一.教材分析及教學策略
教育心理學家奧蘇伯爾說:“假如讓我把全部教育心理學僅歸納為一條原理的話,那么我將一言以蔽之曰:影響學習的重要的因素,就是學習者已經(jīng)知道了什么?要探明這一點,并應據(jù)此進行教學。”
教材的第一章著重研究了化學能與熱能的關系,本章則著重研究化學能與電能的關系,均屬于熱力學研究的范疇。通過以前章節(jié)的學習,學生已經(jīng)掌握了能量守恒定律、化學反應的限度、化學反應進行的方向和化學反應的自發(fā)性、以及原電池的原理等理論知識,為本節(jié)的學習做好了充分的理論知識準備。化學電池是依據(jù)原電池原理開發(fā)的具有很強的實用性,和廣闊的應用范圍的技術產(chǎn)品。本節(jié)的教學是理論知識在實踐中的延伸和拓展,將抽象的理論和學生在日常生活中積累的感性體驗聯(lián)系起來,幫助學生進一步的深入認識化學電池。
現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展也帶動了電池工業(yè)的進步,各種新型的電池層出不窮。教材選取具有代表性的三大類電池,如生活中常用的電池(堿性鋅錳電池)、二次電池(鉛蓄電池)、和在未來有著美好應用前景燃料電池。簡介了電池的基本構造,工作原理,性能和適用范圍,引出了“活性物質”,比能量,比功率自放電率,記憶效應,等概念。同時向學生滲透綠色環(huán)保的意識。
學生在日常的生活中經(jīng)常接觸到各種電池,對他們的性能有一定的感性認識并且具備了一定的理論知識。本節(jié)課的教學計劃采取由學生分組進行課前準備,各組同學通過查閱資料,搜集信息就某一類電池的結構,性能,反應原理,應用范圍,優(yōu)缺點進行分析歸納,并指派一位同學進行發(fā)言,其他同學對其發(fā)言進行評價。期望通過這種方式培養(yǎng)學生的自主學習能力,信息搜集處理能力及團隊合作精神。教師做好引導,協(xié)調(diào),充分調(diào)動每一個學生的積極性,激發(fā)他們的興趣鼓勵他們敢于發(fā)表自己的看法,真正使學生成為課堂的主人和主體。
教學重點:電池,二次電池,燃料電池的反應原理,性能及其應用
教學難點:化學電池的反應原理
二.教學過程
【課前準備】
學生預習本節(jié)教材內(nèi)容,并組成學習小組分別搜集有關電池、二次電池、燃料電池的材料。將各類電池的結構特點、反應原理、性能、以及適用范圍進行歸納總結。以此培養(yǎng)學生的自主學習能力,信息收集處理能力和合作精神。
【導入新課】
在前面的課程中,我們已經(jīng)學習過化學反應與能量的變化的知識。我們知道化學能可以直接的轉化為熱能、電能等其他的能量形式,在上一節(jié)課中我們學習的“原電池”就是將化學物質的化學能直接轉化為電能的裝置,下面我們一起回顧有關原電池的知識。
【復習回顧】
1.構成原電池的條件
構成前提:有一個能夠自發(fā)進行的氧化還原反應
構成條件:有兩個活性不同的電極
有電解質溶液
構成了閉合回路
2.原電池的原理(以Cu-Zn原電池為例)
負極:Zn–2e-=Zn2+發(fā)生氧化反應
正極:2H++2e-=H2發(fā)生還原反應
【過渡】
原電池裝置盡管能夠將化學能直接轉化為電能,但是能量轉化效率太低,而且缺乏實用性。我們現(xiàn)在使用的各種化學電池都是科技人員在原電池這一理論模型的基礎之上,在不斷的實踐中應用各種不同的材料和技術設計出的具有更高的能量轉化效率、供能穩(wěn)定可靠、電容量大、工作壽命長、使用維護方便的各種實用電池。各種化學電池的性能也不盡相同,如何判斷一種電池性能是否優(yōu)劣下面我們請各組發(fā)言同學上臺為大家介紹常見的各類電池。同學們注意對比不同電池的結構、性能、反應原理、和使用范圍。
【學生活動】
1學生代表上臺介紹一種電池(堿性鋅錳電池)的基本構造、反應原理、以及主要的性能、使用范圍,應用前景等方面的知識。
2其他同學就其發(fā)言進行評價、交流、提出問題,發(fā)言同學及其合作小組成員負責解答。教師進行引導
【教師小結】教師就電池(堿性鋅錳電池)進行小結
堿性鋅錳電池比酸性堿性鋅錳電池存放時間較長,電壓穩(wěn)定。
電極反應:
負極:Zn(s)+2OH-(aq)-2e-=Zn(OH)2(S)
正極:2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-=2MnOOH(s)+2OH-(aq)
