教學(xué)設(shè)計 人教版高中化學(xué) 選擇性必修一 第四章 第一節(jié) 第2課時 化學(xué)電源1

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1、 第四章 第一節(jié) 原電池 第二課時 《化學(xué)電源 1》教學(xué)設(shè)計 一、課標(biāo)解讀 1．內(nèi)容要求 認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要作用； 了解常見的化學(xué)電源，并利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。 2．學(xué)業(yè)要求 能列舉常見的化學(xué)電源，并能正確書寫有關(guān)電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。 二、教材分析 新教材突出對原電池模型的建構(gòu)與認(rèn)識，突出方法、模型、研究視角的構(gòu)建去引導(dǎo)學(xué)生 根據(jù)實驗現(xiàn)象，結(jié)合已學(xué)氧化還原反應(yīng)知識進(jìn)行探究推理，并應(yīng)用電子守恒的觀念書寫電極 反應(yīng)式。發(fā)展學(xué)生多角度直觀地進(jìn)行概念和模型建構(gòu)的能力，培養(yǎng)學(xué)生“變化守恒”“證據(jù) 推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。在

2、對原電池工作原理、正負(fù)極區(qū)域電解質(zhì)溶液、電極材料進(jìn)一步探 究的實驗探究教學(xué)中，發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)。從 宏觀實驗現(xiàn)象入手，分析現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)，用電極反應(yīng)式進(jìn)行符號表征，促進(jìn)學(xué)生運用 現(xiàn)象與本質(zhì)、宏觀與微觀相結(jié)合的方法思考化學(xué)問題、解決化學(xué)問題，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識 與微觀探析”素養(yǎng)。 人教版舊教材中，化學(xué)電源的內(nèi)容屬于第四章第二節(jié)的內(nèi)容，在新教材中屬于選擇性必 修一第四章第一節(jié)原電池的第二、第三課時的內(nèi)容，把舊教材中的第一節(jié)和第二節(jié)的內(nèi)容合 并為一節(jié)，使得節(jié)奏更加緊湊。與舊教材相比，新教材將干電池的概念調(diào)后至介紹一次電池 時才出現(xiàn)，編排更加合理。在對二次

3、電池的介紹中，資料卡片的內(nèi)容刪去了鋅銀電池和鋰電 池的具體內(nèi)容，改為對使用范圍更廣的鋰離子電池進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并且將鋰離子電池的適 用范圍從小型設(shè)備為主改為適用于大型儲能電站，表述更加準(zhǔn)確且與時俱進(jìn)，體現(xiàn)科技的進(jìn) 步與社會的發(fā)展。 新教材強調(diào)原電池的核心要素是以發(fā)生在電子導(dǎo)體間（比如金屬與離子導(dǎo)體），以電解 質(zhì)溶液接觸界面上的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。與舊教材相 比，表述更為嚴(yán)謹(jǐn)貼切。此外，新教材更加突出思路和方法的引導(dǎo)，更突顯培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科 素養(yǎng)。新教材更加突出要求學(xué)生在理解原電池工作原理的基礎(chǔ)上，能自行分析解釋電池的工 作原理，并設(shè)計簡單的原電池。 新教材突出

4、對原電池模型的構(gòu)建和認(rèn)識，突出方法，模型研究的視角構(gòu)建。引導(dǎo)學(xué)生關(guān) 注生產(chǎn)、生活、科技及國防等領(lǐng)域中的能量變化，關(guān)注科技前沿社會熱點問題。 三、學(xué)情分析 通過以前章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性以及原電池的原理等理論知識， 對一些簡單的原電池的工作原理已經(jīng)有一定的分析能力，但是對于陌生的化學(xué)電源模型的反 應(yīng)原理以及電極反應(yīng)產(chǎn)物的分析，電極反應(yīng)式的書寫還存在困難。 四、素養(yǎng)目標(biāo) 【教學(xué)目標(biāo)】 1.能深入了解原電池的反應(yīng)原理； 2.能根據(jù)原電池的工作原理分析陌生的化學(xué)電源模型的工作原理； 3.能書寫化學(xué)電源的電極反應(yīng)方程式。 【評價目標(biāo)】 1.通

5、過對原電池反應(yīng)原理的討論，診斷學(xué)生對原電池概念的掌握程度； 2.通過對陌生的化學(xué)電源組成、結(jié)構(gòu)和工作原理的分析對比研究，認(rèn)識不同電池的優(yōu)點 和缺陷，診斷并發(fā)展學(xué)生的分析推理能力； 3.通過對化學(xué)電源電極反應(yīng)方程式的書寫，診斷并發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力與模型認(rèn)知 素養(yǎng)。 五、教學(xué)重點、難點 教學(xué)重點：化學(xué)電源中一次電池、二次電池的反應(yīng)原理、性能及其應(yīng)用。 教學(xué)難點：化學(xué)電源電極反應(yīng)方程式的書寫。 六、教學(xué)方法 七、教學(xué)思路 八、教學(xué)過程 環(huán)節(jié)  教師活動  學(xué)生活動 【課堂導(dǎo)入】教師引導(dǎo)學(xué)生回顧原電池模型的反應(yīng)原 理等基本信息。

