《化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、第第1章章 化學(xué)反應(yīng)與能量化學(xué)反應(yīng)與能量第第3 3節(jié)節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池 你知道嗎？你知道嗎？火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠 化石能源的枯竭化石能源的枯竭, ,以及以及生態(tài)環(huán)境的日益惡化，迫生態(tài)環(huán)境的日益惡化，迫使人們利用使人們利用新能源發(fā)電新能源發(fā)電。氫能源便是一種非常理想氫能源便是一種非常理想的新能源。你知道氫能源的新能源。你知道氫能源有哪些應(yīng)用嗎？有哪些應(yīng)用嗎？化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池氫氧燃料電池是直接將氫氣和氧氣反氫氧燃料電池是直接將氫氣和氧氣反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

2、的化學(xué)電源。2H2 + O2= 2H2O化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池普通干電池普通干電池手機(jī)電池手機(jī)電池鈕扣電池鈕扣電池筆記本電腦筆記本電腦專用電池專用電池 攝像機(jī)攝像機(jī)專用電池專用電池 “神六神六”用用太陽能電池太陽能電池日常生活日常生活中用到的中用到的化學(xué)電源化學(xué)電源跟氫氧燃跟氫氧燃料電池一料電池一樣，都是樣，都是根據(jù)原電根據(jù)原電池原理池原理制制造的。造的。化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池Zn+MnO2+H2O= ZnO+Mn(OH)2 Pb+PbO2+2H2SO4= 2PbSO4+2H2O 干干電電池池鉛鉛蓄蓄電電池池常見的常見的兩種化兩種化學(xué)電源學(xué)電源工作時工作時的

3、化學(xué)的化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)化學(xué)電源中的反應(yīng)是何種反應(yīng)類型？化學(xué)電源中的反應(yīng)是何種反應(yīng)類型？（從物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化的角度思考）（從物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化的角度思考）釋放能量釋放能量的氧化還原反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池 在必修在必修2 2的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)接的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)接觸過鋅觸過鋅硫酸硫酸銅原電池，請銅原電池，請你試著畫出該原電池的裝置圖你試著畫出該原電池的裝置圖; ;并寫出反應(yīng)方程式并寫出反應(yīng)方程式 你知道該電池是怎樣將化學(xué)你知道該電池是怎樣將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的嗎？能轉(zhuǎn)化為電能的嗎？化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池活動活動探究探究預(yù)測預(yù)測1 1 請你根據(jù)鋅與請你根

4、據(jù)鋅與CuSOCuSO4 4溶液反應(yīng)的反應(yīng)類型溶液反應(yīng)的反應(yīng)類型 預(yù)測，該反應(yīng)伴隨怎樣的能量變化？我們可預(yù)測，該反應(yīng)伴隨怎樣的能量變化？我們可 以通過哪些直觀現(xiàn)象來進(jìn)行證明？以通過哪些直觀現(xiàn)象來進(jìn)行證明？預(yù)測預(yù)測2 2 如果鋅與硫酸銅溶液反應(yīng)是放熱反應(yīng)如果鋅與硫酸銅溶液反應(yīng)是放熱反應(yīng), ,請請 你利用所學(xué)原電池知識設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將該反應(yīng)你利用所學(xué)原電池知識設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將該反應(yīng) 所釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能，預(yù)測鋅和銅片插所釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能，預(yù)測鋅和銅片插 入硫酸銅溶液后會有變化嗎？有什么變化？入硫酸銅溶液后會有變化嗎？有什么變化？實(shí)施實(shí)驗(yàn)：實(shí)施實(shí)驗(yàn)：根據(jù)你們的預(yù)測設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)。根據(jù)你們的預(yù)測設(shè)計(jì)并實(shí)

5、施實(shí)驗(yàn)?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能轉(zhuǎn)化為電能電池電池實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 1：鋅與：鋅與CuSOCuSO4 4溶液反應(yīng)中的能量變?nèi)芤悍磻?yīng)中的能量變化化 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能量變化能量變化思考思考：如何將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？如何將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？鋅粉鋅粉溶解溶解，產(chǎn)生，產(chǎn)生了了紅色紅色的固體物的固體物質(zhì)；質(zhì)； CuSOCuSO4 4溶液溶液顏色顏色變淺變淺，溫度，溫度升高升高?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能化為熱能小組小組 展示展示化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化CuSO4 溶液溶液電流表指針發(fā)生電流表指針發(fā)生偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)；鋅片溶解，其；鋅片

