高中化学必修2 化学反应和能量变化2

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《化学反应与能量变化》第二课时教学设计课题 《化学反应与能量变化》第二课时单元6学科化学年级高一教材分析本节教学内容是人教版高中化学必修第二册第六章《化学反应与能量》第一节《化学反应与能量变化》的第二课时。本章教材给学生建立一个重要的思想，化学反应中不仅有物质的变化同时伴随有能量变化，让学生能从物质和能量两个角度认识物质世界的变化规律，然后展开对化学变化相关理论的学习。让学生知道物质在相互转化的过程中，也可以通过化学能转化为电能，化学能和电能的转化是需要一定的条件的，就是需要原电池装置。而原电池的研究也是电化学的一部分，电化学在工业生产中也有十分重要的应用，比如电池的制造工程。本节教材，学生在前面的学习过程中，已经知道了氧化还原的理论和金属活动性的知识，并初步知道了化学能可以实现能量转化，转化为电能。本届通过探究性的实验，对化学能转化为电能进一步的研讨。通过原电池闭合回路的分析，引出电池、内电路、外电路等概念，要求学生掌握电极反应式和化学方程式的书写，让学生对原电池的基本原理有一个基本的认识。本节安排了“化学能与电能的相互转化”，“原电池”，“常见的化学电池”，这三部分内容。学生通过学习这部分知识，掌握原电池的反应原理，并且能够知道生活中常用电池的电极反应式，同时也要对电池的未来发展有一个基本认识。教学目标与核心素养宏观辨识与微观探析：通过原电池的原理探究实验，让学生直观的感觉化学能转化为电能的变化，进一步激发学生学习化学的兴趣和求知欲望，启发学生分析产生有关现象的因果关系和本质联系，从而使学生了解学习和研究化学问题的一般方法和思维过程证据推理与模型认知：通过揭示问题、讨论释疑、动手实验，学习对比、推断等多种科学探究方法，学会由事物的表象分析事物的本质和变化，提高学生的实验能力、观察能力和对实验现象的分析、推理及归纳总结能力。科学探究与创新意识：从现象和结构出发，设计探究方案，探究化学能转化为电能的反应原理，在探究中互利合作，培养团队精神。科学精神与社会责任：激发学生透过现象探究本质的兴趣，尊重科学，认真学习科学的学习方法；通过参与探究过程，培养自身严谨的科学态度和辩证分析能力。重点难点原电池的形成条件；各种电池和燃料电池的电极反应式。 教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课在我们生活中由很多的电池，那么大家知道这些电池都是怎么工作的吗？  讲授新课第一节化学反应与能量变化一、化学能与电能的相互转化    化学能→热能→机械能→电能二、原电池    实验实验一：将Zn片、Cu片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象？实验现象：锌片上有气泡，铜片无反应 。Zn+2H+===Zn2++H2↑实验二：用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。实验现象：Cu片上有气体逸出。原因分析：Zn片上的电子通过上端导线转移给了Cu片，Cu片将电子传递给了H+，那么如何验证？实验三：如图6-6所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转？实验现象：(1)电流表指针有偏转；(2)铜片上有气泡产生;(3)锌片不断溶解。实验装置中的化学反应：锌片：氧化反应Zn－2e-=Zn2+铜片：还原反应2H++2e-=H2↑总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑原电池:把化学能转变为电能的装置.2.原电池形成条件探究条件一：有活泼性不同的两个电极（两种金属或非金属导体）；形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件三：必须形成闭合回路；条件4：自发的氧化还原反应。    原电池⑴原电池定义:把化学能转变为电能的装置.⑵原电池原理:负极失电子，发生氧化反应，负极反应：Zn－2e-＝ Zn2+；正极得电子,发生还原反应，正极反应：2H++ 2e-＝ H2↑；“负极出电子，电子回正极”，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。总反应:Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑负极：一般活泼金属→向外线路提供电子→发生氧化反应；正极： 一般不活泼金属（或石墨）→接受外线路提供的电子→该电极上发生还原反应。 ⑶原电池的构成条件①两种活泼性不同电极.（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）②电极必须插入电解质溶液 。③能自发的发生氧化还原反应。④电极用导线相连构成闭合回路。⑷内外电路和电流流向外电路：负极、导线、电流表、正极构成外电路；内电路：负极、电解质溶液、正极构成内电路；外电路：电子由负极流向正极，电流由正极 流向负极；内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极。⑸原电池的正负极的判断方法Ⅰ.根据电子流动方向，电子流出的极-----负极；电子流入的极----正极。Ⅱ.①根据电极材料，较活泼的电极材料-----负极；较不活泼的电极材料----正极。②根据原电池电极发生的反应，发生氧化反应的极---负极；发生还原反应的极---正极。③根据电极增重还是减重，质量增加的电极---正极；质量减少的电极----负极。④根据电极有气泡冒出，有气泡冒出的电极为----负极。课后探究-----简易电池的设计和制作请同学们，回家后利用水果（苹果、柑橘或柠檬等）。食盐水，滤纸，通篇、铁片、铝片等金属片，石墨棒，导线，小型用电器（发光二极管、电子音乐卡或小电机等），电流表，制作简单的原电池。问题与讨论：1.在水果电池中，水果的作用是什么？     水果起到了电解质溶液的作用。2.通过比较不同材料作电极的简易电池，你是否发现电极材料的选择有一些值得注意的问题？请与同学交流你的经验。a.活泼性不同的金属；b.金属和非金属（非金属必须能导电）；c.金属与化合物；d.惰性电极—氢氧燃料电池，电极均为铂。电解液的选择：负极材料一般要能与电解液自行发生氧化还原反应。3.在以上实验中，电池不可或缺的构成部分由哪些？电解质溶液、活泼性不同的电极、电流表，水果必须具有一定的酸碱性并且必须可以和电极发生反应。三、常见的化学电池1.