发展中的化学电源

第二节化学能与电能（第二课时）发展中的化学电源一、教学设计思路本课的教学设计理念来自“问题驱动”教学模式。新课程提倡交流合作、主动探究，强调在“学生为主体，老师为主导”的教学背景下，使学生体会到知识建构和科学探究的过程。“知识为本”的单一教学目标也逐渐向“观念为本”的多元教学目标转化，意在全面提高学生的科学素养。“自主”和“创新”是教学新的追求。“问题驱动教学模式”正是迎合了这种新的教学需要，学生在问题的解决过程中，更为牢固的构建出了知识体系，并在落实三维目标的同时提高了自己解决问题的能力和自主学习的能力，老师通过问题驱动来进行教学，也极大地调动了学生的积极性，学生化“被学”为“乐学”，真正实现了以人为本的教学理念。学习是学习者主动建构的内部心理表征过程，教师的角色是思想的“催化剂”与“助产士”。教师不应把主要精力局限于所教的内容上，而应注意学习者的心态（即情感与动机）变化。教育的目标是教师与学生共享生命历程，共创人生体验；养育积极愉快，适应时代变化，心理健康的人。本设计以开放式教学为指导思想，辅助以视频、讨论、归纳等手段，使学生体验作为不同角色的工作者，思考问题的不同角度，在不断解决问题的过程中，建构理论知识，增强实际分析、解决问题的能力和创新精神。二、教材分析本课内容选自新课程人教版高中化学必修2第二章第二节第二课时，发展中的化学电源。通过《化学能与电能》的第一课时学习：了解了原电池的概念、原理；并知道电池是利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置。所以本课时的主要内容是：1、了解几种常见的化学电源在社会生产中的应用；2、通过认识生活中的原电池[即传统干电池(锌锰电池)、蓄电池和燃料电池]，进一步理解原电池的概念和原理；3、通过引入新型电池(如锂离子电池、燃料电池等)体现化学电池的改进与创新，增强学生的创新精神；并且通过本节学习，能够举例说明化学能与电能的转化关系及其应用；4、了解化学电源的发展与环境污染，增强环保意识。三、学情分析初中化学已经从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，《化学能与电能》的第一课时学习了：原电池的概念、原理、组成原电池的条件。由于学生之前没有电化学的基础，理解原电池原理有一定的难度。所以本课时设计：同学们通过换位思考，担任不同的角色，导出生活中同学们熟悉的各种电池的发展过程，增强学生的创新精神；然后依次的分析，各种化学电源的原理，电极材料，电子流向，电池的缺陷，既增强了学生的分析，综合，应变能力，同时又促进了对原电池原理的进一步理解。四、教学目标1知识与能力在获得原电池概念和组成条件的基础上，能设计出原电池实验，学习实验研究的方法。2过程与方法：在探究设计原电池实验的过程中，学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。3情感、态度与价值观：有参与化学科技活动的热情，有将原电池知识应用于生产、生活实践的意识，能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断。五、教学重难点教学重点：实验探究的基础上认识原电池的组成及应用。教学难点：对研究成果以及学习过程和结果的评价与反思。六、教学方法：问题驱动法、讲授法、多媒体模拟教学法、实验法（模拟/操作）、讨论法七、教学过程：简单流程呈现：教师活动学生活动创设情境：展示世界上第一个电池：伏打电池提出问题：如果你是伏打，你会如何思考对付打电池进行改进？导出：“干电池”并展示干电池的结构提出新问题：如果你是开发商，你想如何对干电池进行改进？导出：燃料电池，并展示燃料电池的结构观看、分析：伏打电池的缺陷分析交流：将液体电解质转变为便于携带的固体形式讨论归纳：分析干电池的缺陷讨论归纳：最清洁的燃料——氢讨论归纳：将电池制成可以循环使用的电池，降低成本导出：充电电池，并展示充电电池的结构讨论归纳：分析干电池和充电池的缺陷具体教学过程发展中的化学电源——教学设计教师活动学生活动设计意图创设情境：展示幻灯片，生物学家在解剖青蛙大腿的时候，发现金属刀一碰伤青蛙的大腿，青蛙就会发生颤抖，当时物理学家付打恰在观察，受到启发，他认为一定是青蛙腿中的组织液含有电解质溶液，金属刀在切割的时候产生了电流。