高一化学专题2《化学反应与能量转化》教材分析苏教版

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高一化学专题2《化学反应与能量转化》教材分析苏教版

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高一化学专题2《化学反应与能量转化》教材分析苏教版


一、课程标准分析
1.内容标准
⑴知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
⑵通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。
⑶举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。
⑷认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
⑸通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度,了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
2.活动与探究建议
⑴查阅资料:化学能转化为热能、电能在生产、生活中的应用。
⑵实验:中和反应与中和热的测定。
⑶实验:用生活中的材料制作简易电池。
⑷市场调查:不同种类电池的特点、性能与用途。
⑸实验探究:温度、催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响。
⑹设计实验:证明某些化学反应的可逆性。
二、各个单元教学深广度建议
第一单元  化学反应速率与反应限度
基本要求
①了解化学反应速率及其简单计算。
②认识影响化学反应速率的因素,并能解释有关现象。
③认识可逆反应的进行有一定的限度。
④知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
⑤了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
发展要求
① 知道影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质。
②从化学反应速率的角度初步理解化学平衡。知道在一定条件下的可逆反应,其反应物和生成物可以在反应体系中共存,理解反应进行有一定的限度,并能解释一些简单的问题。
注意事项
暂不宜拓展:
①比较用不同物质表示的化学反应速率大小。
②化学平衡状态的特征和影响化学平衡的因素。
③可逆反应有关转化率的计算。
第二单元  化学反应中的热量
基本要求
①通过生产和生活中的一些实例,了解化学能可以转化为热能、电能、光能等。
②通过实验得出吸热反应和放热反应的概念,并从化学反应中反应物的总能量与生成物的总能量的变化理解概念。
③知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
④初步学习热化学方程式的书写,并能进行一些简单的能量变化计算。
⑤了解提高燃料的燃烧效率的方法,合理利用化石燃料,减少燃料对环境的污染,认识开发高能清洁燃料的重要性。
发展要求
①利用网络等工具进一步认识能源是国民经济发展和人民生活所必需的重要物质基础
②初步了解化学键的键能与反应中能量变化的关系。
③知道可逆反应中正、逆反应能量变化之间的关系。
注意事项
暂不宜拓展:
①燃烧热、中和热等概念。
②盖斯定律。
第三单元  化学能与电能的转化
基本要求
①通过对铜-锌原电池的实验探究,认识化学能转化为电能的装置,初步认识原电池反应的原理,并能正确书写电极反应。
②了解常见的化学电源以及它们在生产、生活等方面的应用
③通过对电解CuCl2溶液的实验探究,认识电能转化为化学能的装置,初步认识电解反应原理,并能正确书写电极反应式。
发展要求
①指导学生利用原电池原理设计一些简单的化学电池。
②对氢氧燃料电池的正负电极、电子的流向作出判断,并能书写电极反应和总反应。
③认识电解原理在电解饱和食盐水、电解氧化铝、电镀和铜的电解精炼中的应用,了解可用电解法制备一些活泼金属和非金属单质。
注意事项
①对构成原电池的条件只作简单了解。
②对电解反应中离子在电极上的放电顺序不作要求。
③对除氢氧燃料电池之外的各种实用化学电源的反应原理不作补充讲解。
第四单元  太阳能、生物质能和氢能的利用
基本要求
①了解化石燃料的不可再生性及其给环境带来的问题。
②简单了解太阳能、生物质能、氢能利用的现状。
③认识开发利用太阳能、生物质能、氢能的重要性和迫切性。
发展要求
