蘇教版選修4“原電池工作原理”教學(xué)設(shè)計(jì)

步月華 李勝榮

（江蘇省丹陽高級中學(xué) 江蘇 丹陽 212300）

一、教材分析

本節(jié)內(nèi)容為高中化學(xué)新課程（蘇教版）選修4 的專題1 第二單元的重要內(nèi)容之一。該內(nèi)容學(xué)生在化學(xué)2 已有一定的了解，本節(jié)是該內(nèi)容的加深拓展，主要是增加了鹽橋的內(nèi)容。本節(jié)課試圖以“教師巧妙引導(dǎo)，學(xué)生自主探究”的學(xué)習(xí)方式學(xué)習(xí)，大致分為：回顧原電池，改良原電池，設(shè)計(jì)原電池，書寫電極反應(yīng)等幾個(gè)基本環(huán)節(jié)。在課程實(shí)施過程中，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題，提出疑問，分析討論，師生互動(dòng)，最后找到解決辦法，培養(yǎng)了學(xué)生的問題意識、動(dòng)手能力。

二、教學(xué)目標(biāo)

1．知識與技能

（1）在化學(xué)2 的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)原電池工作原理，探究單液原電池的不足和改進(jìn)；

（2）學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)研究的方法，能設(shè)計(jì)原電池，形成完備的原電池概念，理解構(gòu)成原電池的條件，掌握電極反應(yīng)式的書寫。

2．過程與方法

（1）通過實(shí)驗(yàn)探究原電池原理，學(xué)會(huì)觀察、學(xué)會(huì)提問、學(xué)會(huì)思考；

（2） 通過對單液原電池與雙液原電池的設(shè)計(jì)對比，學(xué)會(huì)比較、評價(jià)設(shè)計(jì)方案。

3．情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）通過自主探究根據(jù)現(xiàn)象設(shè)疑，根據(jù)疑問求解的模式，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科學(xué)探究態(tài)度和科學(xué)創(chuàng)新精神；

（2）在小組合作的過程中，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)合作的探究學(xué)習(xí)觀念，強(qiáng)化合作意識。

三、教學(xué)思路

水果電池視頻引入→復(fù)習(xí)原電池工作原理→學(xué)生設(shè)計(jì)簡單原電池→通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生發(fā)現(xiàn)單液原電池缺陷→教師啟發(fā)學(xué)生，引出“鹽橋”，找到改良方法→師生歸納、總結(jié)→學(xué)以致用

四、教學(xué)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(jī)充電，場面非常震撼。

［教師］ 同學(xué)們，剛才的視頻中蘊(yùn)藏著什么化學(xué)原理？

［學(xué)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(fù)習(xí)原電池的工作原理。

［學(xué)生匯報(bào)］Zn 為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：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(fā)生還原反應(yīng)：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(fā)生偏轉(zhuǎn)，溶液中陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，形成閉合回路。

設(shè)計(jì)意圖：通過復(fù)習(xí)以稀硫酸為介質(zhì)的Cu－Zn 原電池，迅速喚醒已學(xué)知識。

［板書］一、原電池工作原理

負(fù)極： Zn－2e－＝Zn2＋

正極：2H＋＋2e－＝H2↑

總反應(yīng)：Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑

［教師］通過剛才對原電池原理的復(fù)習(xí)，請同學(xué)們來歸納構(gòu)成原電池的條件。

［學(xué)生］（1）兩個(gè)活潑性不同的電極，較活潑的為負(fù)極；（2）電解質(zhì)溶液；（3）構(gòu)成閉合回路；（4）存在自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。

［教師］對學(xué)生的回答補(bǔ)充提升。

內(nèi)因：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；

外因：（1）兩個(gè)電極（導(dǎo)體，可同，可不同）

負(fù)極：失電子，氧化反應(yīng)

正極：得電子，還原反應(yīng)

（2）電解質(zhì)（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(shè)計(jì)意圖：拓展已有知識，加深學(xué)生對構(gòu)成原電池條件的認(rèn)識。

［引入新知］

提出疑問： 反應(yīng)Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu 是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)？ 如何驗(yàn)證？

探究活動(dòng)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(jì)測量溶液的溫度，觀察溫度的變化。

