāng)Zn為負(fù)極時(shí)，正極可以選用的金屬材料是（ ）。 A.鎂 B.石墨 C.鋁 D.鉛 2.X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時(shí)，Y為電池的負(fù)極。X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)椋?）。 A．X＞Y＞Z B．X＞Z＞Y C．Y＞X＞Z D．Y＞Z＞X 3.在電工操作規(guī)程中規(guī)定不能把銅導(dǎo)線與鋁導(dǎo)線連接在一起，這其中的化學(xué)原理是 。 4.市場上出售的“熱敷袋”中含鐵屑、炭粉、木屑和少量氯化鈉、水等。熱敷袋起用前，用塑料袋與空氣隔絕。啟用時(shí)打開塑料袋，輕輕揉搓就會(huì)放出熱量?；卮鹣铝袉栴}： （1）熱敷袋產(chǎn)生的熱量來源是 。 （2）炭粉的主要作用是 。 （3）加入NaCl的作用是 。 5.生活中，有些金屬制品在使用一段時(shí)間以后，會(huì)失去表面的光澤，嚴(yán)重的會(huì)變得銹跡斑斑影響使用，尤其是鋼鐵制品，在潮濕的空氣里，很容易生銹。你知道這是什么原因嗎？ 【案例評(píng)析】 本案例的設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn)： 1.教學(xué)情景設(shè)計(jì)生動(dòng)有趣。 2.通過實(shí)驗(yàn)探究、交流討論、課件演示等活動(dòng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中實(shí)驗(yàn)、思考、討論交流、在探究中學(xué)習(xí)。學(xué)生學(xué)得主動(dòng)，能體驗(yàn)科學(xué)探究的過程。 3.通過學(xué)生制作自己的“水果電池”，通過有個(gè)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，鞏固所學(xué)知識(shí)。 4.提出研究性學(xué)習(xí)課題，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課外學(xué)習(xí)，使學(xué)有余力，或?qū)瘜W(xué)學(xué)科有興趣的學(xué)生有進(jìn)一步拓展的空間，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐精神和科學(xué)素養(yǎng)。