①了解现阶段的能源危机以及现阶段主要使用的能源对环境的主要影响。
②通过网络搜索等手段进一步了解太阳能、生物质能、氢能的开发利用前景。
注意事项
①太阳能、生物质能、氢能的开发利用以常识性介绍为主,不宜进行技术细节上的拓展。
②通过本单元学习,立足于现代生活和未来发展的需要,激发学生的求知欲望。
三、课时分配建议——14课时
单元名称
内  容
建议课时
第一单元  化学反应速率与反应限度
(包含讲评习题的时间。下同)
化学反应速率
1
化学反应的限度
1
第二单元  化学反应中的热量
化学反应中热量变化
2
燃料燃烧释放的热量
1
第三单元  化学能与电能转化
化学能转化为电能
1
化学电源
1
电能转化为化学能
1
第四单元  太阳能、生物质能和氢能的利用
太阳能的利用
1
生物质能的利用
1
氢能的开发与利用
专题回顾和小结
2
专题检测和讲评
2
合计
14
四、教材编写特点和教学策略建议
本专题是对专题1的深化和应用,教材首先从动力学的角度简单分析了化学反应的快慢和反应的限度,然后从热力学的角度简述化学反应中的能量变化,并结合化学能与电能相互转化,联系新能源的开发和利用,阐述了能源科学发展与化学学科的关系。主要内容分四部分。第一部分为化学反应速率和限度,从化学反应速率和反应进行的程度上介绍化学反应可以控制,进而研究化学反应速率和化学平衡的重要性;第二部分为化学反应中的能量,从本质上介绍了化学反应中能量变化的原因是化学键的断裂和形成;第三部分为化学能与电能的转化,介绍了原电池和电解池的原理;第四部分为太阳能、生物质能和氢能的利用,旨在培养学生节约能源及保护环境等意识,学会关注社会热点问题。
本专题的教学可从生产、生活事例出发,通过实验探究,帮助学生了解化学反应的速率、限度,反应中的能量转化及其应用。教学过程中要注意不能把原大纲规定的化学反应原理知识都全部纳入教学要求,只要让学生学会从反应速率、反应限度、反应中能量的转化角度认识化学反应,不单纯追求原理知识教学的系统性与完整性,只要求通过师生的交互活动帮助学生形成化学的基本观点并能用于解决简单的化学问题。
另外,在本专题有关能源问题的教学中,要立足于现代生活和未来发展的需要,既要让学生了解人类面临的能源危机,又要让学生知道太阳能、生物质能和氢能等新能源的开发和利用有着“取之不尽、用之不竭”的诱人前景。
五、教辅分析
当前各种教辅鱼龙混杂,教师需要根据学生的实际情况和新课程的内容标准精心选择。建议大多数学校只用一种教辅即可,个别学校如果学生基础比较好,也可以一种为主,一种为辅(主要让学有余力的学生使用)。以下仅分析本地使用量比较大的教辅材料——由福建省普教室陈启新主编,鹭江出版社出版的《基础学习与能力提升》。
在本专题中,《基础学习与能力提升》(2006年第1版)有四份“达标训练”、1份“提高训练”和1份“专题检测”,共106题。总的看来,本专题的习题量和难度都比较适中,既符合课程标准的要求,又在“提高训练”部分有适当的发展要求,适合作为主要教辅。另外,本专题对各单元的“知识梳理”以及对整个专题的“知识整合”比较准确地体现了新课程的内容标准并比较全面和系统,这些指导材料适合作为学生课后复习时的参考材料,对教师把握新课程的内容标准也有很好的帮助作用。
《基础学习与能力提升》(2006年第1版)的“达标训练”采用整个单元习题混合编排,没有进行适当的细分,进行随堂练习时不够方便,这是第1版的不足〖注:《基础学习与能力提升》(2007年第2版)已经对“达标训练” 进行适当的细分〗。另外,《基础学习与能力提升》(2006年第1版)的“参考答案与提示”存在以下错误:
①第126页(参考答案与提示:第四单元 第14题)
原来为:⑴C2H8N2(l)+2N2O4(l)→ 2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g);△H =-2250kJ/mol。
更正为:⑴C2H8N2(l)+2N2O4(l)→ 2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g);△H =-2550kJ/mol。
②第127页(参考答案与提示:专题检测 第23题)
原来为:⑷CH4(g)+2O2(g)    CO2(g)+2H2O(l);△H=-889.6 kJ穖ol-1。
更正为:⑷CH4(g)+2O2(g)    CO2(g)+2H2O(l);△H=-890 kJ穖ol-1。
〖注:《基础学习与能力提升》(2007年第2版)已经作了勘误〗
六、教学设计案例或示例
教学设计案例或示例建议直接参考由王祖浩、吴星主编,江苏教育出版社出版的《高中化学教学参考书坊?(必修)》一书等教学参考书。本文只列举以下4个案例:
