【單元導(dǎo)讀】第一單元-原電池【化學(xué)人教版高中(新課標(biāo))】

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一單元原電池一、單元概覽一、單元概覽本單元通過對原電池的學(xué)習(xí)，繼續(xù)發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，重點(diǎn)發(fā)展“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。核心素養(yǎng)發(fā)展重點(diǎn)內(nèi)容要求學(xué)業(yè)要求變化觀念與平衡思想認(rèn)識到化學(xué)能能夠轉(zhuǎn)化成電能，并能利用這種能量轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)能量的儲存和再利用以及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。能在宏觀、微觀層面分析化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的原理。1.認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用。2.了解原電池及常見化學(xué)電源的工作原理。1.能分析、解釋原電池的工作原理，能設(shè)計(jì)簡單的原電池。2.能列舉常見的化學(xué)電源，并能利用相關(guān)信息分析化學(xué)電源的工作原理。3.能舉例說明化學(xué)在解決能源危機(jī)中的重要作用，能分析能源的利用對自然環(huán)境和社會發(fā)展的影響。4.能綜合考慮化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化來分析、解決實(shí)際問題，如煤炭的綜合利用、新型電池的開發(fā)等。證據(jù)推理與模型認(rèn)知構(gòu)建對化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的原理和裝置的認(rèn)識模型，并能基于該認(rèn)識模型分析陌生的化學(xué)電池的工作原理、設(shè)計(jì)電池，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化或物質(zhì)轉(zhuǎn)化?？茖W(xué)態(tài)度與社會責(zé)任能從能源利用率、環(huán)境保護(hù)等角度綜合考慮，提出利用化學(xué)變化實(shí)現(xiàn)能量儲存和釋放的有實(shí)用價值的建議。單元整體設(shè)計(jì)構(gòu)思：本單元主要討論化學(xué)反應(yīng)與電能的有關(guān)問題，從而完整、全面地落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)中選擇性必修1的主題1“化學(xué)反應(yīng)與能量”的教學(xué)內(nèi)容和要求。在單元編排方面，注重理論與實(shí)際的緊密聯(lián)系，一方面通過分析和說明電化學(xué)裝置（原電池）及其工作原理，揭示其中的化學(xué)能與電能的聯(lián)系；另一方面通過常見的化學(xué)電源、電解、電鍍、電冶金和金屬腐蝕與防護(hù)等教學(xué)內(nèi)容，將上述化學(xué)反應(yīng)原理應(yīng)用于科研、生產(chǎn)和生活之中。本單元整體構(gòu)思如下。單元教學(xué)目標(biāo)：（1）能運(yùn)用原電池思維模型分析其工作原理，體會變化與守恒思想。（2）形成并應(yīng)用原電池工作原理的認(rèn)識模型；知道原電池的構(gòu)成要素，并能從其分析解決原電池的設(shè)計(jì)問題。（3）認(rèn)識常見化學(xué)電池的工作原理和不同類化學(xué)電源的特點(diǎn)；學(xué)會復(fù)雜電極反應(yīng)方程式書寫的方法。（4）體會環(huán)境中氧氣在空氣電池中的作用；體會設(shè)計(jì)電池過程中，原理與技術(shù)的應(yīng)用；鞏固分析原電池相關(guān)問題的角度和思路。3.課時安排：建議3課時二、情境與任務(wù)二、情境與任務(wù)情境：汽車等機(jī)動車往往需要配備電池，人造衛(wèi)星、宇宙飛船等必須攜帶電池，人們在日常生活中也經(jīng)常要使用電池……這些足以說明電池的重要作用。現(xiàn)在，為滿足人們生產(chǎn)和生活水平不斷提高的需要，性能優(yōu)異的新型電池相繼出現(xiàn)，例如，比亞迪汽車公司使用磷酸鐵鋰電池可以滿足“充電一小時，續(xù)航500公里”等。那么，電池究竟是一種什么樣的裝置？它們在工作時，裝置中發(fā)生了什么變化？在生產(chǎn)實(shí)踐中，人們是如何利用電能的呢？