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化学反应的利用——原电池教学设计一、设计思想本节课的教材选自鲁科版高一年级必修二第二单元《化学反应的利用》第二课时。
原电池是把化学能转化为电能的一种装置，也是化学与能源相联系的很关键的内容，这些知识不但能让学生大开眼界，而且还能让学生感受环境、能源与可持续发展的紧密，所以这部分学习内容要充分尊重也体现以学生为主体的教学理念，调动学生学习的主动性，着眼提高学生的科学素养和人文素养，让学生在探究学习的过程中感受化学学习的乐趣，体会化学学习与日常生产、生活的紧密联系，感悟可持续发展的理念和能源开发的重要性。
本节课的教学，我设计成教师引导学生探讨一个水果电池来引入原电池的内容，这样能激起学生对本节课的好奇心和学习兴趣，也创设教学情境。
本节课教师应特别注重与学生的沟通和交流，努力做好师生互动，增大学生的课堂参与度，让课堂成为学生自主合作设计和自主学习、自主探究的平台，发挥学生的主观能动性，也培养学生的学习能力。
本节课主体部分主要采用“问题引导—动画模拟探究实验—分析讨论—成果展示—得出结论”的学习方法，在实验探究中学习原电池的概念及构成条件、工作原理，让学生体验自主合作探究学习的乐趣所在。
本节的主要任务是带领学生初步学习化学反应的基本原理，认识化学反应中能量转化的基本规律，了解化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用。
电化学是高中化学知识框架的重要组成部分，由于高二学习将会进一步介绍原电池的组成和工作原理，所以本节内容是今后进一步分析原电池的组成和探究其中的原理的基础，它是电化学学习的基础内容也是核心内容，在高考以及高二学业水平测试中占有重要地位。
学习本节内容，既可以加深对氧化还原理论的理解，又能用此原理去解释很多实际生活、工农业生产、科学研究中问题，学好本节知识具有重要的理论和现实意义，为后续较为深入地学习化学电源、燃料电池等打下基础。
三、学情分析由于本校这届学生的生源较差，学习能力一般，本班学生虽有一定化学学习热情，但知识基础比较薄弱，学生学习缺乏主动性和自觉性，加上高一的学生此前从来没有接触电化学部分知识的学习，没有一些相应的知识储备，对原电池的概念、组成条件以及电极反应式、电池反应的书写等相对比较陌生，可能在学习原电池装置上可能会存在较大的困难。
化学反应与能量转化【教学目标】知识目标：1．理解化学反应中能量变化的实质；知道化学键的断裂和形成是能量变化的主要原因。
2．初步学会从微观的角度认识化学反应。
3．通过对铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理。
4．判断原电池的正负极和电极反应的书写。
能力目标：1．学会从微观的角度认识化学反应中能量变化的实质。
2．通过对铜锌原电池的分析，了解实验研究和理论研究在科学探究方面的意义。
3．在学习过程中，学会运用观察、分析、迁移等思维方法来建构新的概念。
情感态度和价值观：1．体会思考带给人的愉快情感体验，感悟化学学科学习的乐趣。
2．养成良好的实事求是的科学态度。
3．关注与化学有关的社会热点问题和科技前沿问题，增强环境保护意识，逐步形成可持续发展的思想。
【教学重点】1．化学反应中能量变化的实质。
2．原电池的概念、原理、组成及应用。
【教学难点】1．从微观的角度认识化学反应中能量变化的实质2．通过对原电池实验的研究，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。
【教学方法】采用探究式学习方式：提出问题→明确任务→制定计划→进行实验→收集证据→解释与结论→反思与评价→表达与交流【教学准备】1．学生：按每4名同学为一组进行分组，以小组为单位预习探究实验，了解实验的主要目的与具体步骤；2．教师：准备多媒体教学设备及探究实验的仪器和药品。
【教学过程】第一课时【引入】嫦娥一号奔月是什么产生的能量把火箭推向天空？【提问】上节课学习了化学反应过程中，物质变化的实质是旧化学键的断裂和新化学键的生成，请同学们分析以下两个反应中化学键变化的情况：2H2+O22H2O2H2O2H2↑+O2↑【过渡】我们研究化学反应就是要很好地利用化学反应，不仅仅可以利用化学反应制取新物质，还可以利用化学反应过程中的能量。
比如：远古时期的人通过钻木取火，并利用燃烧放出的能量烧烤食物、取暖；当今社会，煤、石油、天然气是主要能源。
课时2化学反应能量转化的重要应用——化学电池目标与素养：1.理解原电池的构成和工作原理，知道如何设计原电池。
(科学探究)2.了解常见的化学电源。
(社会责任)一、初识氢氧燃料电池负极反应：2H2－4e－===4H＋。
正极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。
此装置中的能量变化：化学能转化为电能。
稀硫酸的作用：传导电荷，导线的作用：传导电子。
二、设计原电池(以Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑为例)1．设计思路Zn为还原剂，金属锌可作为负极反应物；H＋为氧化剂，可作为正极反应物，由稀盐酸或稀硫酸作为电解质溶液提供，正极材料应选不与H＋直接发生反应的导体充当，如金属铜、石墨等。
2．实验装置示意图现象：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表指针偏转。
结论：导线中有电流通过，此装置中化学反应由化学能转化为电能。
三、原电池1．概念：利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。
2．构成条件理论上，自发的氧化还原反应均可设计构成原电池。
具体条件是(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；(2)溶液：两电极均插入电解质溶液中；(3)导线：两极用导线相连，形成闭合回路。