锌锰干电池(一次性电池)电极:Zn为负极,碳棒为正极电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊电极方程式：负极(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋正极(C)：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-= Mn2O3+2NH3+H2O方程式：4NH4Cl+2Zn+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O缺点：使用寿命短，易泄露2、充电电池—铅蓄电池（二次电池）铅蓄电池（原电池）工作时， 总反应为Pb+PbO2+2H2SO4             2PbSO4+2H2O （1）原电池的电极材料：电解质：H2SO4，正极为：PbO2,负极：Pb.（2）两极的电极反应式：正极:PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O;负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4。特点：电压高稳定，可反复使用，安全、方便、可靠。铅易产生氢气损耗，充电时需加水。用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。其他蓄电池：镍-氢蓄电池、锂离子电池等。3、燃料电池——高效、环境友好的化学电池H-O燃料电池曾在1967年首次被用作阿波罗宇宙飞船的电源。介质H-O燃料电池反应： 2H2 +O2 = 2H2O 酸性负极2H2 - 4e- = 4H+正极O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O中性负极2H2 - 4e- = 4H+ 正极O2 + 2H2O + 4e-=4OH-碱性负极2H2 +4OH-- 4e- =4H2O 正极O2 + 2H2O + 4e-=4OH-   甲烷燃料电池：①碱性介质下的：负极：CH4+10OH--8e-=CO32- +7H2O 　　正极：2O2+8e-+4H2O==8OH- 　　总反应方程式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 　　②酸性介质下：负极：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 　　正极：2O2+8e-+8H+=4H2O 　　总反应方程式为：2O2+CH4=2H2O+CO2大有发展前景的燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近0。    问题讨论:作为一个电池的消费者，你希望使用怎样的电池？假如你是一个电池的研究生产者，你应该开发生产怎样的电池？职业规划：阅读课本化学与职业----电池研发人员，希望将来你成为一个出色的电池研究员。   研究与实践-------了解车用能源【研究目的】人们为了给汽车提供动力，提高能源利用率，减少环境污染，在不断开发新的车用能源。通过以下活动，从不同角度分析和比较不同燃料和能量转化方式的优劣，体会开发新的车用能源的重要意义。    H2热值123KJ/g  2H2+O2           2H2O CH4热值56KJ/g   CH4+2O2         CO2+2H2O C8H18热值48KJ/g  2C8H18 + 25O2        16CO2 + 18H2OC2H5OH热值26.9KJ/g C2H5OH+3O2        2CO2↑+3H2O从反应和热值来考虑：H2放出热量最多，而且不会产生温室气体CO2，是最理想的能源。     随堂练习1.利用反应Zn＋ CuSO4 ===ZnSO4＋Cu设计一个原电池。在图中方格内画出实验装置图，并指出正极为_______________，电极反应式为_______________________；负极为___________，电极反应式为_____________________。     答案为：碳棒、Cu、铂；Cu2+ + 2e - =Cu；Zn；Zn－2e-＝ Zn2+。      2.（课本41页第5题）下列关于如图所示装置的叙述，错误的是（    ）A、锌是负极、其质量逐渐减小B、氢离子在铜表面被还原，产生气泡C、电流从锌片经导线流向铜片D、电子从锌片经导线流向铜片答案为：C【解析】锌铜稀硫酸原电池中，锌为负极，铜为正极，电流由铜经导线流向锌，电子从锌经导线流向铜，故C错误   3.（课本41页第6题）下列说法正确的是（   ）A、图1所示装置能将化学能转化为电能B、图2所示反应为吸热反应C、锌锰干电池中，锌筒做正极D、蓄电池充电时也发生了氧化还原反应    答案为：D【解析】A、图1不能形成闭合回路，不能构成原电池；B、图2反应物能量高于生成物，为放热反应；‘C锌锰干电池中，锌作负极；D、蓄电池放电和充电均发生了氧化还原反应。4、如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（     ） A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4 B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸 C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液 D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液     5.下列图片可构成原电池的是（     ）    答案为：C、D6.写出电极反应式和总反应式  正极：(C) Cu2+ + 2e - = Cu（还原反应） 负极：(Zn) Zn －2e - = Zn2+  （氧化反应）总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu 正极 ：(Cu)2Ag+ + 2e - =  Ag （还原反应）负极 ：(Fe)Fe －2e - = Fe2+  （氧化反应）总反应：Fe+2Ag+=Fe2++2Ag      课堂小结一、与原 电 池 相 关 的 概 念(Zn--Cu,稀H2SO4）    电极：负极：电子流出的一极（Zn）正极：电子流入的一极（Cu）    电路：外电路，电子流向：失电子的一极流向得电子的一极；电流方向：与电子流动方向相反内电路：阴离子流动方向与电子流动方向一致；阳离子流动方向与电流方向一致3.电极反应式  负极： Zn－2e-＝ Zn2+              正极： 2H++ 2e-＝ H2↑4.总反应式：Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑二.发展中的化学电源一次性电池——干电池：普通锌锰电池、碱性锌锰电池。二次电池（充电电池）：铅蓄电池、镍镉充电电池、锂电池。燃料电池：氢氧燃料、CH4燃料电池   板书一、化学能与电能的相互转化二、原电池三、常见的化学电池