6、構(gòu)成原電池，需要自發(fā)氧化還原反應(yīng) 中的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，在原電池裝置中被拆分成 為發(fā)生在不同區(qū)域進(jìn)行的電極反應(yīng)，借助裝置中的電 極材料、離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體，就可以將反應(yīng)物中的 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 溫故知新  回顧已學(xué)知識 【教師提問】科學(xué)家在依據(jù)原電池的原理設(shè)計化學(xué)電 源時要綜合考慮全面分析哪些因素？ 課堂引入  根據(jù)生活經(jīng)驗，認(rèn)識 原電池和化學(xué)電源的 差別，分析科學(xué)家設(shè) 計化學(xué)電源時要必須 解決的問題，比如比 能量、原料、安全、成 本及環(huán)保等。 建立模型  【教師提問】在日常生活和學(xué)習(xí)中，大家用過哪些電 池？使用電池時是否關(guān)注過電池

7、上的標(biāo)識嗎？這些電 池在工作的過程中是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng) 的類型是什么？ 【教師講解】最初的普通鋅錳干電池使用壽命短，科 學(xué)家研究了使用壽命更長，現(xiàn)在廣泛使用的堿性鋅錳 干電池，考慮到干電池?zé)o法充電，研究人員研發(fā)了可 反復(fù)使用的二次電池，電池在需求和創(chuàng)意的推動下， 不斷的向更新的方向發(fā)展，而這些化學(xué)電源的雛形都 是原電池。  列舉日常生活中常用 的化學(xué)電源。 根據(jù)已學(xué)的原電池知 識，結(jié)合生活中的實 際理解，對化學(xué)電源 的要求與發(fā)展趨勢有 初步認(rèn)識。 認(rèn)識模型  【教師講解】一次電池就是放電后不可再重復(fù)使用的 電池。隨著使用，一次電池中能發(fā)生氧化還原

8、反應(yīng)的 物質(zhì)逐漸被消耗，這些物質(zhì)消耗到一定程度時電池就 不能繼續(xù)使用。一次電池中電解質(zhì)溶液制成膠狀不流 動，也叫做干電池，市售的一次電池品種很多，除了 普通鋅錳電池，還有堿性鋅錳電池，銀鋅電池等等。 普通鋅錳電池是最早進(jìn)入市場實用的電池，電池中部 由二氧化錳糊狀物，插入石墨棒作為電極材料，電池 的外殼鋅筒作為還原劑，在這兩部分中間填充了由淀 粉固化的氯化銨作為電解質(zhì)溶液。 普通鋅錳電池工作原理存在爭議，其中一種觀點認(rèn)為， 鋅錳電池在放電時發(fā)生的主要反應(yīng)為鋅和氯化銨和二 氧化錳反應(yīng)生成二氯二氨合鋅和氫氧化氧錳。 現(xiàn)在請大家結(jié)合資料和電池構(gòu)造示意圖，分析電極反 觀察普通鋅錳

9、電池的 應(yīng)中的活性物質(zhì)、電極材料和離子導(dǎo)體分別是什么， 并寫出正負(fù)極的電極反應(yīng)方程式。 構(gòu)造，根據(jù)已有知識 書 寫 電 極 反 應(yīng) 方 程 式。 對自己及其他同學(xué)書 寫的電極反應(yīng)方程式 給予評價。 應(yīng)用模型 評價模型  【課堂練習(xí)】讓學(xué)生觀察圖中的細(xì)節(jié)，如介質(zhì)、內(nèi)容 物等，書寫電極反應(yīng)方程式。 【教師評價】用實物投影展示學(xué)生練習(xí)，結(jié)合學(xué)生書 寫給予評價。 【教師提問】普通鋅錳電池曾長期占有市場，但是隨 著時代的進(jìn)步，它逐漸被其他電池替代，你認(rèn)為可能 的原因是什么？ 【教師講解】從普通鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)示意圖可以看 出，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，因此易

