高中化学人教版 (2019)选择性必修1原电池表格教案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1原电池表格教案，共7页。
第四章第一节第3课时《燃料电池》
教学分析
教学内容分析
本节课的内容是人教版选择性必修1第四章化学反应与电能第一节原电池的第3课时《燃料电池》的内容。
本节课主要介绍的燃料电池为氢氧燃料电池，目的在于使学生在学习了原电池原理后，能够利用原电池原理从微观上对生活中的化学电池及其变化进行分类表征，能运用相关的化学用语说明各类电池的有关变化。通过对燃料电池装置的设计和原理探究，培养学生科学探究能力与创新意识。
1.教材通过生动的图表，帮助学生理解氢氧燃料电池的工作原理和形成条件。通过实验操作和观察，学生能够了解不同电解质条件下燃料电池的特点和使用条件，加深对氢氧燃料电池的理解和掌握。
2.教材注重与实际生活的联系，通过案例分析和讨论，让学生更好地理解燃料电池的反应原理。教材通过分析化学电源在生产生活中的应用，让学生了解燃料电池的实际应用和重要性。
3.教材强调了化学电源在现代社会中的重要性和发展趋势。通过介绍燃料电池，让学生了解未来新能源的发展方向和潜力。
4.教材注重学生的主体性地位，通过多样化的教学方法，如任务驱动式学习、小组讨论等，提高学生的自主学习能力和团队合作精神。通过实验操作和讨论，学生能够自主探究、合作交流，加深对燃料电池的理解和掌握。
教学对象分析
1.学生已有的知识储备：他们在必修化学课程中已经学习了基本的化学原理和实验操作技能，为学习化学电源奠定了基础。同时，学生在日常生活中也接触到了不同类型的化学电源，如干电池、充电电池等，对化学电源有一定的认知和了解。
2.学生会遇到的困难。例如，不同类型的燃料电池的工作原理和物质转换过程比较复杂，需要进行深入的了解和研究。学生还需理解和应用电化学相关基础知识，如原电池发生的反应，正负电极的分析，进一步把握化学电源的特点和使用条件。另外，实践能力的培养也是一个难点。学生进行实践和探索，亲身感受到电化反应的性质，也是教学中应该予以强化的一种目标体系之一。
3.解决方法：需要根据对学生实际的认知水平、知识储备、学习动机、兴趣爱好等方面的了解，制定合适的教学目标和方法，以帮助学生更好地理解和掌燃料电池的知识。
总的来说，学生对化学电源有一定的认知和了解，但在深入理解和应用方面还存在一定的困，尤其抽象的燃料电池的工作原理，教师利用数字化教学工具结合现有的实验室器材进行教学，使学生能够轻松的理解和掌握燃料电池的工作原理。
教学目标
1.了解燃料电池的概念并掌握燃料电池的工作原理。
2.掌握氢氧燃料电池的电极反应式的书写。
3.了解化学电源和新型化学电池。
教学内容
教学重点
1.氢氧燃料电池和甲烷燃料电池的工作原理；
2.燃料电池的电极反应式的书写。
教学难点
燃料电池的电极反应式的书写。
解决办法
对燃料电池重点、难点进行由浅入深层层递进的设计，通过精心设计燃料电池的装置，先分析电池的组成，从电解质的变化再到燃料的变化，让学生逐步深入探讨，区分异同，利用实验室已有的氢氧燃料电池进行实验，直观感受燃料电池的工作原理，再利用虚拟实验进行模拟，让学生交流分享，归纳总结，最后自然而然总结出解决燃料电池的规律方法，最终老师总结提升建立解题模型，完成思维建模。
教学过程
内容
教师活动
学生活动
设计意图
新课引入
由2022年冬奥会的新能源客车视频的介绍，提出氢气和氧气如何发电驱动汽车的问题，引导学生主动探究氢氧燃料电池。
学生观看视频，带着问题来了解本课的学习内容，需要掌握重、难点。
激发学生学习的兴趣，让学生从实际生活出发来学习本节课。
实验探究一
认识氢氧燃料电池
引导学生设计酸性氢氧燃料电池的装置，指导学生进行实验。
实验步骤：
将石墨做两个电极，分别插入到稀硫酸溶液中，然后向两个电极附近分别通入氢气和氧气，连接电流表，观察现象。
学生分组讨论实验步骤，并且进行实验操作。
回答问题：
1.该装置是否需要点燃？是否发生了反应？