總反應:Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)=2MnOOH(s)+Zn(OH)2(S)
【學生活動】
1學生代表上臺介紹一到兩種二次電池(鉛蓄電池,鋰離子電池)的基本構造、反應原理、以及主要的性能、使用范圍,應用前景等方面的知識。
2其他同學就其發(fā)言進行評價、交流、提出問題,發(fā)言同學及其合作小組成員負責解答。教師進行引導
【教師小結】教師就二次電池(鉛蓄電池)進行小結
鉛蓄電池在所有二次電池中可充電次數(shù)多,電壓穩(wěn)定,使用方便,安全可靠,價格低廉在生產(chǎn)生活中有廣泛的應用。鉛蓄電池的主要缺點是“比能量”低,笨重,廢棄后會污染環(huán)境。
電極反應:(放電時)可以自發(fā)進行
負極:Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)
正極:PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=PbSO4(s)+2H2O(l)
總反應:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
電極反應:(充電時)不能自發(fā)進行
陰極:PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)
陽極:PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)
總反應:2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
【學生活動】
1學生代表上臺介紹一到兩種燃料電池(氫氧燃料電池,甲醇燃料電池)的基本構造、反應原理、以及主要的性能、使用范圍,應用前景等方面的知識。
2其他同學就其發(fā)言進行評價、交流、提出問題,發(fā)言同學及其合作小組成員負責解答。教師進行引導
【教師小結】教師就燃料電池(氫氧燃料電池)進行小結
燃料電池的能量轉換效率超過80%,遠高于普通的燃燒反應,而且排放的廢棄物也很少,有利于節(jié)能減排。燃料電池在未來有著廣闊的應用前景。
【教材分析】
本節(jié)是人教版化學必修一第二章《化學反應與能量》的第二節(jié),在學習了《化學能與熱能》一節(jié)之后,學生已經(jīng)通過實驗探究,了解了化學能與能量的變化的本質原因和宏觀能量轉化關系,并且知道了常見的放熱反應和吸熱反應。知道化學能可以通過化學反應與其他形式的能量之間轉化。對于如何使化學能轉化為電能有著強烈的好奇心和探索意識,為本節(jié)《化學能與電能》的學習打下了基礎。
由于新課標“螺旋式上升”教學思路,必修模塊和選修模塊均安排了“化學能與電能”的教學,但在必修部分,只要求掌握原電池的定義、工作原理和形成條件。本節(jié)利用《電池的起源》視頻引起學生對于原電池組成的興趣與質疑,引導學生利用實驗進行探究。并通過師生討論、小組討論以及實驗探究,發(fā)現(xiàn)形成原電池的條件,激發(fā)學生興趣。
【教學目標】
1、知識與技能:
理解原電池的概念,理解原電池原理及其形成條件
2、過程與方法:
通過實驗探究和分析實驗現(xiàn)象,培養(yǎng)學生獨立解決問題、發(fā)現(xiàn)問題的能力。
通過實驗探究培養(yǎng)學生主動探索科學規(guī)律的精神
3、情感、態(tài)度與價值觀
通過《電池起源》的學習,培養(yǎng)學生的質疑精神和廣泛學習的科學習慣。
經(jīng)歷探究過程,提高學生的創(chuàng)新思維能力,勇于探索問題的本質特征,體驗科學過程。
【教學重點】
原電池概念、工作原理、形成條件和電極方程式的書寫。
【教學難點】
原電池的工作原理和電極方程式的書寫。
【教學方法】
啟發(fā)探究,實驗探究,小組討論,練習歸納,實踐應用
【教學過程】
【視頻導入】《電池的起源》
1780年,意大利科學家加伐尼發(fā)現(xiàn),用兩種金屬線連接死青蛙,蛙腿仍會抽搐。受到電鰻等放電生物的影響,他認為這是“生物電”。但同是意大利的科學家伏打質疑,電流時試驗中的金屬線產(chǎn)生的,于是,他用蘸了鹽水的濕布替換了青蛙,也產(chǎn)生了電流。根據(jù)這個實驗原理,伏打設計了第一個電池——伏打電堆。