教師演示，請一位同學(xué)走上講臺(tái)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并向大家匯報(bào)所觀察到的現(xiàn)象。

［學(xué)生匯報(bào)］ 溫度計(jì)示數(shù)上升，故該反應(yīng)放熱。

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

［學(xué)生］上黑板板演裝置圖及電極反應(yīng)式。

裝置圖：如左圖。

電極反應(yīng)： 負(fù)極：Zn－2e－＝Zn2＋

正極：Cu2＋＋2e－＝Cu

總反應(yīng)：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu

［教師］請大家根據(jù)黑板上的裝置圖搭建實(shí)驗(yàn)裝置，觀察現(xiàn)象。

［學(xué)生］4 人一組，進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。

［教師］請學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

［學(xué)生］Zn 棒和Cu 棒表面均有紅色物質(zhì)析出（用時(shí)8分鐘），電流表示數(shù)不穩(wěn)定，逐漸減小。

［教師激疑］Zn 棒表面為什么會(huì)有銅析出？

［學(xué)生回答］Zn 棒與CuSO4溶液直接接觸，故會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)，所以Zn 棒表面有紅色物質(zhì)析出。

［教師補(bǔ)充］對，有這種可能。還有一種可能，Zn 棒不純，Zn 與自身的雜質(zhì)構(gòu)成原電池，所以Zn 棒表面會(huì)有紅色物質(zhì)析出。

［教師分析］原電池是在兩處進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，一處失電子，一處得電子，正因?yàn)樵趦商庍M(jìn)行，才有電子的定向移動(dòng)，才有電流的產(chǎn)生，化學(xué)能才能轉(zhuǎn)化為電能。要是在一處進(jìn)行，就沒有電子的定向移動(dòng)，就不會(huì)產(chǎn)生電流。所以我們不希望鋅與硫酸銅直接發(fā)生置換反應(yīng)，即不希望得失電子都在鋅表面進(jìn)行。

［教師激疑］如何改進(jìn)原電池，使化學(xué)能盡可能轉(zhuǎn)化為電能？

［學(xué)生］讓Zn 與CuSO4溶液不直接接觸，但仍然形成閉合回路。

設(shè)計(jì)意圖：先動(dòng)手設(shè)計(jì)，后從自己的設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)單液原電池的缺陷，激起學(xué)生進(jìn)一步探究改進(jìn)方法。培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和問題意識。

［新知介紹］

探究活動(dòng)二：用鹽橋?qū)⒅糜袖\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(dǎo)線與電流表相連，觀察現(xiàn)象。

［教師］進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，請學(xué)生說出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

［學(xué)生］ 電流表指針偏轉(zhuǎn)，且電流穩(wěn)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(nèi)自由移動(dòng)。當(dāng)將鹽橋拿開，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，故鹽橋起著形成閉合回路的作用。

［教師］走向?qū)W生，向?qū)W生展示鹽橋，并提問：瓊脂像什么？

［學(xué)生］果凍、牙膏、豆腐、漿糊等。

［教師］瓊脂會(huì)流出來嗎？

［學(xué)生］不會(huì)。

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

［交流討論］

判斷導(dǎo)線中電子的流向及鹽橋中離子的移動(dòng)方向，寫出電極反應(yīng)及總反應(yīng)。

［學(xué)生回答］ 電子從鋅棒流向銅棒，鹽橋中陽離子（K＋）向正極區(qū)溶液移動(dòng)，陰離子（Cl－）向負(fù)極區(qū)溶液移動(dòng)。電極反應(yīng)為：

負(fù)極：Zn－2e－＝Zn2＋

正極：Cu2＋＋2e－＝Cu

總反應(yīng)：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu

［教師總結(jié)］負(fù)極區(qū)Zn－2e－＝Zn2＋，鋅離子進(jìn)入溶液，使負(fù)極區(qū)溶液帶正電荷，阻止Zn 繼續(xù)失電子進(jìn)入溶液，從而使原電池反應(yīng)不能順利進(jìn)行，故鹽橋中的陰離子（Cl－）將向負(fù)極區(qū)溶液移動(dòng)，中和正電荷，使溶液呈電中性，這樣原電池反應(yīng)才能持續(xù)進(jìn)行。同理，鹽橋中的陽離子（K＋）將向正極區(qū)溶液移動(dòng)。正極區(qū)和負(fù)極區(qū)的電解質(zhì)溶液要不與電極材料反應(yīng)，一般我們選擇與電極材料對應(yīng)的鹽溶液，故實(shí)驗(yàn)中我們選擇Zn／ZnSO4溶液、Cu／CuSO4溶液。

