人教版 (2019)必修 第二冊化學反應(yīng)與能量變化第二課時教案

這是一份人教版 (2019)必修 第二冊化學反應(yīng)與能量變化第二課時教案，共12頁。教案主要包含了導入新課，講授新課，思考與交流，實驗探究，教材實驗6-3，答案展示，課堂練習，課堂活動等內(nèi)容，歡迎下載使用。
教學分析
教學目標
評價目標
通過化學反應(yīng)與電能的學習,培養(yǎng)學生對能量轉(zhuǎn)化的新認識。
通過課堂評價反饋檢驗學生化學反應(yīng)與電能的學習情況。
重點、難點
重點:化學反應(yīng)中能量變化的本質(zhì);化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置特點及原理。
難點:化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置特點及原理。
教法、學法
實驗法、對比法。
課時安排
1課時。
教學準備
多媒體、原電池裝置。
教學設(shè)計
【導入新課】
我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔苤饕獊碜曰鹆Πl(fā)電。火力發(fā)電是通過化石燃料燃燒時發(fā)生的氧化還原反應(yīng),使化學能轉(zhuǎn)化為熱能,加熱水使之汽化為蒸汽以推動蒸汽輪機,帶動發(fā)電機發(fā)電。火力發(fā)電過程中,化學能經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)化過程,間接轉(zhuǎn)化為電能。其中,燃燒(氧化還原反應(yīng))是關(guān)鍵。
2015年我國電力生產(chǎn)量構(gòu)成圖
火力發(fā)電
【講授新課】
一、原電池
【思考與交流】如何把化學能直接轉(zhuǎn)化為電能?
【解答】設(shè)計一種裝置使反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移在一定條件下形成電流。
【實驗探究】
【教材實驗6-3】
(1)將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中,觀察現(xiàn)象。
(2)用導線連接鋅片和銅片,觀察、比較導線連接前后的現(xiàn)象。
(3)如圖所示,用導線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表,觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。
原電池實驗
現(xiàn)象:當鋅片與銅片插入稀硫酸時,鋅片上有氣泡產(chǎn)生,銅片上無氣泡產(chǎn)生。當用導線將鋅片和銅片相連后,銅片上有氣泡產(chǎn)生。串聯(lián)電流表后,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說明導線中有電流通過。
【提問】怎么解釋這種現(xiàn)象?
【解答】
Zn比Cu活潑,用導線連在一起時,Zn片失去電子變成Zn2+進入溶液。鋅片:Zn-2e-Zn2+(氧化反應(yīng))。電子由Zn片經(jīng)導線流向Cu片,溶液中的H+移向Cu片,得電子被還原成H2。銅片:2H++2e-H2↑(還原反應(yīng))。
【講解】
1.定義
將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,稱為原電池。
2.電極
正極:電子流入(或電流流出)的一極;
負極:電子流出(或電流流入)的一極。
3.電極反應(yīng)
【小結(jié)】
負極→失去電子的一極→氧化反應(yīng)→活潑性較強
正極 →得到電子的一極→還原反應(yīng)→活潑性較弱
4.工作原理
原電池總反應(yīng)式: 。
【答案展示】(左側(cè))負極
氧化反應(yīng) Zn-2e-Zn2+
(右側(cè))正極 還原反應(yīng) 2H++2e-H2↑
Zn+2H+Zn2++H2↑
5.構(gòu)成條件
理論上,自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。
具體條件:
①具有活潑性不同的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬);
②兩電極均用導線相連插入電解質(zhì)溶液中,形成閉合回路;
③自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。
【課堂練習】
請在圖上標出電子的流動方向和電流方向,并判斷正、負極,寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。
(1)
H2SO4溶液
負極( ): 。
正極( ): 。
總反應(yīng)式: 。
(2)
CuSO4溶液
負極( ): 。
正極( ): 。
總反應(yīng)式: 。
答案:(1)
H2SO4溶液
Fe Fe-2e-Fe2+
Ag 2H++2e-H2↑
Fe+2H+Fe2++H2↑
(2)
CuSO4溶液
Zn Zn-2e-Zn2+
Cu Cu2++2e-Cu
Zn+Cu2+Cu+Zn2+