3．常见电池(1)干电池：又称一次电池，如锌锰电池。
(2)充电电池：又称二次电池，如铅蓄电池。
(3)燃料电池的优点：其能量转换效率高，对环境无污染。
微点拨：(1)原电池中电极不一定参加化学反应，如氢氧燃料电池中电极不参加反应。
(2)金属K、Na、Ca活泼性强，不作原电池电极。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)原电池是电能转化为化学能的装置。
()(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。
()(3)原电池中外电路中的电子的流向是由正极流向负极。
()(4)原电池工作时，负极发生氧化反应。
()(5)蓄电池是常见的一次电池。
()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√(5)×2．关于化学反应中的能量变化，下列说法不正确的是()A．化学反应中的能量变化，除热能之外，还可以是光能、电能B．化学反应中的能量变化，服从能量守恒定律C．燃料电池工作时，化学能转变为电能D．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量D[在吸热反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，在放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量。
新教材鲁科版高中化学必修第二册精品教学案
第二章第二节第2课时化学反应能量转化的重要应用——化学电
池
课程标准
核心素养
原电池的工作原理
1．现在，化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一，各式各样的化学电池的发明也是化学科学对人类的一个重大贡献。
化学电池是根据原电池原理制成的。
2．原电池——化学能转化为电能
原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。
3．初识氢氧燃料电池
如图是一个简易的氢氧燃料电池的实验装置示意图。
用图a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验。
(1)在图b所示装置中，氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，其中氢气分子中的氢原子在左侧石墨电极上失去电子，氢气作为电池的负极反应物；氧气分子中的氧原子在右侧石墨电极上得到电子，氧气作为电池的正极反应物。
稀硫酸中存在的自由移动的离子起到传导电荷的作用，导线起到传导电子的作用。
(2)物理学认为，在一个有电源的闭合回路中，产生电流的原因是电源给用电器提供了电势差。
简易氢氧燃料电池能够给用电器提供电势差，是由于在两个石墨电极上有得失电子能力不同的物质——氢气和氧气；当形成闭合回路时，便会产生电流。
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第二章第二节化学反应与能量转化第二课时化学电池1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理。
2.能分析简单原电池的工作原理，能辨识原电池的构成要素。
并能设计简单的原电池。
原电池的工作原理和构成要素；原电池电极材料和电解质溶液的选择。
1.根据能量变化，可将化学反应分为和。
2.破坏化学键吸收的能量大于形成化学键释放的能量的反应为反应，反应物的总能量生成物的总能量。
3.破坏化学键吸收的能量小于形成化学键释放的能量的反应为反应，反应物的总能量生成物的总能量。
二、化学反应能量转化的重要应用——化学电池【观察思考】观察“简易氢氧燃料电池的实验”思考完成以下问题：（1）简易氢氧燃料电池是如何将化学能转化成电能的？（2）组装电池需要满足哪些基本条件？氢氧燃料电池中发生的反应为：。
氢分子中的氢原子在石墨电极上电子，氢气作为电池的；氧气分子中的氧原子在石墨电极上得到电子，氧气作为电池的；稀硫酸中存在的自由移动的离子起到的作用，导线起到的作用。
简易氢氧燃料电池能够给用电器提供电势差，是由于在两个石墨电极上有不同的物质——氢气和氧气。
【总结】1.原电池的基本工作原理是和分别在两个不同的区域发生氧化反应和还原反应，并通过形成闭合回路产生电流。
其中，在负极上电子，是负极反应物；在正极上电子，是正极反应物；电极材料（如石墨电极）通常是。
此外，还要有能传导电荷的作为离子导体；而导线则作为，起到传导电子形成闭合回路的作用。
2.原电池的构造：（1）；（2）；（3）；（4）；【交流研讨】生活中平常使用的 5 号电池或7 号电池都是锌锰干电池。
锌锰干电池分为酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池两种。
酸性锌锰干电池的组成如图所示。
请根据原电池原理和构造思考以下问题。
在酸性锌锰干电池中，负极反应物是，正极反应物分别是。
负极材料是，正极材料是。
离子导体是。
【活动探究】小组合作，根据要求设计一个简单的原电池（1）尝试分析如图2-2-12 所示的原电池的工作原理。
第二节 化学能与电能 第1课时 化学能转化为电能一、能源与火力发电 1．一次能源和二次能源(1)一次能源：直接从自然界取得的能源。
如太阳能、风能、地热能、水力、潮汐、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。
(2)二次能源：一次能源经过加工，转换得到的能源。
如电能、蒸汽能、机械能等。
2．火力发电——化学能间接转化为电能 (1)火力发电的原理首先通过化石燃料燃烧，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。