設(shè)計(jì)意圖：通過探究實(shí)驗(yàn)來考察學(xué)生對原電池基礎(chǔ)知識的理解，通過對實(shí)驗(yàn)過程中相關(guān)問題的探討，幫助學(xué)生更好地理解雙液原電池，有助于學(xué)生分析問題，解決問題能力的提高。

觀看視頻：探究活動(dòng)二實(shí)驗(yàn)的微觀模擬動(dòng)畫。

設(shè)計(jì)意圖：通過形象的動(dòng)畫展示，加強(qiáng)形象思維。

［板書］二、雙液原電池的優(yōu)點(diǎn)

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

雙液原電池的優(yōu)點(diǎn)：避免了電極材料與電解質(zhì)溶液的直接反應(yīng)，提高了電池效率，增加了電池壽命。

［學(xué)以致用］設(shè)計(jì)原電池

例1：將反應(yīng)Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋，設(shè)計(jì)成原電池，畫出裝置圖。

［教師分析］將總反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)，負(fù)極：Fe－2e－＝Fe2＋；正極：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋。根據(jù)電極反應(yīng)式應(yīng)選擇Fe 作負(fù)極，正極材料只要能導(dǎo)電，活動(dòng)性比Fe 弱就行，若設(shè)計(jì)成單液原電池，則電解質(zhì)溶液中必須含有Fe3＋。若設(shè)計(jì)成雙液原電池，正極區(qū)電解質(zhì)溶液中必須含有Fe3＋，負(fù)極區(qū)電解質(zhì)溶液與負(fù)極材料配套選擇含有Fe2＋的溶液，裝置圖如下所示：

［板書］三、設(shè)計(jì)原電池思路

1．寫出總反應(yīng)的離子方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移方向和數(shù)目。

2．寫出正負(fù)極反應(yīng)式。

3．確定電極材料和電解質(zhì)溶液。

設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)計(jì)原電池，進(jìn)一步強(qiáng)化對原電池原理的理解，強(qiáng)化電極方程式的書寫。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課以“橙子電池給手機(jī)充電的視頻”引入，比較新穎，吸引了學(xué)生，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過觀看視頻，引導(dǎo)學(xué)生回顧了原電池的工作原理，然后再以實(shí)驗(yàn)情景再現(xiàn)為題材，讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)簡單原電池，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了單液原電池的缺陷，激發(fā)學(xué)生探究改進(jìn)的方法。鹽橋使雙液原電池形成閉合回路，不僅出乎學(xué)生的意料，還又一次激發(fā)了學(xué)生的興趣，引發(fā)了學(xué)生的思考。鹽橋的引入不僅是一種技術(shù)進(jìn)步，更是思維模式的改變，也提供了一個(gè)思想教育的機(jī)會(huì)“只有解放思想才能推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步”。本節(jié)課采用實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)，既符合化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，也符合學(xué)生的心理和思維的發(fā)展特點(diǎn)。在探究活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生逐步由認(rèn)識、形成新認(rèn)識，這樣得出的結(jié)論學(xué)生才能真正理解和牢固掌握。實(shí)驗(yàn)探究是讓學(xué)生在具體實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上分析問題得出結(jié)論，符合學(xué)生的思維特點(diǎn)，有利于在形象思維的基礎(chǔ)上發(fā)展學(xué)生的抽象思維。整個(gè)過程的設(shè)計(jì)主要以學(xué)生的自主探究和合作學(xué)習(xí)為主要教學(xué)方法，體現(xiàn)了學(xué)生為主的課堂教學(xué)模式，在教學(xué)中，學(xué)生體驗(yàn)到了合作學(xué)習(xí)的好處，嘗到了成功的喜悅。通過精心設(shè)計(jì)問題，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，也就是說使學(xué)生經(jīng)常處于“憤悱”狀態(tài)，給學(xué)生提供學(xué)習(xí)的目標(biāo)、思維和空間，學(xué)生自主學(xué)習(xí)才能真正成為可能。