例1  关于“化学反应中的热量”可以这样组织教学


例2  化学反应速率教学设计
【教学背景】
了解化学反应速率能帮助学生定量地了解化学反应的快慢,了解影响反应速率的因素,可以帮助学生更全面地了解反应物的本性和外界因素对化学反应的影响。化学反应速率的知识也是学习化学平衡必要的知识准备。
课程标准要求学生提高学习能够分辨、识别化学反应速率,即要求学生知道如何判断反应的快与慢,了解与反应速率相关的观察与测量方法。同时,强调通过实验探究进行学习,提高科学探究能力。
温度、催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响在初中化学已初步涉及。学生已经知道温度、催化剂是影响化学反应速率的因素。但要帮助学生深刻认识化学反应速率,还必须学习影响化学反应速率的因素。
根据课程标准的要求,主要的学习目标是:
1.通过实验认识不同的化学反应其速率不相同。同一化学反应的速率大小受温度、催化剂等因素的影响。
2.了解控制化学反应速率对人类的意义。
3.了解应如何观察和测量化学反应速率的快慢,知道如何加快或减慢化学反应的速率。
4.学习实验探究的基本方法,发展学生学习化学的兴趣,培养观察和动手实验的能力。
强调学生实验在获取化学知识的重要作用,是本节教学的特点。反应速率的感性认识、对培养学生的学习兴趣极为重要。考虑到教学时间、对学生实验的组织管理,选择简单的实验为宜,且不要求学生通过实验探究压强等对反应速率的影响。
【案例设计】
设计思路
利用学生实验(或演示实验)使学生建立起对影响化学反应速率因素的感性认识;通过对化学实验现象的分析来提升学生对影响化学反应速率因素的认识;在分析化学反应速率影响因素的过程中,要对学生进行科学方法的教育,学习如何提出问题、收集事实、处理事实、分析事实得出结论、应用结论解决新问题。
教学过程
[情景创设]  利用影象资料或讲述生动的事例,使学生了解自然界或生产、生活中的化学反应的进行有快、慢之分(例如,呈现氢气、汽油蒸汽的安静燃烧与爆炸;铁的锈蚀、转炉炼钢通入的纯氧使少量铁剧烈氧化,产生耀眼的火花,呈现“钢花怒放”的壮丽景象。);人类需要控制反应进行的快慢。
[提出问题]  怎样比较和判断反应的快慢?请提出你认为可行的方法,并进行实验。
[学生实验]  取两只小烧杯,个加入25mL蒸馏水、无水酒精。取两小块绿豆般大小的金属钠,用滤纸吸干表面的煤油,分别投入盛有蒸馏水、酒精的两只小烧杯中,观察、比较和记录发生的现象。
通过观察,蒸馏水与金属钠的反应比无水酒精剧烈,钠较快消失,产生的气泡十分剧烈,使钠在水面迅速游动,而金属钠在无水酒精中只是缓缓放出气体。
[教师补充讲解]  同学们通过肉眼观察来比较两种化学反应速率的大小,实验还说明反应速率主要决定于反应物的性质。
但是,如果只研究一个化学反应的快慢,例如只判断金属钠与无水酒精反应的快慢,该怎么办?
[讨论与交流]  学生发表的看法有:
l         反应速率大小只能在比较中判断,单单判断一个反应快慢不行
l         可以从金属钠在反应中消失的快慢来判断,比如看看每分钟减少了多少
l         可以从放出的氢气的快慢来判断,例如看看每分钟形成多少气泡,或者生成多少体积的氢气
┉┉
[归纳与小结]
比较的方法可以帮助我们判断两种或几种化学反应速率的相对大小,但是要判断一种化学反应速率的大小,应当看该反应反应物在单位时间里减少的量或单位时间生成物增加的量。由于反应都在一定的容器或一定体积的溶液中进行,反应物或生成物量的减少或增加可以通过容器或溶液中物质浓度的增加、减少来表示。因此,我们可以得到如下结论:
一、化学反应速率
1.化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢程度的物理量。
2.化学反应速率可用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。其常用单位是mol.(L.min)-1或mol.(L.s)-1
[交流与讨论]  我们已经知道,决定化学反应速率的主要因素是反应物的性质,而外界条件也是反应速率的影响因素。请大家依据自己的经验和学习过的反应知识,讨论哪些外界条件能影响反映速率,发生怎样的影响。
[归纳与小结]
二、影响化学反应速率的因素
内因:化学反应速率的大小主要决定于反应物的性质
外界条件:温度—温度愈高反应速率愈快;催化剂---能大大增加化学反应速率;反应气体的压强、固体反应物的颗粒度、反应物接触面的大小等因素对反应速率都有影响。
[实验探究活动] 测定双氧水在不同条件下的分解速率:不同浓度的双氧水,在不同的催化剂作用下,分解速率有什么不同?