(2)能量转换过程化学能――→燃烧热能――→蒸汽机械能――→发电机电能(3)火力发电的弊端①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。
②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。
③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO 2、CO 、NO 2、粉尘等)，污染环境。
火力发电是通过氧化还原反应将化学能转化为电能的一种间接方式，在其过程中，燃烧是使化学能转化为电能的关键。
例1 下列叙述不正确的是( c )A ．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B ．电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源C ．火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程D ．在火力发电过程中，化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化 二、原电池——化学能直接转化为电能 1．实验探究2.原电池的概念原电池是将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。
3．原电池的构成条件理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。
具体条件是：(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。
(2)溶液：两电极均插入电解质溶液中。
(3)导线：两电极用导线相连，形成闭合回路。
4．原电池的工作原理(1)分析下图并填空原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；(2)能量转化：化学能转变为电能。
5．原电池工作原理的应用(1)比较金属活动性原电池中，作负极的金属活动性一般比作正极的金属活动性强。
(2)改变化学反应速率如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。
(3)设计原电池如：把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。
例2如图所示装置能够组成原电池的是________________________________。
其他不能构成原电池的说明理由：______________________________________。
答案EFGA装置的两个电极的活泼性相同，电子不会流动形成电流；B装置为非电解质溶液，不能发生氧化还原反应；C装置电解质溶液在两个分开的装置中，不成形成闭合回路；D装置无导线连接电极，不能形成闭合回路。
它们均不能构成原电池思维启迪原电池的判定方法：一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。
例3如图所示电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()A．B极为原电池的正极B．A、B、C分别可以为Zn、Cu和稀盐酸C．C中阳离子向A极移动D．A极发生氧化反应答案 C解析原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。
例4某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是()答案 C解析将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆开两个半反应：氧化反应(负极反应)：Zn－2e－===Zn2＋。
还原反应(正极反应)：Cu2＋＋2e－===Cu。
则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中含Cu2＋。
方法技巧——设计原电池的方法(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
(2)选择合适的材料①电极材料：电极材料必须导电。
负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。
2．(2017·北京101中学期中)下列设备工作时，将化学能转化为电能的是()答案 A解析A项，锂离子电池是把化学能转化为电能，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能，故错误；C项，燃烧是放热反应，是把化学能转化为热能，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能，故错误。
3．(2017·湖南郴州适应性测试)如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是()A．电子由铜通过导线流向锌B．该装置是将电能转化为化学能的装置C．锌电极发生氧化反应D．电流由锌通过导线流向铜答案 C解析A项，铜作正极，锌作负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌作负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。
4．下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是()A．①②③④B．④②①③C．③①②④D．②①③④答案 B解析③中的锌作负极，腐蚀速率最快；④中的锌与外界不接触，腐蚀速率最慢；②中的锌作正极，腐蚀速率比①中的锌要慢；因此腐蚀速率由慢到快的顺序为④②①③，故B正确。