離子交換膜在電化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用如何？任務(wù)及任務(wù)分解：課時任務(wù)第1課時【任務(wù)一】探究電流產(chǎn)生的秘密——原電池的構(gòu)成條件【任務(wù)二】探究如何產(chǎn)生穩(wěn)定的電流——原電池工作原理【任務(wù)三】應(yīng)用認(rèn)知模型解決問題——隔膜型原電池第2課時【任務(wù)一】認(rèn)識一次電池——干電池【任務(wù)二】認(rèn)識二次電池——鉛蓄電池【任務(wù)三】認(rèn)識燃料電池【任務(wù)四】廢舊電池的回收問題第3課時【任務(wù)一】鹽水小汽車電池工作原理分析【任務(wù)二】認(rèn)識不同的汽車動力電池【任務(wù)三】認(rèn)識鋰電池發(fā)展史【任務(wù)四】二次鋰離子電池的工作原理問題以及廢舊鋰離子電池的回收問題三、三、資源與支持訓(xùn)練1．從能量轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)引出鋅銅原電池裝置學(xué)生已經(jīng)知道，把銅片和鋅片置于稀硫酸中并用導(dǎo)線連接起來可以獲得電流。必修階段的教學(xué)要求是“以原電池為例，認(rèn)識化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度初步認(rèn)識原電池的工作原理”，所以，在教學(xué)中教師引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)關(guān)注的是電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而對于其中的電流不穩(wěn)定、溶液溫度升高等現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因并沒有進(jìn)行探討。在本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，教師可利用該實(shí)驗(yàn)引入，并用溫度計(jì)測量反應(yīng)過程中溶液的溫度變化。實(shí)驗(yàn)中注意引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注負(fù)極表面的變化及電流的穩(wěn)定性，以獲得該體系中化學(xué)能沒有完全轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。圍繞此實(shí)驗(yàn)，可組織學(xué)生討論以下問題。（1）該裝置中發(fā)生了哪些能量轉(zhuǎn)化？（2）在正極、負(fù)極上分別發(fā)生了什么反應(yīng)？（3）電流是否衰減？如果是，衰減的原因可能是什么？（4）你能否設(shè)計(jì)防止電流衰減的裝置？在評價學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，教師可以演示教材中的實(shí)驗(yàn)4－1，幫助學(xué)生明確鋅銅原電池中各組成部分的功能，梳理鋅銅原電池的工作原理。2．精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動，助力原電池思維模型的建構(gòu)與應(yīng)用在必修階段，學(xué)生對原電池往往會存在很多模糊認(rèn)識。例如，負(fù)極材料必須參與電極反應(yīng)，鋅與稀硫酸接觸引發(fā)了電池反應(yīng)才產(chǎn)生電流等。教學(xué)中可結(jié)合實(shí)物、圖畫或?qū)嶒?yàn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，組織學(xué)生開展分析解釋、推理預(yù)測、設(shè)計(jì)評價等學(xué)習(xí)活動，轉(zhuǎn)化認(rèn)識偏差，促使學(xué)生認(rèn)識到電極反應(yīng)、電極材料、離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體是原電池構(gòu)成的基本要素，逐步建立系統(tǒng)分析原電池的思路。（1）完善原電池思維模型可以讓學(xué)生觀察教材中給出的鋅銅原電池裝置，預(yù)測該裝置能否產(chǎn)生電流，并說明原因。之后讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證預(yù)測，同時結(jié)合教材中的第一個“思考與討論”中的問題，梳理鋅銅原電池的工作原理，如圖4－1所示。