二、簡易電池的設(shè)計與制作
【課堂活動】
水果電池
簡易電池
【課堂練習】
一個電池總反應(yīng)的離子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu,該反應(yīng)的原電池正確組合是( )
答案:C
三、常見的化學電源
1.一次電池
鋅錳干電池構(gòu)造示意圖
常見的鋅錳干電池的構(gòu)造如圖所示。其中,石墨棒作正極,氯化銨糊作電解質(zhì)溶液,鋅筒作負極。在使用過程中,電子由鋅筒(負極)流向石墨棒(正極),鋅逐漸消耗,二氧化錳不斷被還原,電池電壓逐漸降低,最后失效。這種電池放電之后不能充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無法逆向進行),屬于一次電池。
2.二次電池
有些電池放電時所進行的氧化還原反應(yīng),在充電時可以逆向進行,使電池恢復到放電前的狀態(tài),從而實現(xiàn)放電(化學能轉(zhuǎn)化為電能)與充電(電能轉(zhuǎn)化為化學能)的循環(huán)。這種充電電池屬于二次電池。常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。
汽車用鉛酸蓄電池
3.燃料電池
燃料電池是一種將燃料(如氫氣、甲烷、乙醇)和氧化劑(如氧氣)的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學反應(yīng)裝置,具有清潔、安全、高效等特點。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以超過80%。當以氫氣為燃料時,產(chǎn)物為水;以甲烷為燃料時,產(chǎn)物為水和二氧化碳。與常規(guī)發(fā)電廠相比,其二氧化碳排放量明顯降低。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部,而是從外部提供,這時電池起著類似試管、燒杯等反應(yīng)器的作用。
燃料電池的供電量易于調(diào)節(jié),能適應(yīng)用電器負載的變化,而且不需要很長的充電時間,在航天、軍事和交通等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
我國研制的燃料電池和超級電容混合動力有軌電車
評價反饋
1.將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間,以下敘述正確的是( )
A.兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生
B.甲中銅片是正極,乙中銅片是負極
C.兩燒杯中溶液的c(H+)均減小
D.甲、乙兩燒杯中銅均為正極
2.分析如圖所示的四個原電池裝置,其中結(jié)論正確的是( )
A.①②中Mg作負極,③④中Fe作負極
B.②中Mg作正極,電極反應(yīng)式為6H2O+6e-6OH-+3H2↑
C.③中Fe作負極,電極反應(yīng)式為Fe-3e-Fe3+
D.④中Cu作正極,電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑
3.如圖所示是原電池的裝置圖。請回答:
(1)若C為稀硫酸,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),B電極材料為Fe且作負極,則A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為 ;反應(yīng)進行一段時間后溶液的酸性將 (填“增強”“減弱”或“基本不變”)。
(2)若需將反應(yīng)Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+設(shè)計成如圖所示的原電池裝置,則A極(正極)材料為 ,B極(負極)材料為 ,C為 。
(3)CO與H2反應(yīng)還可制備CH3OH,CH3OH可作為燃料使用,用CH3OH和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下:
電池總反應(yīng)為2CH3OH+3O22CO2+4H2O,則d電極是 (填“正極”或“負極”),c電極的電極反應(yīng)為 。若線路中轉(zhuǎn)移1 ml電子,則上述CH3OH燃料電池消耗的O2在標準狀況下的體積為 L。
答案:1.C 2.B
3.(1)2H++2e-H2↑ 減弱
(2)石墨 Cu FeCl3溶液(合理即可)
(3)正極 CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+ 5.6
課堂小結(jié)
布置作業(yè)
1.完成學案上的核心素養(yǎng)專練。
2.預(yù)習下節(jié)內(nèi)容。
教學反思
在“簡易電池的設(shè)計與制作”探究活動中,通過制作水果電池、簡易電池和演示原電池的趣味實驗,引導學生在應(yīng)用原電池原理基礎(chǔ)上,進一步探討原電池的構(gòu)成要素及其性質(zhì)、作用。不僅使學生學習、體驗了科學探究的過程和方法,還能鞏固其對原電池裝置的認識,將教材隱含的原電池的構(gòu)成要素、原電池電極的選擇等重要知識顯性化地落實。