通过讨论确定如下实验设计:
试剂---双氧水浓度 2%、4%、6%;
催化剂--- 0.2mol/L的氯化铜溶液、0.2mol/L三氯化铁溶液;
反应速率测定方法---测定生成的氧气的体积在反应开始1min里增加的数值,换算成氧气在反应开始1min里增加的平均速率( mL/min);
实验装置---带支管的试管,支管与100mL针筒连接
实验方法:
(1)测定不同浓度过氧化氢溶液在同一催化分作用下分解速率
编号
实验
反应速率
1
5ml 2% 的双氧水+5滴 0.2 mol/L氯化铜溶液
2
5ml 4% 的双氧水+5滴 0.2 mol/L氯化铜溶液
3
5ml 6% 的双氧水+5滴 0.2 mol/L氯化铜溶液
(2)不同催化剂对同一浓度过氧化氢分解实验的对比表
编号
实验
反应速率
1
5ml 4% 的双氧水+5滴0.2 mol/L氯化铜溶液
2
5ml 4% 的双氧水+5滴0.2mol/L三氯化铁溶液
(3)测定6% 双氧水在氯化铜溶液催化下在反应开始后的不同时间段里分解速率:
时间段
0—t1
t1---t2
t2---t3
t3—t4
反应速率
[实验结果分析]  学生报告实验结果,教师讲评试验情况;要求学生绘制6% 双氧水在氯化铜溶液催化下在反应开始后的不同时间段里分解速率随时间变化而变化情况。讨论发生这种情况的原因。
[交流与讨论]  举例说明在生产、生活和化学实验中,人们是怎样加速或延缓化学反应速率的?
[归纳与小结]
1.在实验室,常常通过加热方法,提高反应的温度来增大反应速率。
2.在合成氨工业、二氧化硫的氧化制三氧化硫,都在较高的温度下进行,以加快反应速率
3.在现代化学和化工生产中约85%的反应需要使用催化剂加快反应的速率。
4.为防止食品变质,我们将食品放入冰箱中保存,降低温度,延缓食品变质的速率。
[课外练习]
(1)铁与盐酸反应的化学方程式如下:Fe 2HCl = FeCl2 H2 ↑
通过哪些方法能够增大该反应的速率?
(2)NO和CO是汽车尾气中的两种有毒气体。从理论上讲,NO和CO可以反应生成CO2和N2 ,但实际在汽车的尾气中NO和CO并没有减少。请分析其可能原因。
(3) 进行如下实验:在A锥形瓶中放入10g绿粒大的碳酸钙,在B锥形瓶中放入5g粉末状的碳酸钙,分别加入50ml 1mol/L盐酸。如下图(图中:X表示时间,Y表示锥形瓶中碳酸钙减少的质量)能正确表示实验结果的是(C  )

【案例评析】
本案例的设计有以下特点:
①引导学生从自己的生活经验或对身边事物的观察为出发点,让学生感受到化学反应及化学反应速率与他们的生活是密切联系的。
②根据学生已有的基本知识和技能设计实验,帮助学生学习化学反应测定的方法、研究影响化学反应速率的因素、学习使用坐标系描述反应速率随时间变化的曲线。
(潘则南)
例3  化学能转化为电能教学设计
【教学背景】
学习本节内容前,学生已经对金属活动性顺序、氧化还原反应、电解质的电离、离子反应以及化学反应的能量变化等知识有了一定的了解,具备了学习电化学知识的基础。本节内容理论性较强,涉及的化学原理与学生的生活经验有一定距离。教学时要注意把握知识内容的深广度,利用生活中的有关化学能与电能的转化的事例作为学习素材,激发学生的学习兴趣,尽量给学生提供“做科学”的机会。
依据课程标准的要求,主要的学习目标是:
1. 通过实验探究原电池中发生的反应,了解化学能向电能转化的基本原理;进一步加深对氧化还原反应、金属活动性顺序、电解质溶液性质的理解,并能应用于解决实际问题。
2.学习分析、推理、归纳和总结的逻辑思维方法,培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。
3.通过实验和小组合作学习活动,提高合作学习的能力、体验科学探究过程、培养科学态度和创新精神。
4.初步了解各类电池在生产、生活实际中的应用,重视理论与实际的联系。
【案例设计】
设计思路
从学生的已有知识入手,用实验探究活动组织课堂教学。教学程序是:
1.利用伏打电池的故事创设教学情景,提出关于化学能如何转化为电能的问题,引入新课的学习。
2.通过原电池实验帮助学生形成化学电池的感性认识,认识化学能可以通过化学反应转化为电能;引导学生利用氧化还原反应知识分析实验现象,了解原电池反应的基本原理,认识化学能转化为电能的机理。
3.指导学生制作“水果电池”。进一步验证、巩固所学知识,开阔视野,培养学生创新意识。
4.延伸课堂,开展研究性学习。让学生利用网络、图书馆、找专家访谈,查询有关资料,调查日常生活中常见电池的种类、使用范围和性能;了解日常生活中废弃旧电池对环境的危害。
教学过程
[创设学习情景] 观看影像文件、交流讨论,帮助学生发现、提出问题,引入学习课题:
1780年,意大利生物学家伽伐尼为给妻子看病,遵医嘱买了不少青蛙。当用金属解剖刀触动靠近铜盘的青蛙腿皮时,已死去的青蛙竟然发生了抽搐。他联想起以前做经典实验时不慎触电而使身体肌肉发生颤抖的情形,断定青蛙的抽搐可能是受到电击的结果。这偶然的现象并没有被伽伐尼放过,经过不懈的探索和思考,提出了“动物电”的概念。他认为青蛙神经和肌肉是两种不同的组织,带有相反电荷,两者存在电位差,一旦用导电材料将两者接通,就有电流通过。由于有动物电流的刺激,蛙腿肌肉发生收缩。
“动物电”的发现引起了意大利物理学家伏打的极大兴趣,经过一番研究,他发现蛙腿只是起了显示电流通过的作用,所谓特殊的“动物电”是不存在的。伏打指出,伽伐尼实验中连接起来的是两种不同的金属和含有液体的青蛙肌肉。伏打把不同的金属板连接后浸入一种电解液里,组成了第一个直流电源:用容器盛盐水,把插在盐水里的铜板、锌板连接起来,电流就产生了。1800年3月20日伏打向伦敦英国皇家学会宣布了这个发现,第一个“人造电源”--- 伏打电池问世。
请思考下列问题:
1. 伽伐尼和伏打对“动物电”见解有何本质区别?