10、于生產(chǎn)，價格 低廉，這使得他曾經(jīng)在干電池市場上占有很大的份額， 但是它的缺點就是存在自放電的情況。電池在不使用 時，鋅會逐漸被酸性的電解質(zhì)溶液氧化，所以存放時 間較短?，F(xiàn)在大家看到的就是放置不同時間后的普通  聯(lián)系生活實際討論交 流 干電池，可以看出它電池的腐蝕情況。 【教師講解】人們?yōu)榱私鉀Q這些問題，經(jīng)歷了漫長的 研究過程，直到二十世紀(jì)五十年代左右，在普通鋅錳 電池的基礎(chǔ)上，研制出了堿性鋅錳電池。與普通鋅錳 干池比，堿性鋅錳電池不僅容量高，壽命長，還能實 現(xiàn)大電流連續(xù)放電。 認(rèn)識模型 堿性鋅錳干電池中部填充鋅粉和氫氧化鉀糊狀混合 物，電池外部

11、填充了二氧化錳和石墨粉的混合，外側(cè) 包括金屬殼做電解質(zhì)材料。兩種混合物之間用離子型 導(dǎo)電隔膜分割，電池中發(fā)生的總反應(yīng)是鋅和二氧化錳 和水，生成氫氧化氧錳和氫氧化鋅。 【課堂練習(xí)】現(xiàn)在請大家結(jié)合資料和電池構(gòu)造示意圖， 分析電極反應(yīng)中的活性物質(zhì)、電極材料和離子導(dǎo)體分 別是什么，并寫出正負(fù)極的電極反應(yīng)方程式。  觀察堿性鋅錳電池的 構(gòu)造，根據(jù)已有知識 書 寫 電 極 反 應(yīng) 方 程 式。 對自己及其他同學(xué)書 寫的電極反應(yīng)方程式 給予評價。 應(yīng)用模型 評價模型 認(rèn)識模型  【教師講解】與普通鋅錳電池相比，堿性鋅錳電池中 的活性物質(zhì)，電極材料和離子導(dǎo)體都進(jìn)行了改

12、進(jìn)，將 鋅片改為鋅粉，增加了反應(yīng)的接觸面積，加快反應(yīng)速 率，提高單位時間通過截面的電量，從而增大電流， 用導(dǎo)電性更好電解質(zhì)溶液 KOH ，減小電池的內(nèi)阻，增 大工作時的電流，提高電池的電壓。 【教師講解】不論是普通鋅錳電池，還是堿性鋅錳電 池，都屬于一次電池，一次電池不能充電，使用后只  聯(lián)系生活實際討論交 流 能棄取，還有可能造成環(huán)境污染。所以人們?yōu)榱四軌?節(jié)約資源和成本，設(shè)計并制造了可充電的二次電池。 二次電池又稱為可充電電池或蓄電池，可以反復(fù)充電 和放電，是電池發(fā)展的一個重要方向。二次電池放電 時是一個原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，充電時是一 個電解時，外加直流電源，

13、使電池內(nèi)發(fā)生的電池反應(yīng) 的逆反應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲起來。 生活中我們經(jīng)常能接觸到的鎳氫充電電池，手機電池、 鉛蓄電池和新能源汽車主流動力電池都是二次電池。 【教師講解】鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，深 灰色所示的正極板，板上覆蓋有二氧化鉛。淺灰色所 示的負(fù)極板上覆蓋有鉛單質(zhì)。硫酸作為電解質(zhì)溶液， 鉛蓄電池的電壓穩(wěn)定，使用方便，安全可靠，價格低 廉，在生產(chǎn)生活中使用廣泛。例如鉛蓄電池多用于啟 動和維持汽車用電系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。 應(yīng)用模型  觀察鉛酸蓄電池的構(gòu) 造，根據(jù)已有知識書 寫電極反應(yīng)方程式。 評價模型  【課堂練習(xí)】給出鉛酸蓄電池的構(gòu)造示意圖，講解鉛

14、 酸蓄電池放電時的工作原理，讓學(xué)生書寫電極反應(yīng)方 程式，并對學(xué)生的書寫進(jìn)行評價。 鉛蓄電池放電的總反應(yīng)式鉛和二氧化鉛和硫酸生成硫 酸鉛和水。其中硫酸鉛難溶于水，充電的反應(yīng)是上述 反應(yīng)的逆過程。與書寫堿性性錳干電池電極反應(yīng)的方 法相同。根據(jù)總反應(yīng)可知，鉛是還原劑，失去電子氫 元素的化合價升高變?yōu)檎r。在有硫酸根離子的環(huán) 境中生成難溶物硫酸鉛附著在負(fù)極材料上。 【課堂討論】從鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)來說，這個電池的 優(yōu)點體現(xiàn)在電流穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低 廉。但鉛酸蓄電池也存在單位質(zhì)量輸出的電能少（比 能量低），廢棄電池污染環(huán)境等缺點，因此適用范圍受 到限制。 【教師講解】

