思政元素：科技自立自强（比亚迪刀片电池针刺实验）。

一、内容分析

本节内容主要包括化学反应中的热能和电能。对于化学反应中的热能，教材除引出化学反应 中的吸热、放热反应等热量变化现象和概念外，主要是借助化学反应中的热量变化揭示化学反应中能量变化的本质，并探讨其与社会、生产、生活的联系。其主要内容和思路如下：

对于化学反应中的电能，教材主要介绍原电池原理及应用——化学电池。热能和电能作为化学反应中能量变化的例子，教材的侧重不同，前者侧重揭示能量变化的本质，后者侧重化学能转变为电能的原理。本节重点知识理论性强，微观分析多，较为抽象；知识内涵丰富，信息量大。

  本节的内容编排特别注意了以下几个方面。

1.从已有知识或生活经验引出新知识

教材利用实验或结合化学反应中热能、电能研究与利用的历史，从学生已有的学科知识和生活经验引出并分析新知识，以降低学生对新知识的陌生感，减缓认知坡度。教材中放热反应和吸 热反应的概念是在实验事实的基础上引出的；对化学反应中能量变化本质的介绍，则利用了学生 学过的氢气与氯气的反应及相关数据。原电池原理的引出从火力发电入手，主要是考虑其在生产 中较为常见，学生也已了解其中的化学和物理知识。原电池原理的介绍，则是利用分步实验现象的观察和分析，在层层剥茧的过程中充分调动学生已有的化学和物理知识。

 

2.宏观与微观相互结合、印证

教材中对原电池原理实验现象的观察和分析，注意了宏观现象观察与微观层面分析的紧密配 合，在解释现象的同时得出原理。对于化学反应中的热量变化，以化学键重组的微观推理深化学生对反应中能量变化的理论认识；又以吸热、放热反应与反应物、生成物总能量变化关系的宏观分析使抽象理论具体化，便于学生在知识储备较少时，适当应用理论，对具体反应进行分析。

 

3.利用自主学习渠道，促进学生体验学科价值

  

  对于体现学科价值的应用类内容，教材利用“思考与讨论”“信息搜索”“科学·技术·社会”等栏目，配合教材正文中相关内容进行简略介绍，为实际教学中学生阅读、思考、讨论和搜索资源等自主学习活动的组织和开展提供空间与途径，拓展学习内容。

化石能源的利用与面临的问题，教材着墨不多但内涵丰富。从化石能源在人类发展中的作用到社会发展与能源需求的关系，从化石能源储量到能源消费需求，再到其燃烧排放对环境的污染和开发清洁新能源，这些无一不与现代生活息息相关，均属社会热点问题，是体现学科价值与培 养学科核心素养的教学素材。但这类内容的信息量很大，难以详述，相关问题只能点到为止。教材设计了“思考与讨论”“信息搜索”两个活动性栏目，以期通过教师引导下的学生自主学习活动的开展，使学生了解更多信息，体会相关问题的重要性以及化学在其中的作用。

类似地，化学电池的种类与发展前景等内容信息量较大，教材也只简单介绍了两种典型电池——锌锰干电池和铅酸蓄电池，并在栏目中介绍新型电池——燃料电池，意在向学生展现电池类型和发展前景的粗略轮廓。更多、更深入的了解，则有待教师在教学中利用“信息搜索”栏目引导学生自主查阅相关信息，以此达到了解电池发展历史和前景、理解研发新型电池意义的目的。

 

4.通过探究引导学生体验和巩固知识重点

“简易电池的设计与制作”探究活动，通过制作水果电池、简易电池和趣味电池演示实验的 设计，引导学生在应用原电池原理基础上，进一步探讨原电池的构成要素及其性质、作用。不仅使学生学习、体验了科学探究的过程和方法，还能巩固其对原电池装置的认识，将教材隐含的原电池的构成要素、原电池电极的选择等重要知识点显性化地落实。

二、教学目标

 

1.教学目标

(1)通过实验和已有知识、经验感受化学反应中的能量变化，知道常见的吸热反应和放热反应，树立物质变化中伴随能量变化的观念。

(2)能从反应物与生成物所具有的能量、化学键的断裂与形成两个角度理解化学反应中能量变化的主要原因，提升证据推理能力。

(3)通过多种渠道了解人类对化学反应中能量的利用情况，了解节能的意义和方法，感受化 学学科的社会价值，培养科学态度与社会责任。

(4)借助原电池装置和原理的学习，体会化学能到电能的直接转化，提高模型认知能力，学 习科学探究方法。

 