3.两种不同的金属用导线连接,在一定条件下,为什么会产生电流?
3.“伏打电池”的发明给你什么启示?
[讨论与交流] 学生议论,提出自己的看法,教师倾听,不做结论。
[观看演示实验]
在烧杯中加入约2/3容积的稀硫酸,按下列步骤进行实验,让学生观察并记录实验现象。
1.将一块铜片和一块锌片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中。
2.将一块铜片和一块锌片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中。
3.用导线把锌片和铜片连接起来,插入盛有稀硫酸的烧杯中。
4.在锌片和铜片的导线中间连接一个灵敏电流计,插入盛有稀硫酸的烧杯中。
[讨论与交流] 组织学生讨论以下问题,教师适时做启发、引导。
1.  实验步骤1或2(锌片和铜片分别插入稀硫酸中)与实验步骤3(用导线把锌片和铜片连接起来,插入盛有稀硫酸的烧杯中)发生的现象有什么不同?
2.为什么当锌片与铜片连接后插入稀硫酸中,在铜片上有气泡产生?Zn片和Cu片上可能各发生什么反应?
3.灵敏电流计显示有电流通过,电流是如何产生的?
[课件展示] 播放多媒体课件,总结讨论,使学生认识锌与氢离子的氧化、还原,怎样产生电流,了解化学能如何通过化学反应转化为电能。
在烧杯中加入稀H2SO4,溶液中有自由运动的H 、SO42-离子,Cu在溶液中不发生反应;Zn片插入溶液,Zn片上电子转移到H 离子上,形成锌离子(Zn2 )进入溶液,H 离子结合电子被还原,在Zn板上有氢气放出。
用导线连接锌片和铜片,Zn失电子形成锌离子进入溶液,电子经锌电极通过导线、电流表流入铜电极。在Cu上,H 结合电子,还原生成氢气。铜电极附近溶液中氢离子减少,硫酸根离子向锌电极附近移动,锌电极附近溶液中增加的锌离子向铜电极附近移动,使电极和溶液形成电的回路。
[归纳与小结]
一、原电池反应
1.原电池的构成---用导线连接两块活动性不同的金属极板插入电解质溶液
2.原电池的工作原理
在原电池中,较活泼的金属极板发生氧化反应,电子经导线从较活泼的金属一极流向较不活泼的金属极板,溶液中易得电子的阳离子在不活泼的金属极板发生还原反应。
在原电池中,相对活泼金属为负极,相对不活泼金属(或石墨电极)为正极。
上述原电池发生的反应是:
在锌电极(负极):Zn - 2e→ Zn2
在铜电极(正极):Zn - 2e→ Zn2
反应总方程式   Zn 2H =Zn2 H2↑
电子流(电流)方向:电子流从原电池的负极经导线流向正极(电流从原电池的正极经导线流向负极)
[实践活动]  水果电池的制作
1.实验准备: 水果样品(柠檬、番茄、桔子、葡萄或其它水果)、金属(铁丝、铜丝、锌片或铝片)、石墨电极、电铃、灯泡、微安电流计、导线若干、小刀、pH试纸
2.学生分小组活动
鼓励学生利用各种自备的水果、金属片制作电池,用微安电流计或耳机测试是否能产生电流,比较电流的大小。若用小刀切开水果,使两个极板分离,观察电流是否消失,将水果重新合拢是否又产生电流?探究其原因。
学生设计实验方案,教师参与活动并适时点拨、鼓励、引导。
[讨论与交流]
小组代表汇报说明实验结果,交流发现的问题与解决方法。
[总结与评价] 师生共同评价各小组活动情况,表扬表现优秀、有创新的小组,送给音乐贺卡,请打开贺卡,让大家听音乐。
说明水果电池的构成,为什么可以产生电流。让学生获得如下感悟:日常生活中有很多司空见惯的事实,其中都包含和联系着丰富的化学知识,只要多观察、勤动脑,可以通过有趣的实验,探讨它的化学原理。