15、表格中給出當(dāng)轉(zhuǎn)移相同電量時的部分常 見金屬所需要的質(zhì)量，可以看出轉(zhuǎn)移相同的電量時， 金屬鋰所需要的質(zhì)量最少，符合對新型化學(xué)電源的要 求，因此科學(xué)家將目光聚焦在鋰元素上，研制出了比 能量高的鋰離子電池。 認(rèn)識模型  結(jié)合已有知識，練習(xí) 生活實際，討論交流 【課堂討論】請大家結(jié)合鋰單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，思考用 金屬鋰做負(fù)極材料需要注意什么問題？ 考慮到鋰元素位于元素周期表中第二周期第一主族， 因此金屬物理有較強的還原性。易與水和氧氣發(fā)生反 應(yīng)，所以電池中不能含水，同時電池要嚴(yán)格的密封， 防止金屬鋰與空氣接觸而燃燒。 【教師講解】這就是目前使用較多的鋰離子電池的結(jié) 構(gòu)示意圖。

16、它的負(fù)極材料是嵌有鋰單質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)的 石墨，正極材料是同樣具有層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰，電池 放電時，負(fù)極的鋰單質(zhì)失去電子成為鋰離子從石墨層 中脫出，嵌入層狀鈷酸鋰中，其放電時的總反應(yīng)如圖 所示。 認(rèn)識模型  觀察鋰離子電池的構(gòu) 造，根據(jù)已有知識書 寫電極反應(yīng)方程式。 通過討論我們知道基于原電池工作原理，科學(xué)家們通 過采用不同的技術(shù)手段，能夠設(shè)計出功能各異的化學(xué) 電源，來滿足我們不同的需求。科學(xué)與技術(shù)融合可以 給我們的生活帶來更多的便利，可以生產(chǎn)出更好更多 的產(chǎn)品。 課堂小結(jié) 隨著科技的發(fā)展以及社會的進(jìn)步，越來越多的新型電 源正在投入使用，下一次課，會介紹更多

17、的新型電源。 九、板書設(shè)計  梳理思路，重新認(rèn)識 原電池與化學(xué)電源之 間的關(guān)系。體會科研 工作者對社會進(jìn)步的 巨大貢獻(xiàn)，體會化學(xué) 學(xué)科的社會價值。體 會人與自然的和諧共 生才是人類文明發(fā)展 的重要標(biāo)志。 十、課堂練習(xí)（典型性、代表性和覆蓋面） 1．下列是四個化學(xué)反應(yīng)，理論上不可用于設(shè)計原電池的化學(xué)反應(yīng)是 A．2Al + 2NaOH + 2H O = 2NaAlO + 3H ↑ 2 2 2 通通 B．2H O ===== 2H + O 2 2 2 C．2FeCl +Fe = 3FeCl 3 2 D．CH + 2O 4 2 點燃 =====

18、  CO + 2H O 2 2 2．把 A、B、C、D 四種金屬浸在稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池，若 A、B 相連時，陰離子移向 A；C、D 相連時，D 上有氣泡逸出；A、C 相連時，A 極減 輕；D 插入 B 的鹽溶液中有 B 析出。則四種金屬的活潑性順序由大到小排列為 A．A>B>C>D C．A>C>D>B B．A>C>B>D D．B>D>C>A 3．微型銀—鋅電池可用作電子儀器的電源，其電極分別是 Ag/Ag O 和 Zn，電解質(zhì)為 2 KOH 溶液，電池總反應(yīng)為 Ag O + Zn + H O = 2Ag + Zn(OH) ，下列說

19、法正確的是 2 2 2 2 A．電池工作過程中，KOH 溶液濃度降低 B．電池工作過程中，電解液中 OH-向正極遷移 C．負(fù)極發(fā)生反應(yīng) Zn + 2OH-  - 2e-  = Zn(OH) 2 D．正極發(fā)生反應(yīng) Ag O + 2H+ 2 + 2e- = 2Ag + H O 2 4．如圖是鉛蓄電池構(gòu)造示意圖，下列說法錯誤的是 A．鉛蓄電池充電時電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B．電池放電時，電子由 Pb 板通過導(dǎo)線流向 PbO 板 2 C．電池放電時，H＋移向 PbO 板 D．負(fù)極反應(yīng)：Pb ＋ 2e-  ＋ SO  2 4  = PbSO  4 5．一種新型的鋰-空氣電池的工作原理如圖所示。關(guān)于該電池的說法中正確的是 A．當(dāng)有 22.4LO 被還原時，溶液中有 4mol Li+ 2 B．可將有機電解液改為水溶液 C．金屬鋰作正極，發(fā)生氧化反應(yīng) D．電池總反應(yīng)為 4Li+O +2H O=4LiOH 2 2  向多孔碳電極移動