第二节化学能与电能教学设计

高一化学必修2 第二章第二节 教学设计 第五周 3月28日

第二节 化学能与电能

课时：3课时 一、内容及其解析

本节课要学的内容化学能与电能指的是化学能与电能之间的相互转化 ，其核心是原电池, 理解它的关键就是要引导学生从电子转移的角度理解化学能转化为电能的本

质。学生已经学过化学能转化为热能和氧化还原反应，本节课的内容就是在此基础上的发展。

由于它还与电解池有密切的联系,所以在本学科有承前启后的地位，并有奠基的作用,是本学科电化学知识的核心内容。教学的重点是让学生初步认识原电池的概念、反应原理、构

成及应用，认识化学能转化为电能的重大意义。解决重点的关键是通过对原电池实验的探究引导学生从电子转移的角度理解化学能转化为电能的本质。 二、目标及其解析 1、目标定位

（1）让学生知道火力发电过程中化学能转化为电能的流程及转化的关键 （2）认识原电池的概念及构成条件。 （3）了解常见的化学电池。

（4）了解化学电源的应用及化学能转化为电能的重要意义。

2、目标解析：

（1）化学能转化为电能的流程指的是：

蒸汽

化学能→ 热能

机械能 发电机

电能

化学能转化为电能的关键指的是燃烧（氧化还原反应）

（2）原电池的概念指的是化学能转化为电能的装置。电池的构成条件指的是：能自发发生的氧化还原反应；有电解质溶液；能形成闭合回路；有活动性不同的两种金属作电极材料。

（3）了解常见的化学电池指的是明白干电池（锌锰电池）和充电电池（铅蓄电池）这几类电池。

（4）通过展示原电池，让学生掌握原电池的工作原理；了解电化学的应用和发展。

三、问题诊断分析

本节学生将要遇到的问题是原电池的概念与构成的条件；用已经学过的有关知识探究化学能转化成电能的条件和装置。利用教材、课外资料、生动的图片从理性到感性认识，采用指导发现的教学帮助学生解决问题。 四、支持条件分析

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在本节课的教学中采用课件教学 ，准备使用多媒体、幻灯机以及演示实验教学。因为使用多媒体，有利于提高学生学习兴趣，实验教学有利于学生眼见为实加强学生的学习兴趣。教具：多媒体、烧杯、导线、电流表、铜片、锌片、石墨棒、稀硫酸

五、教学过程 第一课时

一、自学（3-8分钟）

问题一：在火力发电的过程中，化学能是如何转化为电能的？化学能转化为电能的关键是什么？

【设计意图】让学生知道火力发电过程中化学能转化为电能的流程及燃烧（氧化还原反应）是使化学能转化为电能的关键。

【师生活动】学生自主学习课本39-42页，思考、讨论、归纳并总结。

化学能→ 热能

蒸汽

机械能 发电机

电能

二、互学、导学（20-30分钟）

问题二：什么叫做原电池？要构成原电池必须满足哪些条件？ 【设计意图】让学生初步认识原电池的概念、构成条件。 【师生活动】

【导入】在火力发电过程中，化学能要经过一系列能量转换环节才能转化为电能，由于转换环节多，能源利用率低，造成能源极度浪费。你能设计出一个将化学能直接转化为电能、提高能量的利用率的装置吗？ 课本【实验2-4】学生小组实验，完成课本相关表格。 问题1：什么叫做原电池？

将化学能转化为电能的装置叫做原电池。

思考1：氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能转化为热能，再经过一系列能量转换环节才能转化为电能。那么要使氧化还原反应释放的能量不经过热能，而直接转化为电能，所要解决的第一问题是什么？ 【学生】思考与交流：

结论：电子的定向移动形成电流。

思考2：若将氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，那么，怎样架设桥梁使电子从还原剂区域转移到氧化剂区域，同时形成电流？ 【学生】思考与交流：

