淺談《原電池原理及其應(yīng)用》

原電池的應(yīng)用在當(dāng)今社會(huì)已非常普及，北京奧運(yùn)，為環(huán)保、節(jié)能，實(shí)現(xiàn)零排放，大功率電瓶公交車已經(jīng)成了北京市主要交通工具，原電池的應(yīng)用已深入社會(huì)方方面面，那么原電池的原理是什么?應(yīng)用怎樣?高中化學(xué)作了深入解析，為幫助教學(xué)，本人就原電池原理及其應(yīng)用一節(jié)的教學(xué)進(jìn)行了探索。

一、本節(jié)教學(xué)內(nèi)容淺析

從教學(xué)內(nèi)容分析，這一節(jié)是對(duì)金屬的性質(zhì)與電解質(zhì)溶液知識(shí)的融合。通過學(xué)習(xí)要求達(dá)到對(duì)有關(guān)“電解質(zhì)溶液的酸堿性、化學(xué)反應(yīng)的能量變化、氧化還原反應(yīng)、金屬的性質(zhì)及活動(dòng)性強(qiáng)弱比較”等知識(shí)的整合。從教材的邏輯結(jié)構(gòu)分析，教材內(nèi)容的安排順序是根據(jù)學(xué)生已有的金屬性質(zhì)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景，引發(fā)認(rèn)知沖突，并通過對(duì)銅鋅原電池實(shí)驗(yàn)的分析，領(lǐng)悟原電池的組成和原理。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，由感性認(rèn)識(shí)向理性認(rèn)識(shí)的飛躍。

二、理論引導(dǎo)

學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的基本過程是:認(rèn)知的發(fā)展就是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)展，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是通過同化和順化而不斷發(fā)展。當(dāng)學(xué)習(xí)者遇到新的刺激時(shí)總是試圖用原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)去同化，若獲得成功，便得到暫時(shí)的平衡;若無法用原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)同化，學(xué)習(xí)者便會(huì)做出順化，即調(diào)節(jié)原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)或重建新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，直至達(dá)到認(rèn)知上的新平衡。同化與順化平衡的不斷發(fā)展，促進(jìn)學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展。顯然，在中學(xué)課堂教學(xué)中提倡“自主探究”的教學(xué)方式，對(duì)于促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)具有重要的意義。

三、基本思路

根據(jù)以上對(duì)教材的分析和對(duì)學(xué)習(xí)理論的認(rèn)識(shí)，本節(jié)教材的第一課時(shí)教學(xué)組織的基本思路如下:

1.針對(duì)教材實(shí)際創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景

根據(jù)學(xué)生已有的金屬性質(zhì)等知識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)演示鐵、銅與稀硫酸的反應(yīng)或?qū)W生動(dòng)手操作，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并發(fā)現(xiàn)當(dāng)銅與鐵連接后插入稀硫酸中，銅片表面有氣泡產(chǎn)生，引發(fā)認(rèn)知沖突產(chǎn)生認(rèn)知需要。

2.根據(jù)教材實(shí)際，進(jìn)行問題探究

按照科學(xué)探究的一般過程，結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)和相關(guān)學(xué)科知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生提出猜想(銅片上產(chǎn)生氣泡的可能原因)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想，分析概括形成原電池的概念。再對(duì)銅鋅原電池構(gòu)成進(jìn)行分析，繼續(xù)通過問題探究的方式，獲得原電池的構(gòu)成條件和原電池正負(fù)極的判斷規(guī)則。

3.積極評(píng)價(jià)與反思相結(jié)合

要求學(xué)生運(yùn)用原電池概念與原理，判斷原電池的正負(fù)極，書寫原電池的電極反應(yīng)式，并根據(jù)給定的材料設(shè)計(jì)原電池。通過學(xué)生交流、合作與探究，自主建構(gòu)知識(shí)。

四、教學(xué)過程的實(shí)施

1.課題的引入

在前面我們已學(xué)習(xí)了堿金屬、鎂、鋁和鐵等金屬的性質(zhì)，它們具有哪些共性呢?若將鐵片、銅片分別插入稀硫酸中會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生?為什么?若用導(dǎo)線將鐵片和銅片連接起來再插入稀硫酸中，發(fā)生的現(xiàn)象會(huì)有什么不同?

