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專題1 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化(第一課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)) 【教材分析】 本節(jié)的內(nèi)容是化學(xué)能與電能。化學(xué)反應(yīng)與能量是最重要的原理性知識(shí)之一，也是在社會(huì)生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中廣泛應(yīng)用的知識(shí)，是對(duì)人類文明進(jìn)步和現(xiàn)代化發(fā)展有著重大價(jià)值的知識(shí)，與我們每個(gè)人息息相關(guān)?；瘜W(xué)能對(duì)人類的重要性決定了本節(jié)學(xué)習(xí)的重要性。 在上一節(jié)已經(jīng)學(xué)習(xí)了“化學(xué)能與熱能”的關(guān)系，通過實(shí)例和實(shí)驗(yàn)，了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化，了解化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用及其對(duì)人類文明發(fā)展的貢獻(xiàn)。在選修模塊“化學(xué)反應(yīng)原理”中，將從科學(xué)概念的層面和定量的角度比較系統(tǒng)深入地學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)與能量、電化學(xué)基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容是對(duì)前一節(jié)課中“一種能量可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如熱能和電能等”論述的補(bǔ)充和完善，又是為學(xué)習(xí)“電化學(xué)基礎(chǔ)”奠定必要的基礎(chǔ)。 課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于化學(xué)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(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系及其應(yīng)用，認(rèn)識(shí)研制新型電池的重要性。本節(jié)根據(jù)學(xué)生對(duì)“電”的感性認(rèn)識(shí)及其對(duì)化學(xué)能與電能之間轉(zhuǎn)化問題產(chǎn)生的興趣，通過幾個(gè)設(shè)問把學(xué)生帶進(jìn)了“化學(xué)能與電能之間相互轉(zhuǎn)化”的研究之中，并通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)構(gòu)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(rèn)識(shí)化學(xué)電池的化學(xué)原理和結(jié)構(gòu)，并不要求上升為規(guī)律性的知識(shí)；通過介紹新型電池(如鋰離子電池、燃料電池等)體現(xiàn)化學(xué)電池的改進(jìn)與創(chuàng)新，初步形成科學(xué)技術(shù)的發(fā)展觀。激發(fā)學(xué)生科學(xué)知識(shí)的求知欲。 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知識(shí)與技能： ⑴了解常見的化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化方式 ⑵舉例說明化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系及其應(yīng)用，認(rèn)識(shí)研制新型電池的重要性，形成科學(xué)技術(shù)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(yù)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、獨(dú)立解決問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力。 ⑵通過實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索科學(xué)規(guī)律的精神 ⑶通過思考與交流，讓學(xué)生學(xué)會(huì)聯(lián)系自己已掌握的知識(shí)通過比較歸納認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)特征。 3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 ⑴培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)參與意識(shí)。 ⑵經(jīng)歷探究過程，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，勇于探索問題的本質(zhì)特征，體驗(yàn)科學(xué)過程。 【教學(xué)重點(diǎn)】 初步認(rèn)識(shí)原電池概念、原理、組成及應(yīng)用。 【教學(xué)難點(diǎn)】 通過對(duì)原電池實(shí)驗(yàn)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(jià)值。 【教學(xué)方法】 1、實(shí)驗(yàn)探究法——通過實(shí)驗(yàn)、分析、討論、總結(jié)應(yīng)用等過程，誘導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、推理、探究; 2、教學(xué)中以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，教材為主線，思維為中心； 3、利用計(jì)算機(jī)軟件（CAI）,化微觀、抽象為具體、直觀、形象。 