蘇教版選修4“原電池工作原理”教學設計

步月華 李勝榮

（江蘇省丹陽高級中學 江蘇 丹陽 212300）

一、教材分析

本節內容為高中化學新課程（蘇教版）選修4 的專題1 第二單元的重要內容之一。該內容學生在化學2 已有一定的了解，本節是該內容的加深拓展，主要是增加了鹽橋的內容。本節課試圖以“教師巧妙引導，學生自主探究”的學習方式學習，大致分為：回顧原電池，改良原電池，設計原電池，書寫電極反應等幾個基本環節。在課程實施過程中，學生動手實驗，觀察現象，發現問題，提出疑問，分析討論，師生互動，最后找到解決辦法，培養了學生的問題意識、動手能力。

二、教學目標

1．知識與技能

（1）在化學2 的基礎上，進一步學習原電池工作原理，探究單液原電池的不足和改進；

（2）學習實驗研究的方法，能設計原電池，形成完備的原電池概念，理解構成原電池的條件，掌握電極反應式的書寫。

2．過程與方法

（1）通過實驗探究原電池原理，學會觀察、學會提問、學會思考；

（2） 通過對單液原電池與雙液原電池的設計對比，學會比較、評價設計方案。

3．情感態度與價值觀

（1）通過自主探究根據現象設疑，根據疑問求解的模式，進行自主學習，激發學習興趣，培養科學探究態度和科學創新精神；

（2）在小組合作的過程中，培養團結合作的探究學習觀念，強化合作意識。

三、教學思路

水果電池視頻引入→復習原電池工作原理→學生設計簡單原電池→通過實驗現象，學生發現單液原電池缺陷→教師啟發學生，引出“鹽橋”，找到改良方法→師生歸納、總結→學以致用

四、教學過程

［知識回顧］播放水果電池視頻，視頻中用1280 瓣的橙子給手機充電，場面非常震撼。

［教師］ 同學們，剛才的視頻中蘊藏著什么化學原理？

［學生回答］原電池原理。

［教師］以下圖所示原電池裝置為例回憶復習原電池的工作原理。

［學生匯報］Zn 為負極，發生氧化反應：Zn－2e－＝Zn2＋，鋅棒逐漸溶解；Cu 為正極，溶液中的H＋在Cu棒表面得電子發生還原反應：2H＋＋2e－＝H2↑，銅棒表面冒氣泡。電子從鋅棒流向銅棒，故電流表指針發生偏轉，溶液中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，形成閉合回路。

設計意圖：通過復習以稀硫酸為介質的Cu－Zn 原電池，迅速喚醒已學知識。

［板書］一、原電池工作原理

負極： Zn－2e－＝Zn2＋

正極：2H＋＋2e－＝H2↑

總反應：Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑

［教師］通過剛才對原電池原理的復習，請同學們來歸納構成原電池的條件。

［學生］（1）兩個活潑性不同的電極，較活潑的為負極；（2）電解質溶液；（3）構成閉合回路；（4）存在自發進行的氧化還原反應。

［教師］對學生的回答補充提升。

內因：自發進行的氧化還原反應；

外因：（1）兩個電極（導體，可同，可不同）

負極：失電子，氧化反應

正極：得電子，還原反應

（2）電解質（提供自由離子——溶液，熔融或固體均可）

（3）閉合回路（“電子岸上走，離子水中游”）

設計意圖：拓展已有知識，加深學生對構成原電池條件的認識。

［引入新知］

提出疑問： 反應Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu 是吸熱反應還是放熱反應？ 如何驗證？

探究活動一： 向一只試管中加入1．0mol／LCuSO4溶液30mL，再加入適量Zn 粉，用溫度計測量溶液的溫度，觀察溫度的變化。

教師演示，請一位同學走上講臺觀察實驗現象，并向大家匯報所觀察到的現象。

［學生匯報］ 溫度計示數上升，故該反應放熱。

［教師］ 既然這是一個對外釋放能量的氧化還原反應，能否將該反應“Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu”設計成原電池？ 請畫出裝置圖，寫出電極反應。

［學生］上黑板板演裝置圖及電極反應式。

裝置圖：如左圖。

電極反應： 負極：Zn－2e－＝Zn2＋

正極：Cu2＋＋2e－＝Cu

總反應：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu

［教師］請大家根據黑板上的裝置圖搭建實驗裝置，觀察現象。

［學生］4 人一組，進行分組實驗。

［教師］請學生匯報實驗現象。

［學生］Zn 棒和Cu 棒表面均有紅色物質析出（用時8分鐘），電流表示數不穩定，逐漸減小。

［教師激疑］Zn 棒表面為什么會有銅析出？

［學生回答］Zn 棒與CuSO4溶液直接接觸，故會發生置換反應，所以Zn 棒表面有紅色物質析出。

［教師補充］對，有這種可能。還有一種可能，Zn 棒不純，Zn 與自身的雜質構成原電池，所以Zn 棒表面會有紅色物質析出。

［教師分析］原電池是在兩處進行的氧化還原反應，一處失電子，一處得電子，正因為在兩處進行，才有電子的定向移動，才有電流的產生，化學能才能轉化為電能。要是在一處進行，就沒有電子的定向移動，就不會產生電流。所以我們不希望鋅與硫酸銅直接發生置換反應，即不希望得失電子都在鋅表面進行。