2.两极材料是否相同？是否参与反应？
3.两极上真正参加反应的物质是什么？
4.该装置产生的电流是否稳定？如何改进？
锻炼学生的实验操作能力，并且了解产生的电流不稳定，并不能真正的应用到氢能源汽车上，从而引出质子交换膜的使用。
实验探究二
改进氢氧燃料电池装置工作原理
通过实验探究得出两极材料没有发生反应，而是氢气和氧气发生了反应产生了不稳定的电流，如何使电流稳定呢？下面给同学们认识一下改进后的实验装置。
实验步骤：
将锌粒和适量的稀硫酸加入制氢瓶中，旋紧瓶盖，将导管连接到电池的氢气进口，1分钟后，连接导线，闭合开关，观察现象。
交换膜的作用：
①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应；
②选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
学生思考：
1.质子交换膜的作用？
2.燃料电池的概念？
3.正、负极的电极反应？
通过实验探究，学生小组讨论，总结氢氧燃料电池的工作原理，并板书电极反应式。
负极：2H2 - 4e- = 4H+
正极：O2 +4e-+ 4H＋= 2H2O
总反应式：2H2 +O2 = 2H2O

让学生通过动手操作实验改进后的装置能驱动小风扇转动，说明产生的电流是比较稳定的，从而掌握燃料电池并不需要点燃的条件，掌握交换膜的作用，并且熟练书写电极反应式。
虚拟实验探究
碱性氢氧燃料电池（使用不同交换膜）
质子交换膜能阻止氢气与氧气混合发生爆炸，下面我们就来认识一下交换膜及其作用。将电解质溶液为改为NaOH溶液，又会发生怎样的反应？
请同学们思考溶液中离子是怎样移动的呢？
问题：
1.若使用阳离子交换膜，溶液中的离子又是怎样移动的呢？
2.若使用阴离子交换膜，溶液中的离子又是怎样移动的呢？
学生先思考，然后操作NOBOOK虚拟实验，完成操作，并且回答实验现象，总结工作原理。
学生总结：
阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
板书：
负极：2H2-4e-+4OH- = 2H2O
正极：O2 +4e-+ 2H2O=4OH-
总反应式：2H2 +O2 = 2H2O
学生操作实验，观察离子移动的方向；
阳离子交换膜允许阳离子通过，阴离子不允许通过；
阴离子交换膜允许阴离子通过，阳离子不允许通过；
让学生能更直观的观察反应的本质及溶液中离子的移动规律。
再次让学生理解离子交换膜的作用。
电极反应式的书写
本节课的重点已经学习完了，请同学们根据所学的知识，总结电极反应式的书写方法。
a.列物质、标得失；
b.选离子、配电荷；
c.配个数、巧用水；
（2）
（3）注意：
O2-在溶液不能独立存在，在酸性溶液中结合H+生成H2O，在碱性或中性溶液中结合H2O生成OH-；
正负极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，即考虑共存问题。
让学生能够系统的掌握书写的注意事项，便于其它燃料电池电极反应式的书写。
拓展实验
甲烷燃料电池
燃料电池除了氢氧燃料电池之外，燃料换成甲烷，是否会产生电流？具体工作的原理又是怎样的呢？请同学们思考，并且完成虚拟实验的操作。
学生进一步进行虚拟实验的操作，巩固碱性甲烷燃料电池的电极反应式的书写。
正极：
CH4+10OH- -8e-=CO32-+7H2O
负极：2O2 +4H2O+8e-= 8OH-
总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O
将抽象的知识具体化，让学生进一步感受燃料电池的工作原理，并且根据电极反应式的书写规律，熟练掌握。
总结
结合课本和本节课的学习，请总结一下燃料电池的优点？缺点？
请同学们猜测一下，冬奥会的氢能源汽车排出的水，能喝吗？请看视频。
学生总结本节课学到的内容，积极发言。
让学生了解燃料电池的利用率高，污染小，但是目前还不能广泛使用的原因是什么，从而激励努力学习的斗志。