【教學(xué)流程】 材料引題 創(chuàng)設(shè)情景 指 導(dǎo) 實(shí) 驗(yàn) 總結(jié)布置新的問題 歸納要點(diǎn) 知識(shí)呈現(xiàn) 教師 認(rèn)知沖突自主思維 實(shí)踐應(yīng)用 創(chuàng)新思維 解決問題 發(fā)散思維 小組討論 得出結(jié)論 自己動(dòng)手開展實(shí)驗(yàn) 學(xué)生 觀察 → 探索 → 驗(yàn)證→ 歸納 激發(fā)思維 激化思維 深化思維 聚合思維 【教學(xué)過程】 【引入】。 【閱讀材料】《科學(xué)史話 伏打與電池的發(fā)明(一)》 1780年意大利著名生物學(xué)家伽伐尼在解剖青蛙時(shí)，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。伽伐尼做了如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)1: 用一枝銅鉤插入死青蛙的脊髓中，再掛在鐵欄桿上，當(dāng)青蛙腿碰到鐵欄桿時(shí)，就發(fā)生顫抖。實(shí)驗(yàn)2:將青蛙放到銅制的解剖盤里，當(dāng)解剖刀接觸蛙腿時(shí)，蛙腿發(fā)生抽搐 他根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出：青蛙自身肌肉和神經(jīng)里的“生物電”是導(dǎo)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(guān)注。 善于質(zhì)疑的意大利物理學(xué)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(shí)才發(fā)生抽搐？實(shí)驗(yàn)如下： 實(shí)驗(yàn)1:將青蛙腿放在銅盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿抽搐 實(shí)驗(yàn)2:將青蛙腿放在木盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿不動(dòng)。經(jīng)過一番研究，伏打用實(shí)驗(yàn)推翻了伽伐尼的結(jié)論，他發(fā)現(xiàn)兩種活潑性不同的金屬同時(shí)接觸蛙腿，蛙腿就會(huì)抽搐，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。 【提出問題】聯(lián)想到肌肉、神經(jīng)類似于能導(dǎo)電的電解質(zhì)的溶液，那么，電解質(zhì)溶液與活潑性不同的金屬作用會(huì)不會(huì)產(chǎn)生電流呢？請(qǐng)先做以下嘗試： 【學(xué)生實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)】 實(shí)驗(yàn)1 觀察記錄（你看到了什么？） 結(jié)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(yīng) 再使鋅片和銅片接觸，觀察實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)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(gè)合理的假設(shè)解釋你的疑問！ 【學(xué)生假設(shè)】假設(shè)：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(xué)生回答】用電流表檢驗(yàn)！將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接起來，在導(dǎo)線之間接入電流表。平行插入稀硫酸溶液中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 【教師】動(dòng)手試一下吧！ 【學(xué)生實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)】 實(shí)驗(yàn)2： 觀察記錄（你看到了什么？） 結(jié)論（小組討論） 將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接起來，在鋅片和銅片導(dǎo)線之間接入電流表。 電流表偏轉(zhuǎn) 1、電路中有電流通過； 2、化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 【教師】電流表偏轉(zhuǎn)啦！電流產(chǎn)生啦！從能量變化的角度分析這是什么裝置? 【學(xué)生】化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 【板書】原電池定義：化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(fù)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(dòng)作？ 【展示圖片】 【小組匯報(bào)】由于Zn失去的電子經(jīng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到Cu片上，故導(dǎo)線上有電流通過，因此電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電子由鋅片流向銅片，根據(jù)物理學(xué)知識(shí)，電子移動(dòng)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(fù)極。負(fù)極Zn：Zn－2e－＝Zn2+ 正極Cu：2H＋＋2e－＝H2 Zn失去的電子成Zn2+進(jìn)入溶液，溶液中的陰離子移向負(fù)極Zn，陽(yáng)離子移向正極Cu。 【模擬動(dòng)畫】 【教師總結(jié)板書】 氧化還原反應(yīng) 原電池反應(yīng)本質(zhì)： 化學(xué)能 電能 Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑ 2H++2e- =H2↑ 氧化反應(yīng) 銅鋅原電池 電解質(zhì)溶液 還原反應(yīng) 陰離子 陽(yáng)離子 負(fù)極 正極 陽(yáng)離子 失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生 電極反應(yīng)總式： 2e- Zn-2e-=Zn2+ 【過渡】原電池是化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，哪么要構(gòu)成一個(gè)原電池需要哪些條件呢？ 