思考3：怎样知道所架设的桥梁中有电子流过？如何从电学角度考虑仪器选择和组

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装问题？ 【教师】

【演示实验1】在小烧杯（50ml）中加入一定量稀硫酸和一块锌片。 【学生】思考与交流：

1.反应中哪种物质失去电子？哪种物质得到电子？ 2.Zn是通过什么途径将电子转移给溶液中的H＋的？

3.怎样想办法使Zn和H＋分开，不让H＋直接在Zn表面得电子？

【演示实验２】在实验1中再插入铜片，观察一段时间，使铜片与锌片接触，观察现象。 思考与交流：

1.反应中哪种物质失去电子？哪种物质得到电子？ 2.Zn是通过什么途径将电子转移给溶液中的H＋的？

3.H＋得到的电子是Cu失去的吗？Cu在这一过程中起什么作用？ 4.怎样想办法让这种电子的转移变成电流？ 【小结】

Zn片发生氧化反应， Zn：Zn － 2e ＝ Zn

-２－

负极

H+在Cu片上发生还原反应，Cu：2H+ + 2e- ＝ H2 ↑ 正极 总的离子反应方程式： Zn 2+ + 2H+ ＝ Zn2+ ＋ H2↑

【演示实验3】将锌片和铜片用导线连接，插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。 思考与交流：

1.反应中哪种物质失去电子？哪种物质得到电子？ 2.电子从Zn到溶液中H＋经历了哪种途径？ 3.导线在这个过程中起到什么作用？

4.你怎样才能知道导线中有电子流过？怎样才能知道导线中电子流动方向？

【演示实验4】将锌片和铜片用导线连接，插入盛有稀硫酸的烧杯中，在导线之间接入灵敏电流计，观察现象。 思考与交流：

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1.反应中哪种物质失去电子？哪种物质得到电子？ 2.电子从Zn到溶液中H＋经历了哪种途径？ 3.电流计在这个过程中起什么作用？

【演示实验5】将锌片和铁片用导线连接，插入盛有稀硫酸的烧杯中，在导线之间接入灵敏电流计，观察现象。 思考与交流： 同一容器 序电极溶现象 号 材 料 液 2 Zn-Zn 稀 3 Cu-C 4 Zn-C 5 Fe-Zn 硫 酸 氧化反应 还原反应 总反应 不同容器 解释： 问题2：构成原电池的条件是什么？ 【小结】构成原电池的条件： 1、具有能自发发生的氧化还原反应； 2、具有活动性不同的电极材料； 3、有电解质溶液或熔融的电解质； 4、电极和电解质溶液形成闭合回路。 问题3：如何判断判断原电池的正、负极？ 思考与交流：

【小结】负极：活动性较强的金属—电子流出的一级—发生氧化还原反应—阴离子移向的一级—溶解的一级

正极：活动性较弱的材料（能导电）—电子流入的一级—发生还原反应—阳离子移向的一级质量增加或有气泡冒出 【例题】某同学设计了一个原电池，分别 以M、N两个金属棒作电极，中间用导线连接并 连接电流计，两电极置于装有P电解质的同一 烧杯中。连接之后可观察到电流计指针偏转， M棒变粗，N棒变细，下表所列M、N、P物质

- 4 - 选项号 M A B C D N P 稀硫酸 稀盐酸 Zn Cu Cu Fe Ag Zn 硝酸银溶液 Zn Fe 硝酸铁溶液 高一化学必修2 第二章第二节 教学设计 第五周 3月28日

中，可以组合成该装置的是（ C ）

解析：M棒变粗，N变细，说明N是负极，相对M棒金属性更强。M棒变粗说明M棒上有金属析出。答案:C

【变式训练1】能源可划分为一级能源和二级能源，自然界中以现成形式提供的能源称为一

级能源；需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)(吸收能量)，下列叙述正确的是(双选)( AC )

A．电能是二级能源 C．天然气是一级能源

B．水力是二级能源 D．焦炉气是一级能源

解析： 题设指出，只有自然界中以现成形式存在的能源才属于一级能源。据此，天然气应是一级能源。电能通常是由其他能源(如煤、石油等)产生的，属于二级能源。因此A和C两个选项正确。焦炉气是炼焦的产物，是从煤间接制取的，属于二级能源。水的情况则较为复杂。在直接利用水的动能和势能时，水力应属于一级能源；如果用水力发电，则发出的电能又应属于二级能源。这样，B、D不正确。答案： AC 【设计意图】让学生掌握一级、二级能源。

【变式训练2】(1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，

再平行插入一块铜片，可观察到铜片上________(填“有”或“没有”)气泡产生，再用导线把锌片和铜片连接起来，组成一个原电池，负极为________，正极的电极反应式为____________________。