2.教学重点和难点

重点：化学反应中能量变化的本质；化学能转化为电能的装置特点及原理。

难点：化学能转化为电能的装置特点及原理。

 

三、教学建议

 

1.关于化学能与热能的教学

化学反应在物质变化过程中伴随着能量变化，教学中首先要让学生充分感受化学反应过程中的热量变化，然后在此基础上探究化学反应中能量变化的本质。教材正文安排了两个实验帮助学 生感受吸热反应与放热反应，教学过程中一定要充分发挥这两个实验的作用。可以采取让学生演示的方式完成这两个实验。如【实验6-1】,请两位学生上讲台分工合作，一人向试管中倾倒盐酸，另外一人打磨镁条、测量温度。提醒实验者一定要用试管夹(或铁夹)夹持试管，同时请学生思考这样做的原因(放热明显、试管很烫)。除了实验者测量温度后公布温度上升数值，也可以请演示实验的学生在反应后迅速走入同学当中，让同学们触摸试管外壁，感受反应放出的热。放热现象不能用眼睛直接观察到，而创造机会让学生触摸试管、近距离观察温度计示数可以增强 学生的感性认识。再如【实验6-2】,请演示实验的学生在反应结束后，用手拿起烧杯(烧杯将木片带起),走入同学中，请同学们轮流用手触摸杯壁下部。教师也可参与其中，故意夸张地请 全班力气最大的学生试图将烧杯与木片分开(实验效果好的话，则不容易分开),这样可使学生对吸热反应产生深刻的印象。总之，学生参与演示，比教师演示更能够激发学生的兴趣，不仅可以活跃课堂气氛，还可能在该过程中生成非常宝贵的教学资源。有了宏观上直接的体验，后面的理论分析教学就有了事实依据。

接下来可以引领学生结合已有知识经验探究化学反应中能量变化的本质。通过初中化学的学习，学生已经知道化学反应在宏观上生成了新物质，其微观实质是反应物分子破裂为原子，原子重新结合成生成物分子；对教材呈现过的氧化汞分解，以及氢气与氯气化合为氯化氢的模型有一定印象。学生在高中又学习了化学键，认识了原子(离子)之间以化学键结合成分子(物质)。教学过程中，教师可以通过幻灯片展示初中教材中氧化汞分解和氢气与氯气反应生成氯化氢的模型示意图(如图6-1和图6-2),引导学生从宏观和微观两个角度理解化学反应过程中能量变化的本质。从微观角度看，化学反应是旧的化学键断裂、新的化学键形成的过程。断裂旧键需要吸收能量，生成新键放出能量(此处可以结合教材数据加以说明)。所以，化学反应在物质变化的过  程中一定伴随着能量变化。然后再结合教材的图6-3从宏观角度解释：根据能量守恒定律，如果反应物的总能量高，生成物的总能量低，由反应物变成生成物的过程中自然要释放能量，该反应 为放热反应；反之，如果反应物的总能量低，生成物的总能量高，由反应物变成生成物的过程中则需要吸收能量，反应为吸热反应。

需要注意的是，化学反应与热能这部分内容在选择性必修课程模块“化学反应原理”中还将继续深化。因此在必修课程阶段，一定要控制内容的深广度。例如，虽然教材通过氢气与氯气反 应中化学键的键能数据说明了化学反应中能量变化的原因，但切不可将运用键能数据计算反应热 作为教学重点。定量计算化学反应的焓变是“化学反应原理”模块承载的功能，提前拓展会大大增加学生的学习负担。

 

2.关于化学能与电能的教学

原电池装置与原理既是教学重点，又是难点。教师可以结合【实验6-3】的现象进行微观推 理，帮助学生认识原电池装置，理解其原理。【实验6-3】分三步操作，有助于学生对原电池装置的构成要素进行逐步建构。建议采取教师演示的方式，有目的、分层次地引导学生观察相应的实 验现象，为后面的理论分析提供实证。如果有条件，可以利用实物投影或笔记本电脑的摄像头放大实验现象，聚焦关键部位，会使观察的效果更好。