［教師激疑］如何改進原電池，使化學能盡可能轉化為電能？

［學生］讓Zn 與CuSO4溶液不直接接觸，但仍然形成閉合回路。

設計意圖：先動手設計，后從自己的設計中發現單液原電池的缺陷，激起學生進一步探究改進方法。培養了學生的動手能力和問題意識。

［新知介紹］

探究活動二：用鹽橋將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液的燒杯連接起來，然后將鋅片和銅片分別用導線與電流表相連，觀察現象。

［教師］進行演示實驗，請學生說出實驗現象。

［學生］ 電流表指針偏轉，且電流穩定。

［教師］介紹鹽橋：鹽橋中一般裝有含KCl 飽和溶液的瓊脂，K＋和Cl－能在瓊脂內自由移動。當將鹽橋拿開，電流表指針不偏轉，故鹽橋起著形成閉合回路的作用。

［教師］走向學生，向學生展示鹽橋，并提問：瓊脂像什么？

［學生］果凍、牙膏、豆腐、漿糊等。

［教師］瓊脂會流出來嗎？

［學生］不會。

［教師］對，瓊脂與果凍、牙膏、豆腐、漿糊一樣，是一種不能流動的固液混合物，以固體為主。

［交流討論］

判斷導線中電子的流向及鹽橋中離子的移動方向，寫出電極反應及總反應。

［學生回答］ 電子從鋅棒流向銅棒，鹽橋中陽離子（K＋）向正極區溶液移動，陰離子（Cl－）向負極區溶液移動。電極反應為：

負極：Zn－2e－＝Zn2＋

正極：Cu2＋＋2e－＝Cu

總反應：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu

［教師總結］負極區Zn－2e－＝Zn2＋，鋅離子進入溶液，使負極區溶液帶正電荷，阻止Zn 繼續失電子進入溶液，從而使原電池反應不能順利進行，故鹽橋中的陰離子（Cl－）將向負極區溶液移動，中和正電荷，使溶液呈電中性，這樣原電池反應才能持續進行。同理，鹽橋中的陽離子（K＋）將向正極區溶液移動。正極區和負極區的電解質溶液要不與電極材料反應，一般我們選擇與電極材料對應的鹽溶液，故實驗中我們選擇Zn／ZnSO4溶液、Cu／CuSO4溶液。

設計意圖：通過探究實驗來考察學生對原電池基礎知識的理解，通過對實驗過程中相關問題的探討，幫助學生更好地理解雙液原電池，有助于學生分析問題，解決問題能力的提高。

觀看視頻：探究活動二實驗的微觀模擬動畫。

設計意圖：通過形象的動畫展示，加強形象思維。

［板書］二、雙液原電池的優點

單液原電池的缺陷：電極材料與電解質溶液直接接觸反應，化學能部分轉化為熱能，降低了電池的能量利用效率。

雙液原電池的優點：避免了電極材料與電解質溶液的直接反應，提高了電池效率，增加了電池壽命。

［學以致用］設計原電池

例1：將反應Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋，設計成原電池，畫出裝置圖。

［教師分析］將總反應拆成兩個半反應，負極：Fe－2e－＝Fe2＋；正極：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋。根據電極反應式應選擇Fe 作負極，正極材料只要能導電，活動性比Fe 弱就行，若設計成單液原電池，則電解質溶液中必須含有Fe3＋。若設計成雙液原電池，正極區電解質溶液中必須含有Fe3＋，負極區電解質溶液與負極材料配套選擇含有Fe2＋的溶液，裝置圖如下所示：

［板書］三、設計原電池思路

1．寫出總反應的離子方程式，并標出電子轉移方向和數目。

2．寫出正負極反應式。

3．確定電極材料和電解質溶液。

設計意圖：通過設計原電池，進一步強化對原電池原理的理解，強化電極方程式的書寫。

五、教學反思

本節課以“橙子電池給手機充電的視頻”引入，比較新穎，吸引了學生，激發了學生的學習興趣。通過觀看視頻，引導學生回顧了原電池的工作原理，然后再以實驗情景再現為題材，讓學生自己動手設計簡單原電池，通過實驗現象，學生發現了單液原電池的缺陷，激發學生探究改進的方法。鹽橋使雙液原電池形成閉合回路，不僅出乎學生的意料，還又一次激發了學生的興趣，引發了學生的思考。鹽橋的引入不僅是一種技術進步，更是思維模式的改變，也提供了一個思想教育的機會“只有解放思想才能推動社會的進步”。本節課采用實驗探究式教學，既符合化學的學科特點，也符合學生的心理和思維的發展特點。在探究活動中引導學生逐步由認識、形成新認識，這樣得出的結論學生才能真正理解和牢固掌握。實驗探究是讓學生在具體實驗事實的基礎上分析問題得出結論，符合學生的思維特點，有利于在形象思維的基礎上發展學生的抽象思維。整個過程的設計主要以學生的自主探究和合作學習為主要教學方法，體現了學生為主的課堂教學模式，在教學中，學生體驗到了合作學習的好處，嘗到了成功的喜悅。通過精心設計問題，不斷激發學生的學習動機，也就是說使學生經常處于“憤悱”狀態，給學生提供學習的目標、思維和空間，學生自主學習才能真正成為可能。