5．在铜锌原电池中(如下图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为_____极，电极上发生的是_______(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_________________________。
锌片上观察到的现象为______________________________________________；铜为____极，电极上发生的是______(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式________；铜片上观察到的现象为_____________________________________________________，原电池总反应的离子方程式为_______________________________________________。
答案负氧化Zn－2e－===Zn2＋锌片溶解正还原Cu2＋＋2e－===Cu铜极变粗Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu2．下面是有关各种形式能量的相互转化途径的叙述，其中错误的是()A．家庭液化气灶将化学能转变为热能B．灯泡将电能全部转变为光能C．光合作用将光能转变为化学能D．太阳能电池将光能转变为电能答案 B解析灯泡除了将电能转变为光能之外，还转变为热能等其他形式的能。
题组二化学能转化为电能3．如图所示各装置中，不能构成原电池的是(烧杯中所盛液体都是稀硫酸)()答案 D解析原电池的形成条件包括活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行氧化还原反应。
对图示各个装置进行观察，发现只有D不能形成闭合回路，因此不能形成原电池。
4．下列关于原电池的叙述，正确的是()A．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活泼性不同的金属B．原电池是将化学能转变为电能的装置C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极答案 B解析构成原电池的正极和负极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是导电的非金属(如石墨棒)和金属，A错误；原电池是将化学能转变为电能的装置，B正确；在原电池中，负极上发生失去电子的氧化反应，正极上发生得到电子的还原反应，所以电子从负极沿导线流向正极，C 错误；原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，则电流的方向是从正极到负极，D 错误。
5．(2017·湖北部分重点中学期末联考)某实验兴趣小组按下图装置实验后，所记录内容合理的是()A.②③④ B ．①②④⑥ C ．①②④⑤ D ．②③⑤⑥答案 B解析 ①Zn 比Cu 活泼，Zn 为负极，Cu 为正极，故正确；②铜为正极，发生反应：Cu 2＋＋2e －===Cu ，铜极质量增大，故正确；③原电池工作时，阴离子向负极移动，故错误；④电子由负极流向正极，即电子由Zn 电极流向Cu 电极，故正确；⑤Zn 电极发生氧化反应，故错误；⑥正极发生还原反应，电极反应方程式为Cu 2＋＋2e －===Cu ，故正确。
综上所述，B 正确。
6．人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式：Zn ＋2OH －－2e －===ZnO ＋H 2O ，Ag 2O ＋H 2O ＋2e －===2Ag ＋2OH －。
据此判断氧化银是( ) A ．负极，被氧化 B ．正极，被还原 C ．负极，被还原D ．正极，被氧化答案 B解析 电池的电极反应式：Zn ＋2OH －－2e －===ZnO ＋H 2O ，Ag 2O ＋H 2O ＋2e －===2Ag ＋2OH －，从中可以看出锌的化合价升高，所以锌为负极，被氧化，而氧化银中的银化合价降低，被还原，故氧化银为正极，被还原，故B 符合题意。
7．(2017·武汉高一检测)如图将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中，发生原电池反应，下列叙述错误的是( )A ．溶液的pH 增大B ．溶液中的Zn 2＋浓度增大C ．溶液中的SO 2－4浓度增大D ．溶液的密度增大答案 C解析 A 项，氢离子浓度降低，溶液的pH 增大，正确；B 项，锌不断溶解,溶液中的Zn 2＋浓度增大，正确；C 项，由于在反应过程中溶液中SO 2－4没有参加反应，所以溶液中c (SO 2－4)不变，错误；D 项，原电池放电时，溶液由硫酸溶液逐渐变成硫酸锌溶液，所以溶液的密度增大，正确。
8.如图所示装置，电流表指针发生偏转，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( )A ．A 是Zn ，B 是Cu ，C 为稀硫酸 B ．A 是Cu ，B 是Zn ，C 为稀硫酸 C ．A 是Fe ，B 是Ag ，C 为稀AgNO 3溶液D ．A 是Ag ，B 是Fe ，C 为稀AgNO 3溶液 答案 D解析 A 极逐渐变粗，说明A 极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A 极上析出；B 极逐渐变细，说明B 极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。
A 和B 两项中的反应为Zn ＋H 2SO 4===ZnSO 4＋H 2↑，则A 项A 极变细，B 项A 极不变；C 和D 两项中的反应为Fe ＋2AgNO 3===2Ag ＋Fe(NO 3)2，其中C 项A 极变细，D 项A 极变粗。