于是他用锌、铜做电极，稀硫酸作电解质溶液，制成了世界上的第一个电池。观看幻灯片，展开联想。激起联想，回顾原电池正负极的判断，以及常见金属活泼性的比较提出问题：你认为在此电池中，哪一种物质失电子？哪一种物质得电子？为什么？思考交流：锌比铜的金属性强，失电子能力强，锌做负极，铜做正极，电子从锌经外电路流到铜电极，流硫酸电离出的氢离子得电子。完成导学提纲铺垫资料：伏打发明了伏打电池后，英国化学家戴维非常感兴趣，戴维用伏打电池进行了电解实验，首次制出了非常活泼的碱金属，当时为了提供足够的电流，戴维将伏打电池进行了串联，最多一次并排放置了100多个大玻璃瓶，放置了100多对电极。感受、思考：伏打电池有什么缺陷？激起探索兴趣，思考伏打电池有什么缺陷？激发学生的创新思维归纳与整理提出问题：如果你是伏打，你想如何对你的电池进行改进？思考交流：①因为电解质为硫酸溶液，不便于携带，不能够推广使用，将电解质制成固体。②如何开发高能电池铺垫问题：什么是电解质？电解质制成固体还导电吗？思考交流：在水溶液里或熔化状态下能够导电的化合物，故态状况下电解质不导电。为部分没有思路的学生铺垫问题，使所有的学生都能有探索，有收获展示资料：有一位化学家在伏打电池中加入淀粉思考交流，归纳：加入固体填充物，制成糊状导出：现在使用的普通干电池，并展示结构图片思考交流：电解质：氯化铵分析干电池的负极：锌，正极：碳棒完成导学提纲提出问题：从我们查询的信息来看，氯化铵溶液显酸性，你认为干电池有什么缺陷，如何改进？思考交流：氯化铵溶液显酸性，则会跟锌皮发生反应，使用一段时间后电池会发生漏液。1．改进方法：换锌皮为排在氢后的金属（不可行）2．将氯化铵换为碱性电解质增强逻辑思维能力的锻炼，同时巩固原电池正负极的分析判断的掌握导出：现在使用的较多为碱性干电池，思考交流：分析电极以及电子转移方向完成导学提纲提出问题：如果你是开发商，你有什么想法？思考交流：将电池制成可以循环使用的电池，降低成本激发学生的创新思维，巩固对导出：可充电电池，展示首先使用的铅蓄电池的可充电电池结构思考交流：分析铅和氧化铅的活泼性，推测正、负极和电子转移方向，分析充电和放电时的能量转换形式完成导学提纲原电池正负极，电子流向的判断知识的掌握提出问题：在元素周期表中查阅铅的相对原子质量，分析铅蓄电池的缺陷是什么？如何改进？查阅数据：铅的相对原子质量是207，相对原子质量较大，铅蓄电池较笨重，不便于携带，寻找导电性较好的相对原子质量较小的金属做电极，最轻的金属是锂导出：锂电池，同时展示镍镉蓄电池的信息介绍思考交流：分析锂电池的电极以及电子转移方向完成导学提纲展示资料幻灯片：对自然环境威胁最大的五种物质：铬、镉、铜、铅、汞及对人类造成的危害；干电池的负极材料：锌汞齐，1节1号干电池会使1m2的土地永久实效，而仅我国一年就生产各种电池上亿节；观看幻灯片，增强环保意识增强环保意识，提升逻辑思维能力，同时巩固对原电池正负极，电子流向的判断知识的掌握提出问题：上述各种电池的共同缺陷是什么？如何改进？分析：干电池中的汞、蓄电池中的铅、镉，三种金属都是对自然环境威胁最大的物质，都会造成环境污染。导出：燃料电池，展示甲醇、甲烷燃料电池，分析正负极思考交流：燃料电池中氧气得电子，作正极，燃料作负极，并分析电子流动方向。完成导学提纲提出问题：甲醇、甲烷燃料电池有什么缺陷，你想如何改进？思考交流：大量化石燃料的燃烧会生成大量的二氧化碳，造成温室效应，开发绿色、清洁燃料增强环保意识，激发学生的创新思维，同时巩固对原电池正负极，电子流向的判断知识的掌握提出问题：你认为什么燃料最清洁？思考交流：氢气是最清洁、无污染的燃料导出：氢、氧燃料电池思考交流：分析正、负极和电子流动方向完成导学提纲归纳小结并板书：[板书设计]：1．干电池负极锌（失电子）发生氧化反应正极碳棒（得电子）发生还原反应2．充电电池负极铅（失电子）发生氧化反应正极氧化铅（得电子）发生还原反应3．燃料电池负极燃料（失电子）发生氧化反应正极氧气（得电子）发生还原反应归纳总结交流：1．