[教师补充讲解]
音乐贺卡只是原电池应用的一例。电池在生活、工农业生产和科学技术等方面有广泛的用途,人们利用原电池原理,制作了多种电池。
二、化学电源
依据原电池的反应原理,人们发明并制造了多种多样的化学电源。化学电源有一次电池与二次电池之分。各种干电池是一次电池,用过之后不能复原。蓄电池是二次电池,在充电后能继续使用。化学电源的能量转化率是燃料燃烧所不可比拟的。化学电源不仅在生活中得到了广泛的应用,而且在高科技领域乃至航天技术中也是不可或缺的。
请结合生活经验和自己的了解,举例说明在日常生活中哪些场合使用了化学电源。
[研究性学习课题] 从下列课题中选择你感兴趣的问题,自由组成学习小组开展研究性学习活动。
1.设计各种情况下观察锌与稀硫酸反应产生氢气的速率,并探究其原因:
(1)将一粒纯锌、一粒粗锌与铜丝分别放入装有稀硫酸的不同试管中,观察氢气产生的速率;
(2)将铜丝取出,与纯锌粒接触后放入装有稀硫酸的试管中,观察氢气的出处及溶液有无颜色变化;
(3)在锌与稀硫酸反应的试管中,滴入少量硫酸铜溶液,观察实验现象。
2.(1)调查市场中不同种类电池的特点、性能与用途。(2)调查日常生活中废旧电池的处理方式、对环境造成的危害。将调查结果与同学交流。
3.自由女神像经过百年的风雨,也和人一样经常“生病”。原来她的外壳材料是铜,而支撑雕像的内部支架却是钢铁制成的,它们之间仅用一层浸油的毛毡隔开。年代久了,毛毡就失去了隔离作用,而大西洋潮湿的夹带着盐分的海风向自由女神不断“攻击”形成无数的微电池,加速了铁的腐蚀,自由女神的“铁骨”表面就一层一层地被锈蚀着。面对自由女神的腐蚀问题,应采取什么措施和方法?把你的建议上网发给美国纽约市长吧!
[课外作业] 建议使用以下部分习题:
1.根据Zn 2H Zn2 H2↑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(  )。
A.镁             B.石墨             C.铝              D.铅
2.X、Y、Z都是金属,把X浸入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为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )。
A.X>Y>Z      B.X>Z>Y      C.Y>X>Z      D.Y>Z>X
3.在电工操作规程中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起,这其中的化学原理是                                                          。
4.市场上出售的“热敷袋”中含铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。热敷袋起用前,用塑料袋与空气隔绝。启用时打开塑料袋,轻轻揉搓就会放出热量。回答下列问题:
(1)热敷袋产生的热量来源是                                   。
(2)炭粉的主要作用是                                   。
(3)加入NaCl的作用是                                   。
5.生活中,有些金属制品在使用一段时间以后,会失去表面的光泽,严重的会变得锈迹斑斑影响使用,尤其是钢铁制品,在潮湿的空气里,很容易生锈。你知道这是什么原因吗?