(2)如果烧杯中最初装入的是500 mL 2 mol·L的稀硫酸，构成铜锌原电池(假设产生的气体没有损失)，当在标准状况下收集到11.2 L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度应为(溶液体积变化忽略不计)__________________________。

解析： 铜片插入稀硫酸中时，二者不反应，没有气泡产生，但当把铜片和锌片用导线相连插入稀硫酸中时，会构成原电池，铜作为原电池正极，电极反应为2H＋2e===H2↑，锌作为原电池负极，电极反应为Zn－2e===Zn，电池总反应为Zn＋2H===Zn＋H2↑。当收集到11.2 L H2(标准状况)，即0.5 mol H2时，消耗的H2SO4为0.5 mol，生成的ZnSO4为0.5 mol，0.5 L×2 mol·L－0.5 mol0.5 mol－1－1c(H2SO4)＝＝1 mol·L，c(ZnSO4)＝＝1 mol·L。

0.5 L0.5 L

答案:(1)没有 锌片 2H＋2e===H2↑(2)c(H2SO4)＝1 mol·L，c(ZnSO4)＝1 mol·L

＋

－

－1

－1

－1

－

2＋

＋

2＋＋

－

－1

【设计意图】让学生掌握简单的计算。

第二课时 一、自学（3-8分钟）

【新课导入】根据上节课所学的构成原电池的条件，判断下列几个学生设计的装

置，能形成原电池的是？

- 5 -

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二、互学、导学（20-30分钟）

问题一：常见的化学电池有哪些？

【设计意图】从生活中入手，让学生明白常见的电池有哪些，它们的区别大体上有什么。 【师生活动】

问题1：由于我们使用的金属铁在一般情况下，都会含有碳，若遇到电解质溶液时，就会发生原电池反应。这是原电池的缺点，当然有优点。这对你在使用铁制品时有什么启事？

【学生】阅读教材42页的内容，讨论交流电池种类。 1、什么干电池，特点是什么？

是一种一次性电池，放完电之后不能再使用（内部的氧化还原反应是不可逆的）。如锌锰电池。

电极反应式为：

负极（锌桶）： 正极（碳棒）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O

总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O

思考1：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？有时电池用时间久了会鼓起，为什么？

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思考2：如果电解质由NH4Cl换成KOH，那负极反应式该怎么写？

思考3：这就是碱性干电池。如南孚电池。换成KOH 有什么好处？

2、何为充电电池？

是一种可多次循环使用的电池。工作原理分为放电过程，和充电过程。如广泛使用的铅蓄电池。构造如下

放电过程中电极反应式为：

负极： 正极：PbO2+4H++SO42-+2e－=PbSO4↓+2H2O

总反应式为：Pb+ PbO2+2H2SO4=2 PbSO4↓+2H2O

思考：充电时发生的电极反应就是原来放电反应的逆反应。在负极原来是失去电子，那充电时应该是得到电子。那电池的负极，该接电源的哪极？

充电时电极反应式为： 阳极： 阴极：

阅读：现代社会对耗电量高的便携式电器的需求量越来越大。铅的密度大，锂是最轻的金属，成为取代铅蓄电池最理想的研究方向。锂电池作为新一代绿色电池优点：质量轻，电压高，工作效率高和贮存寿命长。在电脑、手机、摄像 机上有广泛用途。

3、什么是燃料电池？

将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。如氢氧燃料电池。

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电极反应为： 正极：

负极：O2+2H2O+4e-====4OH- 总反应是：2H2+O2===2H2O

思考：结合上述三个原电池中电解质的作用，思考若氢氧燃料电池的电解质该为硫酸溶液，或NaCl溶液，电极反应式又如何？

问题二：化学电源的应用有哪些？化学能转化为电能的重要意义？

【设计意图】在了解电池种类的基础上，能让学生明白电池在生活中重要意义，尤其是充电电池的广泛使用带来的益处和不足。 【师生活动】

【学生】阅读教材44页内容并查阅有关资料讨论。

【例题】A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如下图所示：

(1)A中反应的离子方程式为________________。

(2)B中Sn极的电极反应式为________，Sn极附近溶液的pH________(填“升高”、“降低”或“不变”)。

(3)C中被腐蚀的金属是________，总反应式为_________________________。 (4)比较A、B、C中铁腐蚀的速率，由快到慢的顺序是

_________________________________________________________________。 解析： 本题考查原电池的综合应用。A烧杯不符合原电池条件，属于金属与酸的反应；B、C装置构成了原电池，金属活动性：Zn>Fe>Sn，所以B中Fe为负极，被腐蚀；C中Zn为负极，铁被保护。B烧杯中Fe失去电子，电子通过导线流向

