《原電池》教學(xué)案例設(shè)計(jì)（人教版選修4第四章第一節(jié)）

溫東平

一、教材學(xué)情分析

1.教材分析：化學(xué)能可以直接轉(zhuǎn)化為熱能、光能等。化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化則必須通過(guò)一定的裝置。研究化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置、過(guò)程和效率的科學(xué)叫電化學(xué)，其應(yīng)用很廣泛，如電解、電鍍、電冶金、電池的制造等，本節(jié)內(nèi)容有利于學(xué)生了解電化學(xué)反應(yīng)所遵循的規(guī)律，知道電化學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)生活、科學(xué)研究中的作用，同時(shí)一些有趣的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究活動(dòng)，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和樹立研究化學(xué)的志向。

必修2在學(xué)習(xí)《金屬的化學(xué)性質(zhì)》和《化學(xué)反應(yīng)與能量變化》等的基礎(chǔ)上已經(jīng)學(xué)習(xí)了Zn—Cu稀H₂SO₄組成的簡(jiǎn)單原電池，初步了解了原電池原理，本節(jié)進(jìn)一步介紹帶有“鹽橋”的復(fù)雜的原電池的組成和工作原理。通過(guò)對(duì)原電池中閉合電路形成過(guò)程的分析，引出半電池、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念，從而進(jìn)一步提高對(duì)原電池構(gòu)成和工作原理的認(rèn)識(shí)、應(yīng)用。

內(nèi)容結(jié)構(gòu)上具有上承氧化還原反應(yīng)，下啟電化學(xué)腐蝕和防護(hù)、化學(xué)電源、電解電鍍等并與能量轉(zhuǎn)化，元素化合物以及電解質(zhì)溶液相互聯(lián)系，形成了一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的好教材。

2.學(xué)情分析：

知識(shí)方面：已經(jīng)在《金屬的化學(xué)性質(zhì)》和《化學(xué)反應(yīng)與能量變化》的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了Zn—Cu稀H₂SO₄組成的簡(jiǎn)單原電池，初步了解了原電池原理、正（負(fù)）電極、電解質(zhì)溶液的選擇以及電極反應(yīng)產(chǎn)物的判斷。

能力方面：具備了一定的實(shí)驗(yàn)觀察、思維和自學(xué)能力，但分析推理和抽象思維能力有待提高。

二、教學(xué)目標(biāo)

Ⅰ.知識(shí)目標(biāo)

（1）判斷形成原電池的條件，明確原電池的工作原理。

（2）了解設(shè)計(jì)原電池，選用正、負(fù)電極的原則，電解質(zhì)溶液的選擇及電極反應(yīng)產(chǎn)物的判斷。

Ⅱ.能力目標(biāo)

（1）培養(yǎng)學(xué)生探究精神和從實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論的科學(xué)方法。

（2）培養(yǎng)學(xué)生由實(shí)踐到理論，再由理論指導(dǎo)實(shí)踐的科學(xué)方法。

（3）培養(yǎng)觀察能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

Ⅲ 德育目標(biāo)：樹立正確的能源觀，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)等。

三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：

1.原電池的形成條件，原電池的工作原理（包括帶鹽橋的原電池）

2.能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。

教學(xué)難點(diǎn)：原電池的原理及其應(yīng)用（包括帶鹽橋的原電池）。

四、教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)探究、啟發(fā)發(fā)現(xiàn)、討論法。

五、教學(xué)用品

大燒杯、電流表、銅片、鋅片、導(dǎo)線、稀H₂SO₄、蘋果、酒精溶液、鹽橋。

六、教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)情提出問(wèn)題：從原電池在生活中的應(yīng)用入手變學(xué)生的被動(dòng)為主動(dòng)突出學(xué)生的主體地位將演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)并設(shè)疑為：

2.學(xué)生實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一：將銅片插入稀硫酸溶液中

實(shí)驗(yàn)二：將鋅片插入稀硫酸溶液中

實(shí)驗(yàn)三：將銅片和鋅片同時(shí)插入稀硫酸溶液中，但不接觸

[設(shè)疑]為什么上述實(shí)驗(yàn)都是鋅片上產(chǎn)生氣泡但銅片上沒(méi)有，寫出離子方程式？

實(shí)驗(yàn)四：將銅片和鋅片同時(shí)插入稀硫酸溶液中，并用導(dǎo)線連接（有氣泡產(chǎn)生）

實(shí)驗(yàn)五：用干電池證明實(shí)驗(yàn)四中的正負(fù)極

[設(shè)疑]①是什么氣體？②Cu片上產(chǎn)生H₂，是否說(shuō)明銅片能失去電子？

[提出假設(shè)一]銅片若失去電子，應(yīng)觀察到什么現(xiàn)象？

[啟發(fā)學(xué)生思考]銅片若失去電子，應(yīng)看到溶液成藍(lán)色而實(shí)驗(yàn)無(wú)此現(xiàn)象，說(shuō)明H⁺得到的電子不是銅失去的！

③H⁺得到的電子哪來(lái)的？④鋅失去的電子如何傳遞到銅片上？沿導(dǎo)線呢還是從溶液中？怎樣來(lái)證明？

[提出假設(shè)二]若電子從溶液中傳遞到銅片上的，那么在傳遞過(guò)程中H⁺就能獲得電子產(chǎn)生H⁺，而實(shí)驗(yàn)中卻看到的是在銅片表面上看到氣泡。電子若沿導(dǎo)線傳遞則可以用電流表來(lái)測(cè)定，引出實(shí)驗(yàn)六