【案例评析】
本案例的设计有以下特点:
1.教学情景设计生动有趣。
2.通过实验探究、交流讨论、课件演示等活动,让学生在活动中实验、思考、讨论交流、在探究中学习。学生学得主动,能体验科学探究的过程。
3.通过学生制作自己的“水果电池”,通过有个性的学习活动,巩固所学知识。
4.提出研究性学习课题,指导学生进行课外学习,使学有余力,或对化学学科有兴趣的学生有进一步拓展的空间,培养了学生的实践精神和科学素养。
(黄丹青)
例4   电解和电镀教学设计
【教学背景】
电解反应原理是电化学反应的重要知识,在工农业生产上有广泛的应用。电解食盐水、电解氧化铝制铝、电解精炼铜、电镀等都是常见的例子。学习这些知识有助于学生了解化学在发展国民经济、提高人的生活质量上的价值。
根据课程标准的要求,主要的学习目标是:
1.了解电解和电镀的化学原理。
2.能从能量转化、电极反应等方面区别电解反应和原电池反应。
3.初步了解电解反应在生产生活中的应用。
与原大纲的教学要求相比,在反应原理学习的要求上有所降低,不要求能独立地分析电解的电极反应,离子在电极上的放电顺序。重点放在通过实验和相关素材,引发学生了解电解反应原理的兴趣,从化学原理上认识〈化学1〉中提及的电解反应实例,了解电解原理的实际应用,初步了解电能怎样转化为化学能。
【案例设计】
设计思路
在〈化学1〉学习过氧化还原反应,了解了有些氧化还原反应需要在电流作用下才能进行,如电解水产生氢气和氧气(这种氧化还原反应是非自发的)。
原电池研究怎样利用自发的氧化还原反应来产生电流;电解反应则是研究如何利用电流使非自发的氧化还原顺利进行。教学设计中应注意以下问题:
1.要利用日常生活中常见的事例(电镀器件、电解铜、蓄电池充电等)、设计简易的电解实验、联系学生已学的电解反应实例来创设学习情景,消除学生对电解和电镀的神秘感并提高学习兴趣。
2.注意联系原电池反应的原理、装置,通过原电池和电解池、原电池反应和电解5的对比,防止学生在学习过程中混肴两种知识。
教学过程
[创设学习情景]
电解水能够制得氢气和氧气,电解食盐水能够制取烧碱氢气和氯气,用于制造日常生活中各种铝制品的铝,是通过电解氧化铝获得的。电流怎样使水、食盐水、 氧化铝产生氧化还原反应,转化为各种产物呢?
[实验探究活动] 在教师指导下,让学生用下图所示简易电解装置进行电解实验,并交流讨论实验结果。
1.取一段棉线约2厘米,置于大片玻璃片上,用3滴食盐水将整根棉线润湿,然后在其左右两边各加数滴食盐水溶液。两端再各加入1滴酚酞试液。
2.将两只鳄鱼夹分别夹住棉线两端,用导线把鳄鱼夹分别与电源(两节2号干电池)相连。约15-20秒后,观察发生的现象,并做好记录。
3.在没有显示红色的一端滴入一滴碘化钾淀粉溶液,观察发生的现象,并做好记录。
学生依据实验结果,汇报如下现象:
观察到的现象
实验1
实验2
实验3
实验1--食盐水滴加酚酞试液没有颜色变化;
实验2--跟电源负极相联的一端溶液呈红色,并有细微气泡产生,说明氢氧根离子浓度增大。;
实验3--跟电源正极相联的一端溶液显蓝色,声明有氯气产生。
[教师补充讲解]
我们可以依据大家的实验探究结果来分析电解反应的原理:
一、电解反应
1.电解池与电解
电解池由电源、阴极、阳极和电解质溶液各部分。
跟电源负极相联接的电极称为阴极,在阴极有过剩的负电荷;跟电源正极相联接的一极称为阳极,在阳极有过剩的正电荷。
在食盐水溶液中存在大量的Na 和Cl­- ,还有微量的H   和OH-。当接通电源时,带正电荷的Na 和H 向阴极移动,带负电荷的Cl­- 和OH-向阳极移动。
在阴极,由于H 比Na 易得电子,H 得电子发生还原反应:
2H 2e—=H2↑
在阴极区域由于H 发生还原反应成为H2逸出,溶液中OH—浓度大于H 溶度,溶液显碱性,使酚酞显红色。
在阳极,由于Cl—比OH—易失电子,Cl—失电子生氧化反应:
2Cl—-2e—= Cl2↑
在阳极区域由于Cl—发生氧化反应(2Cl—-2e—=Cl2 )成为Cl2。Cl2和碘化钾反应生成碘(Cl2 2KI=2KCl I2),碘遇淀粉变蓝色。
总之,由于在阴极生成氢气,在阳极生成氯气,没有参加氧化还原反应的Na 和OH—形成氢氧化钠溶液,这就是我们已学的电解食盐水反应的基本原理。
电解食盐水反应的化学方程式为:
2NaCl 2H2O电解2NaOH H2   Cl2↑
阴极产物    阳极产物
[实验观察] 用石墨做电极,电解U型管中的氯化铜溶液,在阴极和阳极各发生什么样的变化?