第一步，将锌片和铜片插入稀硫酸中，锌片上产生大量气泡，铜片上没有。第二步，用导线 连接锌片与铜片，请学生主要观察铜片上现象的变化。当然，锌片上仍然会有较大量的气泡(不可避免),教师不要回避这个现象，因为锌片与稀硫酸接触发生反应很正常，学生也不会觉得奇 怪。此处教师提问的重点应放在“铜片上为什么会产生气泡”上，引发学生思考。第三步，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，请学生观察电流表的指针是否偏转。实验结束后，教师要引导学生结合宏观现象进行微观推理，培养学生宏观辨识与微观探析的学科核心素养。

根据之前所学的离子反应的相关知识，稀硫酸在溶液中以H+和SO2-  形式存在(中学阶段可 以这样认为),锌可以与H+反应放出氢气而铜片不与H+反应，所以单独将锌片与铜片放入稀硫 酸时，锌片上产生大量气泡，铜片上没有。二者用导线连接后浸入稀硫酸，既然铜片上产生气泡，说明溶液中的H+在铜片表面得到电子，电子从哪里来呢?只能是锌失去的电子通过导线到达铜片。电流表指针偏转也证实了导线中确有电流通过。建议教师用干电池等连接电流表进行对照实验。由于学生都知道干电池的正负极，通过对比可以判断出铜片为正极，锌片为负极。根据学生已有的物理知识，电流方向与电子移动方向相反，进一步证明了电子从锌片流向铜片。

利用【实验6-3】的整个教学过程应该成为一个将宏观现象作为证据在微观层面进行严密推理的过程。最终要使学生认识到，通过特定的装置使氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，可以使氧化还原反应中转移的电子通过导体发生定向移动，形成电流，从而实现化学能向 电能的直接转化。如果没有这个特殊的装置，锌与稀硫酸反应，电子则直接从锌转移给H+,化学能转化为热能等其他形式。

      

四、栏目使用建议

 

1.实验

【实验6-1】

镁条与稀盐酸反应速率快，热效应明显。如果让学生演示， 一定要事先提醒学生用试管夹或

铁夹夹持试管，以免烫伤。而且盐酸的用量一定不能太多，防止反应过于剧烈使酸液冲出试管。

【实验6-2】

实验旨在让学生感受吸热反应，反应吸收大量的热使烧杯与木片间的水凝结成冰的效果十分明显，会给学生留下特别深刻的印象。本实验的药品用量不必十分严格，Ba(OH)₂·8H₂O   与

NH₄Cl的质量大约2:1即可。将晶体研碎，混合均匀，确保在短时间内发生反应是实验成功的关

键。由于产生的氨具有刺激性气味，因此一定要及时用玻璃片盖上烧杯，并考虑对氨进行吸收处理。

【实验6-3】

实验中使用的铜片面积要大一些，锌片面积可小些。锌片越纯越好，可以减少连接铜片后锌 片上的气泡。有资料表明，室温下，使用3%~5%的稀硫酸，用较大表面积的“电解铜”(取细铜丝，再以硫酸铜溶液为电解液在其上镀一层铜)与较小表面积的锌片做电极，且两个电极之间的距离小于5cm,   实验效果较好。

 

2.探究

建议将“简易电池的设计与制作”安排成学生进实验室亲自操作体验的探究活动。探究的目的是在设计和制作简易电池的过程中，让学生体会原电池的构成要素。提出问题“形成一个原电 池需要哪些要素”之后，先请学生根据教材【实验6-3】的原电池模型进行猜想与假设。然后分小组设计实验方案，并用表格的形式展示各小组同学的设计思路；通过小组之间交流和讨论比较 评价方案的优劣。此环节中，教师要强调科学探究过程中“控制变量”进行对比的思想，使学生 养成科学的态度，学会科学研究方法。最后再让学生带着明确的问题和清晰的思路进行实验操作。实验过程中，要求学生及时记录实验现象，鼓励学生提出有价值的问题。

“问题与讨论”中原电池的构成要素不要让学生仅仅就本探究实验形成绝对化的结论，如 “一定要有两个活泼性不同的金属电极”等，要为后面燃料电池中相同的电极材料及其他情况留有余地。可以简单概括为，一般要有一个自发的氧化还原反应，有电极材料，形成闭合回路等。

 

3.思考与讨论

  建议以“情景剧”的形式组织学生活动，让学生以小组合作的方式选择“角****在社会

不同人群的角度，提出想法和建议。