6、溶解，其表面出現(xiàn)一層紅色的表面出現(xiàn)一層紅色的固體物質(zhì)；銅片表固體物質(zhì)；銅片表面也出現(xiàn)一層面也出現(xiàn)一層紅色的紅色的固體固體物質(zhì)物質(zhì)CuSOCuSO4 4溶液溶液顏色顏色變淺變淺；化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電電 能能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2 2：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能小組小組 展示展示思考思考：化學(xué)能是如何轉(zhuǎn)化為電能的呢？化學(xué)能是如何轉(zhuǎn)化為電能的呢？結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析：1.1.鋅片上發(fā)生什么反應(yīng)？電子轉(zhuǎn)移到哪里去？鋅片上發(fā)生什么反應(yīng)？電子轉(zhuǎn)移到哪里去？2.2.銅片表面析出的紅色物質(zhì)是什么？這些物質(zhì)是怎樣產(chǎn)銅片表面析出的紅色物質(zhì)是什么？這些物質(zhì)是怎樣產(chǎn)生的？發(fā)生怎樣的反應(yīng)？電子從哪來？生

7、的？發(fā)生怎樣的反應(yīng)？電子從哪來？3.3.電流是怎樣產(chǎn)生的？電流是怎樣產(chǎn)生的？交流交流 研討研討化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池SO42-SO42-SO42-Zn2+Zn2+Cu2+電流電流電子電子失失e-氧化氧化反應(yīng)反應(yīng)得得e-還原還原反應(yīng)反應(yīng)Cu2+Cu2+SO42-Cu2+ 硫酸銅溶液硫酸銅溶液負(fù)極負(fù)極還原劑還原劑氧化氧化反應(yīng)反應(yīng)陽極陽極氧化劑氧化劑還原還原反應(yīng)反應(yīng)陰極陰極+I外電路外電路歸納歸納：正極正極-陽離子陽離子陰離子陰離子e-內(nèi)電路內(nèi)電路 AZn Zn2+2e-Cu2+2e- Cu化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池觀察比較教材觀察比較教材“圖圖132”132”和和“

8、圖圖133”133”，分析鋅粉和硫，分析鋅粉和硫酸銅溶液反應(yīng)和銅鋅原電池反應(yīng)有何異同？酸銅溶液反應(yīng)和銅鋅原電池反應(yīng)有何異同？2.2.電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移：鋅粉和硫酸銅溶液的反應(yīng)是銅離子：鋅粉和硫酸銅溶液的反應(yīng)是銅離子和鋅片表面鋅原子直接接觸發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，和鋅片表面鋅原子直接接觸發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，溶解的鋅離子和銅離子相互碰撞阻礙反應(yīng)發(fā)生，溶解的鋅離子和銅離子相互碰撞阻礙反應(yīng)發(fā)生，反應(yīng)雜亂無章；原電池反應(yīng)，反應(yīng)雜亂無章；原電池反應(yīng)，兩個兩個反應(yīng)分別在兩反應(yīng)分別在兩極發(fā)生極發(fā)生，反應(yīng)的有序性強(qiáng)，反應(yīng)的有序性強(qiáng) 。3.3.能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化的形式不同。一是轉(zhuǎn)化為熱能；的形式不同。一是轉(zhuǎn)化為熱能；原電

9、池是轉(zhuǎn)化為電能。原電池是轉(zhuǎn)化為電能。 1.1.反應(yīng)的反應(yīng)的本質(zhì)本質(zhì)相同，都是相同，都是 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池 比較比較 歸納歸納選擇活潑性不同的選擇活潑性不同的兩個金屬電極兩個金屬電極，其中較為活潑的，其中較為活潑的 電極能跟溶液反應(yīng)，做負(fù)極。電極能跟溶液反應(yīng)，做負(fù)極。將兩金屬電極用導(dǎo)線連接后將兩金屬電極用導(dǎo)線連接后插入電解質(zhì)溶液插入電解質(zhì)溶液中。中?！締栴}問題2 2】如果將銅鋅原電池連續(xù)作如下變換如果將銅鋅原電池連續(xù)作如下變換 電池的銅片換成鎂片，鋅片上有何現(xiàn)象？電池的銅片換成鎂片，鋅片上有何現(xiàn)象？ 在在1 1的基礎(chǔ)上，將硫酸銅溶液換為硫

10、酸鋅的基礎(chǔ)上，將硫酸銅溶液換為硫酸鋅 溶液，鋅片上又有何現(xiàn)象？溶液，鋅片上又有何現(xiàn)象？問題問題 討論討論【問題問題1 1】從這兩個電池中你從這兩個電池中你可以發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成這類電池的可以發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成這類電池的條件了嗎？條件了嗎？化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池【問題問題3 3】如果仔細(xì)觀察，同學(xué)們做實(shí)驗(yàn)的銅鋅原電池中，電如果仔細(xì)觀察，同學(xué)們做實(shí)驗(yàn)的銅鋅原電池中，電池工作一段時間后，鋅片上也有少量的紅色物質(zhì)析出，這是池工作一段時間后，鋅片上也有少量的紅色物質(zhì)析出，這是為什么呢？可以通過哪些直觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明你的判斷呢？為什么呢？可以通過哪些直觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明你的判斷呢？電池工作時，鋅片跟銅離子能夠