板書設(shè)計
第一節(jié) 化學反應(yīng)與能量變化
第2課時 化學反應(yīng)與電能
一、原電池
1.定義
將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,稱為原電池。
2.電極
正極:電子流入(或電流流出)的一極;
負極:電子流出(或電流流入)的一極。
3.電極反應(yīng)
4.工作原理
5.構(gòu)成條件
理論上,自發(fā)的氧化還原反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。
具體條件:
①具有活潑性不同的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬);
②兩電極均用導線相連插入電解質(zhì)溶液中,形成閉合回路;
③自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。
二、簡易電池的設(shè)計與制作
三、常見的化學電源
備課資源
金屬鋰電池
1958年,哈里斯考慮到鋰作為堿金屬會與水以及空氣發(fā)生反應(yīng),提出了采用有機電解質(zhì)作為金屬鋰電池的電解質(zhì)。根據(jù)電池的相關(guān)工作要求,有機電解液溶劑需要具備三個性質(zhì),①溶劑為極性溶劑,鋰鹽在極性溶劑的溶解度較大,從而電解液的電導率較大;②溶劑必須是非質(zhì)子的極性溶劑,因為含質(zhì)子的溶劑容易和鋰發(fā)生反應(yīng);③溶劑要有較低的熔點和較高的沸點,從而使得電解液有盡可能寬的溫度范圍。這一構(gòu)想的提出立即得到科學界的廣泛認可,并引發(fā)了不小的研發(fā)熱潮。
在金屬鋰一次電池的開發(fā)中,初期選擇傳統(tǒng)正極材料,如Ag、Cu、Ni的化合物,但電化學性能一直達不到要求,人們不得不尋找新的正極材料。1970年,日本SANYO公司就是利用二氧化錳作為正極材料造出了人類第一塊商品鋰電池。1973年松下開始量產(chǎn)活性物質(zhì)為氟化炭材料作正極的鋰原電池。1976年,以碘為正極的鋰碘原電池問世。接著一些用于特定領(lǐng)域的電池如鋰銀釩氧化物(Li/Ag2V4O11)電池也相繼出現(xiàn),這種電池主要用于植入式心臟設(shè)備。20世紀80年代以后,鋰的開采成本大幅度降低,鋰電池開始商業(yè)化。
早期金屬鋰電池屬于一次電池,這種電池只能一次性使用、不能充電。鋰電池的成功極大地激發(fā)了人們繼續(xù)研發(fā)可充電電池的熱情,開發(fā)鋰二次電池的序幕就此拉開。1972年,美國埃克森公司采用二硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,開發(fā)出世界上第一個金屬鋰二次電池。這款可充電鋰電池就擁有可深度充放電1 000次且每次循環(huán)的損失不超過0.05%的優(yōu)良性能。
電池技術(shù),可以使人類生活更加綠色
電能無論是使用還是傳輸,都需要一個比較穩(wěn)定的負荷負載。但風能和太陽能是間歇性的,有時候有云飄過來,發(fā)電的量就少,所以怎么使這些電網(wǎng)更加穩(wěn)定?就需要有強大的電池進行儲能的削峰填谷(注:削峰填谷是調(diào)整用電負荷的一種措施,使發(fā)電、用電趨于平衡)。所以未來需要運用儲能的裝置,電動汽車也可以作為分布式的儲能裝置,整合到整個智能電網(wǎng)里面。
除了可再生能源,未來的人類社會也會更加智能,現(xiàn)在大家都講5G物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,講人工智能和超級計算等。實際上很多移動的裝置、家庭智能家居、在路上車子互相之間都會有信息的溝通和交流,未來整個地球都會互聯(lián)在一起。不僅是能源的互聯(lián),也是信息的互聯(lián),所有在互聯(lián)的物體、器件,都需要電池,沒有電池就不能工作,電池可以使未來更加綠色、更加智能、更加移動。
歷年高考題薈萃
1.(2023·廣東)負載有Pt和Ag的活性炭,可選擇性去除Cl-實現(xiàn)廢酸的純化,其工作原理如圖。下列說法正確的是( )
A.Ag作原電池正極
B.電子由Ag經(jīng)活性炭流向Pt
C.Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng):O2+2H2O+4e-4OH-
D.每消耗標準狀況下11.2 L的O2,最多去除1 ml Cl-
答案:B
解析:O2在Pt極得電子發(fā)生還原反應(yīng),Pt為正極,Cl-在Ag極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),Ag為負極。由分析可知,Cl-在Ag極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),Ag為負極,A錯誤;電子由負極Ag經(jīng)活性炭流向正極Pt,B正確;溶液為酸性,故Pt表面發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4H++4e-2H2O,C錯誤;每消耗標準狀況下11.2 L的O2,轉(zhuǎn)移電子2 ml,而2 ml Cl-失去2 ml電子,故最多去除2 ml Cl-,D錯誤。