圖4－1鋅銅原電池的工作原理示意圖明確鋅銅原電池的工作原理后，可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合第二個“思考與討論”中的問題進(jìn)行抽象概括，歸納出原電池裝置中各組成要素的功能，將構(gòu)成原電池的四要素進(jìn)行有序關(guān)聯(lián)，結(jié)合本章“整理與提升”的內(nèi)容，建立對原電池工作過程動態(tài)的系統(tǒng)分析思路，如圖4－2所示。由此完成原電池思維模型的建構(gòu)。圖4－2原電池工作原理示意圖（2）應(yīng)用思維模型，分析或設(shè)計(jì)原電池可以參考如下教學(xué)活動。活動一：展示教材中的氫氧燃料電池工作原理示意圖，讓學(xué)生分析該燃料電池的工作原理，認(rèn)識質(zhì)子交換膜的作用，培養(yǎng)他們的遷移能力?；顒佣赫故綨Ox傳感器的工作原理示意圖（如圖4－3），分析電極反應(yīng)，建立原電池裝置與電極反應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)，認(rèn)識原電池原理在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化、檢測NOx等解決實(shí)際問題中的應(yīng)用。圖4－3NOx傳感器工作原理示意圖活動三：依據(jù)反應(yīng)2Fe3+＋2I－＝I2＋2Fe2+，設(shè)計(jì)原電池，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，并概括設(shè)計(jì)原電池的一般思路，即：分析氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)→與電極反應(yīng)相對應(yīng)→選擇電極材料→選擇正極區(qū)、負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液?；顒铀模航Y(jié)合教材中的“研究與實(shí)踐”，布置課外活動。這些活動，對于學(xué)生理解并運(yùn)用原電池的思維模型具有重要的作用。3．剖析化學(xué)電源，認(rèn)識電池構(gòu)成的四要素，體會變化與守恒思想在日常生活中，化學(xué)電源比比皆是。如何讓學(xué)生將所學(xué)習(xí)的原電池原理應(yīng)用于各種化學(xué)電源呢？教學(xué)中可設(shè)計(jì)解構(gòu)鋅錳電池的活動：由學(xué)生解剖一款干電池，觀察電池內(nèi)部各物質(zhì)的性狀，與構(gòu)成原電池的四要素進(jìn)行一一對應(yīng)，推測電極反應(yīng)，并通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。再展示教材中堿性鋅錳電池的構(gòu)造示意圖，讓學(xué)生分析該電池各組成部分的功能及產(chǎn)生電流的原因，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用原電池思維模型分析、解決實(shí)際問題的能力。在進(jìn)行書寫電極反應(yīng)與電池反應(yīng)的教學(xué)時，要注意挖掘其中蘊(yùn)含的變化與守恒思想?？山Y(jié)合教材中的“方法導(dǎo)引”欄目，同時引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注介質(zhì)對電極產(chǎn)物的影響。例如，氫氧燃料電池（電解質(zhì)溶液為堿性）電極反應(yīng)的分析思路為：先確定電極上的反應(yīng)物和產(chǎn)物，再依據(jù)化合價的變化確定得到或失去的電子數(shù)目，然后根據(jù)電子得失守恒書寫總反應(yīng)。具體來說，H2在負(fù)極上失去電子生成H＋，H＋與電解質(zhì)溶液中的OH－結(jié)合生成H2O，所以負(fù)極反應(yīng)為H2－2e－＋2OH－＝2H2O，而不能書寫為H2－2e－＝2H＋；O2在正極上得到電子，正極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O＝4OH－；因?yàn)镠2在負(fù)極失去電子的數(shù)目等于O2在正極得到電子的數(shù)目，所以電池總反應(yīng)為2H2＋O2＝2H2O。建議在進(jìn)行化學(xué)電源（如堿性鋅錳電池、鉛酸蓄電池、甲烷燃料電池等）的教學(xué)時，采用多種教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的正向和逆向思維，以強(qiáng)化變化與守恒思想。例如，可給出化學(xué)電源，讓學(xué)生書寫電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)，也可給出電池總反應(yīng)，由學(xué)生分析其正極、負(fù)極及所發(fā)生的電極反應(yīng)。4．介紹電