11、接觸，所以可電池工作時，鋅片跟銅離子能夠接觸，所以可以直接發(fā)生電子的傳遞，發(fā)生置換反應(yīng)，在鋅片以直接發(fā)生電子的傳遞，發(fā)生置換反應(yīng)，在鋅片表面上析出銅。表面上析出銅。因?yàn)檫@部分反應(yīng)沒有產(chǎn)生電流，反應(yīng)放出的能因?yàn)檫@部分反應(yīng)沒有產(chǎn)生電流，反應(yīng)放出的能量應(yīng)該以熱能的形式釋放出來。所以可以用測量量應(yīng)該以熱能的形式釋放出來。所以可以用測量溶液溫度變化的實(shí)驗(yàn)來證明上述結(jié)論。溶液溫度變化的實(shí)驗(yàn)來證明上述結(jié)論。問題問題 討論討論化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池 請同學(xué)們先閱讀請同學(xué)們先閱讀“資料資料在線在線”欄目給大家的信欄目給大家的信息息鹽橋，然后仔細(xì)觀察下面的演示實(shí)驗(yàn)，回答鹽橋，然后仔細(xì)觀察下面的演

12、示實(shí)驗(yàn)，回答相關(guān)的問題。（教材相關(guān)的問題。（教材P21“P21“觀察觀察思考思考”欄目。注意欄目。注意閱讀資料）閱讀資料）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池【觀察觀察 思考思考】1.1.鹽橋插入兩電解質(zhì)溶液中后鹽橋插入兩電解質(zhì)溶液中后，該裝置是否實(shí)現(xiàn)了化學(xué)，該裝置是否實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化？兩電池能向電能的轉(zhuǎn)化？兩電池相比，能量轉(zhuǎn)化效率發(fā)生相比，能量轉(zhuǎn)化效率發(fā)生了怎樣的變化？為什么？了怎樣的變化？為什么？2.2.你覺得哪個更適合設(shè)計(jì)成化你覺得哪個更適合設(shè)計(jì)成化學(xué)電源呢？為什么？學(xué)電源呢？為什么？化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池該銅鋅原電池發(fā)生的氧化該銅鋅原電池發(fā)生的氧化還原反應(yīng)

13、，氧化劑和還原還原反應(yīng)，氧化劑和還原劑劑不需要直接接觸不需要直接接觸，兩個，兩個電極反應(yīng)可在電極反應(yīng)可在彼此隔離彼此隔離的的條件下進(jìn)行。條件下進(jìn)行?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能轉(zhuǎn)化為電能電池電池石墨石墨O2石墨石墨 H2KOH溶液溶液如圖所示裝置，兩根石墨棒與如圖所示裝置，兩根石墨棒與檢流計(jì)連接后插入到氫氧化鉀檢流計(jì)連接后插入到氫氧化鉀溶液中。在兩個極上分別持續(xù)溶液中。在兩個極上分別持續(xù)通氫氣和氧氣。發(fā)現(xiàn)電流計(jì)通氫氣和氧氣。發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 1.1.上述裝置是否是原電池？你能找到它所發(fā)生上述裝置是否是原電池？你能找到它所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)嗎？的氧化還原反應(yīng)嗎？2.2.對于原電池的電極和

14、電解質(zhì)溶液的作用和選對于原電池的電極和電解質(zhì)溶液的作用和選擇，你有何更深的理解？擇，你有何更深的理解？化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池【遷移遷移 應(yīng)用應(yīng)用】思考思考：你能夠?qū)?gòu)成原電池的方法完善一下嗎：你能夠?qū)?gòu)成原電池的方法完善一下嗎？1.1.根據(jù)反應(yīng)，選擇合適的金屬或非金屬導(dǎo)體材根據(jù)反應(yīng)，選擇合適的金屬或非金屬導(dǎo)體材料做電極材料。料做電極材料。2.2.將氧化劑和還原劑分別置于兩極表面。將氧化劑和還原劑分別置于兩極表面。3.3.將兩極連接后浸入電解質(zhì)溶液中。將兩極連接后浸入電解質(zhì)溶液中。歸納：構(gòu)成原電池的條件歸納：構(gòu)成原電池的條件化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池 請你將氯化鐵溶液和銅的反應(yīng)請你將氯化鐵溶液和銅的反應(yīng) 設(shè)計(jì)成原電池？設(shè)計(jì)成原電池？ 將你的設(shè)計(jì)用裝置圖表示出來。將你的設(shè)計(jì)用裝置圖表示出來。 學(xué)以致用學(xué)以致用化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池答案展示答案展示銅銅石墨石墨FeCl3 溶液溶液銅銅CuCl2溶液溶液FeCl3 溶液溶液石墨石墨方案一方案二化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能