2.(2016·海南)(雙選)某電池以K2FeO4和Zn為電極材料,KOH溶液為電解質(zhì)溶液。下列說法正確的是( )
A.Zn為電池的負極
B.正極反應(yīng)式為2FeO42?+10H++6e-Fe2O3+5H2O
C.該電池放電過程中電解質(zhì)溶液的濃度不變
D.電池工作時OH-向負極遷移
答案:AD
解析:根據(jù)化合價升降判斷,Zn的化合價只能上升,故為負極材料,K2FeO4為正極材料,A項正確;KOH溶液為電解質(zhì)溶液,則正極電極反應(yīng)式為2FeO42?+6e-+8H2O2Fe(OH)3+10OH-,B項錯誤;電池總反應(yīng)為2K2FeO4+3Zn+8H2O2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4KOH,因此該電池放電過程中電解質(zhì)溶液的濃度增大,C項錯誤;電池工作時陰離子OH-向負極遷移,D項正確;故選AD。
3.(2015·浙江)如圖所示進行實驗,下列說法不正確的是( )
A.裝置甲的鋅片上和裝置乙的銅片上均可觀察到有氣泡產(chǎn)生
B.甲、乙裝置中的能量變化均為化學能轉(zhuǎn)化為電能
C.裝置乙中的鋅、銅之間用導線連接電流計,可觀察到電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
D.裝置乙中負極的電極反應(yīng)式:Zn-2e-Zn2+
答案:B
解析:裝置甲的鋅片與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣,裝置乙中鋅片、銅片和稀硫酸組成的原電池裝置中,銅片作正極,正極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),所以裝置甲的鋅片上和裝置乙的銅片上均可觀察到有氣泡產(chǎn)生,A項正確;裝置甲的鋅片與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣,沒有形成原電池,B項錯誤;裝置乙中鋅片、銅片和稀硫酸組成原電池裝置,所以鋅、銅之間用導線連接電流計,可觀察到電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),C項正確;裝置乙中鋅片、銅片和稀硫酸組成的原電池裝置中,鋅片的活潑性強于銅片的,所以鋅片作負極,失電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Zn-2e-Zn2+,D項正確;故選B。
4.(2015·全國Ⅰ)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是( )
A.正極反應(yīng)中有CO2生成
B.微生物促進了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移
C.質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū)
D.電池總反應(yīng)為C6H12O6+6O26CO2+6H2O
答案:A
解析:C6H12O6中C的平均化合價為0價,二氧化碳中C的化合價為+4價,所以生成二氧化碳的反應(yīng)為氧化反應(yīng),故CO2在負極生成,A選項錯誤;在微生物的作用下,該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為電能,微生物促進了反應(yīng)的發(fā)生,B項正確;質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子(即H+)通過,原電池中陽離子向正極移動,C項正確;電池的總反應(yīng)實質(zhì)是C6H12O6的氧化反應(yīng),D項正確。
課標要求
素養(yǎng)要求
1.通過實驗探究認識化學能與電能之間轉(zhuǎn)化的實質(zhì)。
2.理解原電池的定義、工作原理和構(gòu)成條件。
3.了解一次電池、二次電池、燃料電池等發(fā)展中的化學電源的特點。
4.能正確書寫簡單化學電源的電極反應(yīng)式。
1.科學探究:認識構(gòu)成原電池的條件及其原理,判斷原電池的正、負極。
2.創(chuàng)新意識:利用原電池原理能設(shè)計原電池。
3.宏觀辨識與微觀探析:會分析物質(zhì)化學變化中的能量變化與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
電極材料
電極名稱
電極反應(yīng)式
發(fā)生的反應(yīng)
Zn片
負極
Zn-2e-Zn2+
氧化反應(yīng)
Cu片
正極
2H++2e-H2↑
還原反應(yīng)
電池總反應(yīng)
(寫離子方程式)
Zn+2H+Zn2++H2↑(兩個電極反應(yīng)之和)
選項
A
B
C
D
正極
Zn
Cu
Cu
Fe
負極
Cu
Zn
Zn
Zn
電解質(zhì)溶液
CuCl2溶液
H2SO4溶液
CuSO4溶液
HCl溶液