【閱讀材料】《科學(xué)史話 伏打與電池的發(fā)明(二)》 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(他稱為第一類導(dǎo)體或干導(dǎo)體)和含液體的青蛙肌肉(他稱為第二類導(dǎo)體或濕導(dǎo)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(gè)直流電源——伏打電池。他用幾個(gè)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(yīng)知識(shí)和上述信息，你認(rèn)為構(gòu)成原電池的條件是什么？ 說出你的想法并與同伴交流。 【學(xué)生假設(shè)】原電池組成：兩塊電極（正、負(fù)極）和電解質(zhì)溶液。 【小組討論】下列裝置能否構(gòu)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(dǎo)線、CuSO4溶液、電流表、燒杯等設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明你的想法。 第一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)： 能否構(gòu)成 原電池 能 能 能 不能 構(gòu)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(dǎo)體石墨等 第二組對(duì)比實(shí)驗(yàn)： 能否構(gòu)成 原電池 能 不能 構(gòu)成原電池條件二 小組討論：電極必須插在 電解質(zhì)溶液中 第三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)： 能否構(gòu)成 原電池 不能 構(gòu)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(jié)】形成條件一：活潑性不同的兩個(gè)電極---負(fù)極：較活潑的金屬；正極：較不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體石墨等；形成條件二：電極需插在電解質(zhì)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(gòu)成原電池條件：“兩極一液成回路”。 【提問】有新發(fā)現(xiàn)的請(qǐng)舉手，還有什么實(shí)驗(yàn)方案在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件無法驗(yàn)證的? 【學(xué)生】原電池反應(yīng)必須是自發(fā)氧化還原反應(yīng)。 【過渡】根據(jù)構(gòu)成原電池的條件，你是不是已經(jīng)摩拳擦掌，想動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)原電池呢？ 【實(shí)踐活動(dòng)】有下列材料：電極（Zn片、Cu片、石墨棒、Fe釘?shù)热芜x）、導(dǎo)線、水果 （西紅柿2個(gè)）、電流計(jì)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)能使電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的裝置。方式：最好先獨(dú)立設(shè)計(jì)，并動(dòng)手試驗(yàn)，邊做邊改進(jìn)，也可與鄰座同學(xué)相互討論和觀摩，或請(qǐng)老師指導(dǎo)。 我設(shè)計(jì)的原電池 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 電流表是否偏轉(zhuǎn) 能否構(gòu)成原電池 結(jié) 論 【講述】 通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，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(xí)】請(qǐng)你當(dāng)醫(yī)生：格林太太是位漂亮、開朗、樂觀的婦女, 當(dāng)在開懷大笑的時(shí)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(biāo)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(zhuǎn)。你能為格林太太開一個(gè)藥方嗎？ 【課后作業(yè)】1、完成探究：完成成長(zhǎng)記錄表。 2、解決問題：了解一個(gè)真正的電池，看看哪些地方運(yùn)用到今天大家的研究成果。3、搜集關(guān)于廢舊電池中存在的物質(zhì)，廢舊電池隨便丟棄會(huì)對(duì)環(huán)境造成哪些不良影響？ 六、板書設(shè)計(jì) 第二節(jié)《化學(xué)能與電能》 一、原電池定義：化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。 氧化還原反應(yīng) 二、化學(xué)能 電能 2H++2e- =H2↑ Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑ 氧化反應(yīng) 銅鋅原電池 電解質(zhì)溶液 還原反應(yīng) 陰離子 陽(yáng)離子 負(fù)極 正極 陽(yáng)離子 失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生 電極反應(yīng)總式： 2e- Zn-2e-=Zn2+ 正極：較不活潑的金屬或?qū)w（如石墨等） 1.活潑性不同的兩個(gè)電極 負(fù)極：較活潑的金屬 三、 構(gòu)成原電池條件： 2. 電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中 （“兩極一液成回路”）。 3.必須形成閉合回路