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Sn极，Sn极上有气体产生，H＋浓度降低，pH升高；B烧杯中促进铁腐蚀，而A烧杯中属于化学腐蚀，C烧杯中消耗锌保护铁。

答案： (1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)2H＋＋2e－===H2↑ 升高 【变式训练1】下列有关电池的说法不正确的是( )

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D．锌锰干电池中，锌电极是负极

解析： 锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流从铜流向锌，而电子由锌流向铜，B项错；电池的实质是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。 【设计意图】让学生掌握电池中电子的转移。

【变式训练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，其主要原因是( )

A．利用电池外壳的金属材料

B．防止电池中汞、镉、铅等重金属离子对水和土壤的污染 C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中的石墨电极

解析：选B。废旧电池集中处理，原因很多，但主要是防止电池中汞、镉、铅等重金属离子对水和土壤的污染。

【设计意图】让学生学以致用。

六、课堂小结

1.归纳、概括形成原电池概念：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。 2.总结归纳原电池的构成条件：

① 有两种活动性不同的金属（或非金属单质）作电极。② 电极材料均插入电解质溶液中。③ 两极相连形成闭合电路。

3.抽象出原电池化学反应本质：较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）通过外电路流向较不活泼的金属（正极） 4、学完本课你知道电池的种类了吗，能举例说说吗？ 5、你会简单的书写出氢氧燃料电池的反应式吗？ 板书设计

第二节 化学能与电能

一、原电池

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将化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。 二、原电池的工作原理 三、原电池中的电极名称： 负极：电子流出的一极 正极：电子流入的一极 四、构成原电池的条件：

1、具有能自发发生的氧化还原反应； 2、有两个用导线相连的活动性不同的电极； 3、有电解质溶液或熔融的电解质； 4、电极和电解质溶液形成闭合回路。 七、目标检测

1．关于原电池的叙述，正确的是( ) A．任何化学反应，均可以设计成原电池 B．原电池是把化学能直接转化成电能的装置 C．原电池的两极必须都是金属

D．原电池可以提供持续稳定的电流，应用十分广泛

解析： 原电池中的氧化还原反应均是自发进行的，故非自发的氧化还原反应不能设计为原通电

电池，如2H2O=====2H2↑＋O2↑，故A项错误；原电池的两极不一定必须都是金属，如干电池中的正极是碳棒，为非金属，故C项错误；原电池是一种简陋的装置，能产生电流但不稳定，故D项错。

答案： B

2.如下图所示的装置能够组成原电池且产生电流的是（ BC ）

稀硫酸 A

稀硫酸 B

硫酸铜溶液

乙醇水溶液

D

铜 G 银 铜 G 锌 铜 G 锌 铜 G 锌 3、下列烧杯中盛有的都是稀硫酸，其中在铜电极能产生气泡的是（ A ） 锌 铜 银 铜 银 铜 锌 铜 - 10 - A B C D

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4、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，外电路的电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，d极逐渐溶解，则四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ B ）

A.a>b>c>d B.a>c>d>b C.c>a>d>b D.b>d>c>a 5、埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀速率最慢的是 A.含铁元素较多酸性土壤 C.干燥致密不透气的土壤

B.潮湿疏松的碱性土壤

D.含碳粒较多，潮湿透气的中性土壤

6、下列事实不能用原电池的知识来解释的是

A.轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的锌块 B.镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用 C.铝片不用特殊方法密闭保存

D.锌跟稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后，反应速率加快 7、如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是( )

A．电子由锌通过导线流向铜 B．该装置将电能转化为化学能

C．锌电极发生还原反应 D．铜电极上无气泡产生

解析： 因为番茄中含有酸(即H＋)，可组成原电池。依据原电池的基本 知识，其中Zn作负极，发生氧化反应；Cu作正极，发生还原反应；电子由负极(Zn)通过导线流向正极(Cu)。答案： A