[交流与讨论] 试分析氯化铜溶液电解发生的反应,写出电解反应的化学方程式。
学生分析:在氯化铜溶液中,存在Cu2 和Cl—,接通电源后,阴极周围的Cu2 得电子发生还原反应:Cu2 2e=Cu;在阳极Cl—失电子发生氧化反应:2Cl—-2e—=Cl2↑ 。在这一电解过程中,水中的H    和OH-。都没有被氧化或还原。
所以电解的化学方程式为:CuCl2电解  Cu        Cl2 ↑
阴极产物  阳极产物
[归纳与小结]
通过我们的分析,可以知道,电解反应是电解质溶液在电流的作用下,在电极上发生的氧化还原反应,得到电解产物,电能转化为化学能。
2.电解反应是电流作用下发生的氧化还原反应,电解过程电能转化为化学能。
请大家通过下表把已学的一些电解实例进行归纳。
实例
电极反应
阴极产物
阳极产物
化学方程式
电解CuCl2
溶液
阳极发生
反应;
阴极发生
反应。

氯气
CuCl2电解 Cu Cl2↑
电解食盐水
烧碱、氢气
氯气
2NaCl 2H2电解 2NaOH H2 ↑ Cl2↑
水电解
氢气
氧气
2H2O电解 2H2↑ O2↑
[观看影像资料] 电解原理的应用:电解饱和食盐水、氯碱工业;铜的电解精炼。
[交流与讨论]  用硫酸铜溶液做电解质,用含有锌、金、银等金属杂质的粗铜板与电源正极连接做阳极,用纯的铜簿片和电源负极连接做阴极,进行电解反应时,纯的铜簿片在电极上“长大”得到纯度很大的精铜板,相反粗铜板“瘦身”变少,这是为什么?能分析发生的变化吗?
[归纳与小结]
(1)进行电解时,
在阳极,粗铜板上的Cu失去电子被氧化:Cu-2e=Cu2 ,进入溶液;(粗铜板“瘦身”变小);
在阴极,Cu2 在纯的铜簿片得电子发生还原反应:Cu2 2e—=Cu(纯的铜簿片变大)。
所以,当电路中通过电流时,阳极上的粗铜不断溶解,阴极上不断析出铜,这样得到的精铜又叫做电解铜,其纯度大于99.9%。 这就是工业上铜电解精练的基本原理。
二、电解反应的应用
1.铜的电解精练
[交流与讨论]如果以上电解精炼的装置改为以下装置(用一个铁器件做阴极,用铜板做阳极,仍用硫酸铜溶液为电解质),进行电解,会发生什么样的变化呢?

接通电源时:
在阳极Cu失电子被氧化而进入溶液:Cu-2e—=Cu2 ;在铁阴极Cu2 得电子还原为铜:Cu2 2e—=Cu,镀在铁器件上。
[归纳与小结]
2.电镀
利用电解的方法把一层薄金属覆盖在一件物品表面的过程叫做电镀。电镀的作用是防止物品受侵蚀或使物品外表更美观。在电镀过程中,把清洁后的待镀物品作为阴极,拟镀金属作为阳极,以含有拟镀金属阳离子的溶液作为电解质。
[课外作业](以下题目供教师选择使用)
1.某学生利用下图所示的装置进行电镀实验:

(1)指出X极和Y极是电源的什么极?
(2)在实验过程中,镍电极和铁环各发生什么现象?
(3)写出阳极和阴极所发生变化的电极反应式。
2.某化学兴趣小组利用下图的装置探究硫酸钠溶液的电解。实验中,把5滴硫酸钠溶液和1滴酚酞试剂的混和溶液加在装置的圆圈内。

(1)电流通过电路一段时间后,铅笔B周围的液体颜色发生什么变化?
(2)移开A、B铅笔,用玻璃棒搅拌载玻片上的溶液,颜色又发生什么变化?
(3)试解释以上两个实验中的颜色变化。
(4)硫酸钠在这个实验中起什么作用。
(5)试写出A、B两极的电极反应式和电解反应的化学方程式。
3.一个粗铜样本内的杂质包括铁、银和锌。描述你会怎样进行铜的精炼,
并解释所采用方法的原理。
[研究性学习课题]
在电解精炼含有锌、银、金杂质的粗铜时,为什么银和金沉积在阳极泥中,而锌却留在电解质溶液中?将你的答案与同学交流讨论。
【案例评析】
本案例设计简易的电解装置让学生进行电解实验,既有利于提高学生的学习兴趣,又能帮助学生了解在电解过程中电能转化为化学能,使非自发的氧化还原反应能够发生,从而产生新物质。在电解实验中,应用了许多学生已有的知识,如碘使淀粉变蓝色等,起着温故而知新和深入浅出的引导作用。
电解、电镀、电解精炼三部分内容中,电解是关键。本案例把主要学习活动放在“电解”的学习上,使电镀和电解精炼的学习有了基础。
在习题的设计上,用两枝铅笔芯做电极,使学生有亲切感;为了帮助学生解答,降低难度,设计若干小题目,层层铺垫;各个习题相互配合,融知识性、实践性、思考性和趣味性于一体,有一定的创意。

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