指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)問題。銅在金屬活動(dòng)性順序表中排在氫后面，不能置換出酸中的氫，當(dāng)用導(dǎo)線將鐵片和銅片連接起來再插入稀硫酸中，銅片上有氣體產(chǎn)生。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證此氣體是氫氣。為什么銅片上會(huì)有氫氣產(chǎn)生呢?

2.問題的產(chǎn)生與解決

合作交流、分析討論、歸納綜合，提出如下假設(shè)。

假設(shè)1.銅在鐵的作用下，能跟稀硫酸反應(yīng)置換出酸中的氫，本身失去電子被氧化。

假設(shè)2.稀硫酸電離產(chǎn)生的H+從銅片上獲得了由鐵片傳遞過來的電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成H2。

(實(shí)驗(yàn)對(duì)上述問題的檢驗(yàn))

實(shí)驗(yàn)1:分別稱量銅片插入稀硫酸前和插入稀硫酸一段時(shí)間后的質(zhì)量，比較銅片質(zhì)量的變化。

實(shí)驗(yàn)2:(若氫離子從銅片上獲得的電子是由鐵片傳遞過來的，則電子的定向移動(dòng)必產(chǎn)生電流。)在鐵片與銅片之間接入一只靈敏電流計(jì)，再將鐵片和銅片平行插入稀硫酸中，觀察電流計(jì)指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)?

現(xiàn)象和結(jié)論:

實(shí)驗(yàn)1:銅片插入稀硫酸前后質(zhì)量無變化。說明銅沒有參與氧化還原反應(yīng)，否定了假設(shè)1。

實(shí)驗(yàn)2:電流計(jì)指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)并偏向于銅片。說明電路中有電流，證明H+從銅片上得到的電子是由鐵片傳遞過來的。即當(dāng)鐵、銅用導(dǎo)線連接并平行插入稀硫酸后，兩金屬上發(fā)生的變化是:

鐵:Fe-2e^-=Fe²⁺(發(fā)生氧化反應(yīng))

銅:2H⁺+2e^-=H₂↑(發(fā)生還原反應(yīng))

結(jié)果是將Fe與H+間直接轉(zhuǎn)移的電子，通過導(dǎo)線和銅片間接轉(zhuǎn)移，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。像這種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫原電池。

(1)原電池:將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

(2)原電池構(gòu)成條件

①構(gòu)成原電池的兩個(gè)電極活潑性不同。從物理學(xué)角度看，電子流出的極為負(fù)極。從實(shí)驗(yàn)(電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn))現(xiàn)象分析，指針背離的極為負(fù)極。從化學(xué)角度判斷，較活潑的，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的極為負(fù)極。則相反意義的極為正極。

②電解質(zhì)溶液，參與氧化還原反應(yīng)、溝通電極和內(nèi)電路的電流回路。

③構(gòu)成閉合回路。外電路電流方向是由原電池的正極經(jīng)電流計(jì)流向原電池的負(fù)極。內(nèi)電路由原電池的負(fù)極通過電解質(zhì)電離產(chǎn)生的陰陽離子的定向移動(dòng)與正極相連。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)總結(jié)

引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用形成原電池的原理并歸納獲得原電池的構(gòu)成條件，判斷某些裝置能否構(gòu)成原電池和原電池的正負(fù)極，書寫電極反應(yīng)式。并對(duì)學(xué)生的活動(dòng)情況作出相應(yīng)的評(píng)價(jià)。

學(xué)生個(gè)體的反思。對(duì)原電池概念的形成過程進(jìn)行深入思考，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象，結(jié)合邏輯分析，提出自己的觀點(diǎn)，加深對(duì)原電池原理及構(gòu)成的理解。學(xué)生全體的反思。要求從發(fā)現(xiàn)問題，提出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，到分析概括形成相應(yīng)結(jié)論，整理知識(shí)，課堂小結(jié)，內(nèi)化為自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn):

1.《化學(xué)大綱》人教版.2006

2.《高中化學(xué)第二冊(cè)教師用書》人教版.2007

作者單位:江西宜春市奉新冶城職校