5.教材P44--45页1、2、3、4、5题。

八、配餐作业

A组：

1、根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu的反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以选用的金属材料是：（ D ） A.镁 B.石墨 C.铝 D.铅

1(理科做)、根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu的反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以选用的材料是：（ BD ） A.镁 B.石墨 C.铝 D.铅

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2、X、Y、Z都是金属，把X投入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出， X 与Y组成原电池时，Y为电池负极，X、Y、Z三种金属的活泼性顺序为（ ） A.X>Y>Z B.X>Z>Y C.Y>X>Z D.Y>Z>X

3、用锌片、铜片和硝酸银组成的原电池，正极上发生的反应是 （ ） A.2H++2e- =H2 B.Zn -2e- =Zn2+ C.2H2O+4e-=4OH- D.Ag+e- =Ag 4、一个原电池的总反应的离子方程式是 Zn+Cu2+ =Cu+Zn2+，该反应的原电池的正确组成是（ ）

A.正极：锌，负极：铜，电解质溶液：氯化铜 B.正极：铜，负极：锌，电解质溶液：硫酸 C.正极：铜，负极：锌，电解质溶液：硫酸铜 D.正极：铁，负极：锌，电解质溶液：氯化铜 5、原电池产生电流的本质原因是（ ） A、原电池中溶液能电离出自由移动的离子 B、有两根导线将两个活动性不同的电极连接 C、电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子

D、电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移

6、化学反应中通常伴随着能量变化，下列说法中错误的是( )

A．煤燃烧时将化学能全部转化为热能 B．原电池将化学能转化为电能

C．二次电池充电时将电能转化为化学能 D．镁条燃烧时将部分化学能转化为光能

解析：选A。煤燃烧时，化学能转化为热能和光能。 7、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O，则此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ） A.Ag B.Zn (OH)2 C.Ag2O D.Zn 20

8、下列说法不正确的是( )

A．化石燃料在任何条件下都能充分燃烧

B．化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体 C．直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效果好 D．固体煤变为气体燃料后，燃烧效率更低

B组：

9、已知空气—锌电池的电极反应为：

锌片Zn+2OH- -2e- =ZnO+H2O 石墨 1/2O2+H2O+2e- =2OH-

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据此判断锌片是（ ） A.负极并被氧化

C.正极并被氧化

D.正极并被还原

B.负极并被还原

10、下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是 A.在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多 B.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强 C.甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能 D.将甲乙作电极组成原电池时，甲是负极 11、下列各图所示装置属于原电池的是（ ）

12、有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。将A、D分别投入等浓度盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )

A．D＞C＞A＞B B．D＞A＞B＞C C．D＞B＞A＞C D．B＞A＞D＞C 13、将Al片和Cu片用导线相连，一组插入浓HNO3溶液中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成了原电池，则在这两个原电池中，正极分别为 A.Al片、Cu片 B.Cu片、Al片 C.Al片、Al片 D.Cu片、Cu片 14、从铜、铁及碳棒中选取合适的电极材料设计一个原电池，实现反应3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，则负极为 ，电极反应式为 ，正极应选 ，电极反应式为 。

15、熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某该种电池用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气和CO2的混合气为阴极燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关电池的反应式： 阳极反应式：2CO+2CO32-= 4CO2+4e- 阴极反应式：__________________________ 总电池反应式：__________________________

16、1991年我国首创以铝-空气-海水为能源的新型“海水电池”，该电池以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产生电源。它比干电池能量高20-50倍。

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其总反应式表示为：Al+O2+H2O==Al(OH)3 (1)写出电极反应式： 。 (2)总反应式 。

C组：

17、电工操作规程中 规定不能把铜导线与铝导线连接在一起，其中的化学原理是酸水具有酸性,构原电池,加快铝的腐蚀。

18、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银。有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为 ；正极发生的反应为 ；反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为 19、下列利用原电池原理的是（ ）

A．在空气中金属铝的表面迅速氧化形成保护层 B．白铁（镀锌）表面有划损时，也能组织铁被氧化 C．红热的铁丝与水接触表面形成黑色保护层

D．铁与稀硫酸反应时，加入少量硫酸铜溶液时，可使反应加速

九、教学反思

十、第三课时（习题课讲解、课本P44-46）

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