干电池负极锌（失电子）发生氧化反应正极碳棒（得电子）发生还原反应2．充电电池负极铅（失电子）发生氧化反应正极氧化铅（得电子）发生还原反应3．燃料电池负极燃料（失电子）发生氧化反应正极氧气（得电子）发生还原反应完成导学提纲培养学生总结归纳能力，养成阶段整理的良好习惯[布置作业]：分小组制作“化学电源——环境污染——清洁能源”图片展，倡导学生自觉组织在校园内设置废旧电池回收箱，定时回收废旧电池。培养学生的合作能力，树立环保理念第二节化学能与电能（第二课时）发展中的化学电源---学案【学习目标】1.了解生活中常用的化学电源和新型化学电池；2.引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质以及这种转化的综合利用价值3.感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观、正确的能源观。【学习重点、难点】通过对常用化学电源和新型化学电池反应原理的了解，进一步巩固提高对原电池原理的掌握。一、【复习原电池原理】1、原电池是一种将的装置2、构成原电池的四个条件：（1）（2）（3）（4）3、原电池中负极发生__________反应，正极发生___________反应(填氧化或还原)，电子从极流向极，电流从极流向极4、判断下列几个学生设计的装置，能形成原电池的是？二、【发展中的化学电源】1.锌锰干电池(一次性电池)(1)普通锌锰电池负极材料是：正极材料是：电解质是电极反应式为：负极（锌筒）：正极（碳棒）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O【学与问】锌锰干电池即使不用，放置过久，也可能会漏液失效（作为电解质的NH4Cl的水溶液显酸性）使用和保存时应注意什么？(2)碱性锌锰干电池负极材料是：正极材料是：电解质是改进后碱性锌锰电池的优点：2、充电电池充电电池又称，它在放电时所进行的反应，在充电时又逆向进行，使生成物恢复原状，如此充放电可循环进行，至一定周期后终止。（1）铅蓄电池，构造如下负极材料是：正极材料是：电解质是放电过程中电极反应式为：负极：正极：总反应式为：（2）镍镉电池负极材料是：正极材料是：电解质是（3）新一代可充电的绿色电池——锂离子电池特点：用途：电脑、手表、心脏起搏器等。3、燃料电池燃料电池中，电极的导电材料一般为多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。氢氧燃料电池，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液.负极电极反应式：正极电极反应式：总反应式：特点：高效,环境污染少,外加设备供给氧化剂w.w.w.k.s.5.u.c.o.m三、【过关测试】１.下列电池中不属于二次电池的是()A.碱性锌锰电池B.铅蓄电池C.镍镉电池D.锂离子电池２.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是()w.w.w.k.s.5.u.c.o.mA.利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞.镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极３.已知空气-锌电池的电极反应为：锌片：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O石墨：O2+2H2O+4e-=4OH-根据此判断，锌片是()。A.负极，并被氧化B.负极，并被还原C.正极，并被氧化D.正极，并被还原4.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是()A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn5.日常所用干电池其电极分别为碳棒和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2氧化吸收H2)，电极反应可简化为：Zn