原電池實驗的改進與拓展
——原電池實驗教學實錄

鄭麗霞

(廣東省佛山市第一中學化學科組 528000)

一、實驗教學目標

【知識與技能目標】理解原電池的定義，探究原電池的效率.

【過程與方法目標】通過步步深入的實驗探究，提高實驗分析能力.

【培養學生化學核心素養目標】化學課堂教學是培養學生化學核心素養的重要載體，在教學中創設相關情境，培養學生“提出問題—猜想與假設—實驗驗證—分析與論證—得出結論”的科學探究方法；同時培養學生喜愛探究、樂于探究、善于探究，不斷追求科學發展的精神.

二、實驗內容設計

本實驗是對選修四第四章第一節原電池實驗4-1的改進拓展.力圖解決兩個問題：

1.單池原電池存在缺陷導致原電池效率不高，如何改進Zn-Cu-CuSO4原電池裝置，才能實現高效穩定地對外輸送電能？

2.如何實現在持續、穩定對外輸出電能的基礎上加大電流？

【實驗重點】證明：原電池是將化學能轉化為電能的裝置.

【實驗難點】證明：化學能越大，原電池轉化得到的電能越大.

為了解決上述問題，突出重點，突破難點，構建了三個實驗模型：

單池原電池(如圖1)：證明化學能轉化為電能了.但在實現能量轉化過程中存在矛盾，因為氧化劑與還原劑沒有隔開，部分反應直接發生，化學能不能全部轉化為電能，且電流不穩定、不能持續供電.

雙池原電池(如圖2)：是對單池原電池的改進，氧化劑與還原劑近乎完全隔開，利用鹽橋連接，克服了化學能的損失，實現化學能全部轉化為電能，為原電池持續、穩定得產生電流創造了必要的條件.

多反應雙池原電池(如圖3)：一個化學反應提供的化學能是有限的，若能設計多個化學反應同時進行，產生的化學能越多，轉化得到的電能就越多.這將為原電池原理的實用性開發奠定理論基礎，使能源的綜合利用得到進一步發展.

以上三個實驗模型實現了對原電池探究的步步深入，讓學生對原電池的定義——將化學能轉化為電能的裝置有了更深入的理解，拓展了學生的思維，培養了學生不斷追求科學發展的精神.

三、教學過程實錄

筆者將本次課整體設計為四個部分：1.導入新課；2.基礎回顧；3.探究原電池的效率；4.總結所學知識.

探究原電池的效率揭示原電池的原理是本節課的重難點.

第一部分：導入新課

在這個部分使用了知識聯系生活策略，通過介紹生活中出現的高科技原電池，提高學生探究原電池原理的興趣.

第二部分：基礎回顧

引導學生回顧必修二第二章第二節所學的關于原電池的定義、組成條件、工作原理.

【實驗驗證】學生實驗1

表2 實驗1現象

【分析與論證】由實驗1現象(見表2)分析得出：

單池原電池的不足之處：(1)電流不穩定；

(2)鋅片所失電子沒有全部形成電流，效率不高.

問題根源：Zn與CuSO4溶液的直接接觸，存在直接的化學反應，化學能沒有全部轉化為電能.

【結論】單池原電池能將化學能轉化為電能，但存在缺陷效率不高.

②稱取2，4-D粉末1g溶于500mL清水配成2g·L-1的母液，再用清水分別稀釋成質量濃度為2×10-11、2×10-10、2×10-9、2×10-8、2×10-7、2×10-6g·L-1的2，4-D溶液。

第三部分：探究原電池的效率

【提出問題】單池原電池存在缺陷導致原電池效率不高，如何改進Zn-Cu-CuSO4原電池裝置，才能實現高效穩定地對外輸送電能？

【猜想與假設】將氧化劑與還原劑分開為兩個半電池，避免直接的化學反應，兩個半電池用鹽橋連接，從而實現化學能全部轉化為電能.

【實驗驗證】學生實驗2，現象見表3.

表3 實驗2現象

【分析與論證】單池原電池與雙池原電池對比：1.總反應，電極反應都相同.2.導線中電子流向相同.3.陽離子和陰離子流向相同.4.裝置構成不同，效率不同.

【結論】雙池原電池實現高效穩定地對外輸送電能.

【延伸拓展】如何實現在持續、穩定對外輸出電能的基礎上加大電流？是不是化學反應提供的化學能越多，原電池就能轉化得更多的電能呢？

【猜想與假設】在雙池原電池的基礎上加多一個化學反應，提供更多的化學能，若電流表指針偏轉幅度增大，則說明化學能越大，轉化得到的電能越大.

【實驗驗證】學生實驗3,現象見表4.

表4 實驗3現象

【分析與論證】多反應雙池原電池與雙池原電池對比：

1.導線中電子流向相同.

2.陽離子和陰離子流向相同.

3.總反應不同，化學能增大，效率不同.

【結論】化學能越大，轉化得到的電能越大.

第四部分：總結所學知識

1.深入理解原電池的定義：將化學能轉化為電能的裝置，化學能越大，轉化得電能越大.

2.學習“提出問題—猜想與假設—實驗驗證—分析與論證—得出結論”的科學探究方法.

3.發揚喜愛探究、樂于探究、善于探究，不斷追求科學發展的精神.

四、實驗設計亮點與教學反思

1.實驗創新并在教學中的融合應用.創新性地設計了實驗3對原電池定義進行更深入地挖掘，通過直觀清晰的實驗現象增強學生對原電池的感性認知和探究性體驗，提高學生分析問題與解決問題的能力.

2.發揮實驗教學的育人功能.實驗1、2、3層層遞進，對原電池的探究越來越深入，學生的思維得到全面發展，探究結果振奮人心，實現在認知活動中培養和提升學生的化學核心素養.

3.體現實驗教學的設計思路.整個教學設計都貫穿培養學生科學探究能力和化學遷移思維的教學思想.運用實驗探究解決問題，實驗探究緊扣“提出問題—猜想與假設—實驗驗證—分析與論證—得出結論”的科學探究方法，以實驗現象和數據說話，科學嚴謹，體現化學學科特色.