實(shí)驗(yàn)六：將銅片和鋅片同時(shí)插入稀硫酸溶液中，并用導(dǎo)線連接且在導(dǎo)線之間連接一電流表

[設(shè)疑]若將上述裝置中的稀硫酸溶液換成酒精溶液，電流表指針還會(huì)偏轉(zhuǎn)嗎？

[學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并概括整理]

現(xiàn)象：______，結(jié)論：______。

[教師小結(jié)]（1）原電池的定義

（2）原電池的構(gòu)成條件

[教師設(shè)疑]根據(jù)原電池構(gòu)成條件判斷：將鋅片和銅片分別通過(guò)導(dǎo)線與電流計(jì)連接，并使鋅片和銅片直接接觸，然后浸入盛有硫酸銅溶液的燒杯中，電流表指針會(huì)偏轉(zhuǎn)嗎？

【實(shí)驗(yàn)7—1】將鋅片和銅片分別通過(guò)導(dǎo)線與電流計(jì)連接，并使鋅片和銅片直接接觸，然后浸入盛有硫酸銅溶液的燒杯中

現(xiàn)象：銅片表面明顯有銅析出，電流計(jì)指示無(wú)電流通過(guò)。

[問(wèn)題與思考]上述實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成了原電池嗎？如果沒(méi)有發(fā)生原電池反應(yīng)，銅片表面為什么明顯有紅色的銅析出，并且鋅片逐漸溶解？如果實(shí)驗(yàn)裝置就是原電池，為什么電流計(jì)的指針又不動(dòng)，表現(xiàn)出元電流產(chǎn)生？（實(shí)驗(yàn)中可單獨(dú)置—銅片于該CusO₄溶液中，以作對(duì)比，說(shuō)明銅不與硫酸銅溶液反應(yīng)。）

[設(shè)想]如果要證明上述裝置就是原電池，確實(shí)實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)換，就必須證明鋅片與銅片之間確實(shí)有電流通過(guò)，如何證明？

【實(shí)驗(yàn)7—2】將鋅片和銅片分別通過(guò)導(dǎo)線與電流計(jì)連接，并使鋅片和銅片不直接接觸，再同時(shí)浸入盛有CuSO₄溶液的燒杯中。

現(xiàn)象：電流計(jì)指針發(fā)生偏移，并指示電子是由鋅片流向銅片，在銅片表面有紅色的銅析出。

結(jié)論：發(fā)生了原電池反應(yīng)，可以肯定【實(shí)驗(yàn)7—1】中的裝置構(gòu)成了原電池。并且，其中鋅為原電池的負(fù)極，銅為正極。

現(xiàn)象：隨著上述實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延續(xù)，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的角度逐漸減小，最終又沒(méi)有電流通過(guò)。同時(shí)鋅片表面逐漸被銅全部覆蓋。

[分析]：由于鋅片與CusO₄溶液直接接觸，在反應(yīng)一段時(shí)間后，難以避免溶液中有Cu²⁺在鋅片表面被直接還原，一旦有少量銅在鋅片表面析出，即在負(fù)極（鋅）表面也構(gòu)成了原電池，進(jìn)一步加速銅在負(fù)極表面析出，致使向外輸出的電流強(qiáng)度減弱（相當(dāng)于短路了）。當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，反應(yīng)終止了，也就無(wú)電流再產(chǎn)生。

[教師講述]：如果我們把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同的兩區(qū)域進(jìn)行再以適當(dāng)方式連接起來(lái)就可以獲得較穩(wěn)定的電流。為了解決這個(gè)問(wèn)題我們用鹽橋來(lái)連接。

[演示實(shí)驗(yàn)]教材P₇₁實(shí)驗(yàn)4—1提出半電池，電極等概念，分析帶鹽橋原電池的工作原理

描述現(xiàn)象：

解釋原因：

[教師小結(jié)]

（3）原電池工作原理

（4）電極名稱：

（5）電極方程式以及電池總反應(yīng)方程式書寫

3.為了進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用設(shè)置幾組課堂練習(xí)如下

[思考題]投影：下列裝置能形成原電池的是：

答案：B、C

[課堂練習(xí)]教材P₇₃

T₁、T₃、T₄、T₅

[課堂練習(xí)]（拔高題）已知Al、Mg在不同電解質(zhì)溶液中分別構(gòu)成下面原電池A和B

（1）指出各原電池中負(fù)極材料并寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)方程式____________

（2）從構(gòu)成原電池的組成看，判斷電極的正負(fù)除了考慮金屬活潑性還要考慮什么？

4.運(yùn)用原理解決問(wèn)題

4.1 簡(jiǎn)單原電池的設(shè)計(jì)

（1）將反應(yīng)：2FeCl₃+Fe一3FeCl₂設(shè)計(jì)成原電池（右圖）。

（2）判斷正負(fù)極并寫出電極反應(yīng)。

負(fù)極（鐵）：Fe—2e—=Fe²⁺

正極（石墨）：2Fe³⁺+2e—=3Fe²⁺

4.2

[練習(xí)]教材P₇₃T₂

5.作業(yè)（1）教材P₇₃T₆

板書設(shè)計(jì)

一、原電池原理

1.定義：原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置

2.構(gòu)成要素

（a）電極①較活潑的金屬作負(fù)極；②較不活潑的金屬或非金屬作正極。

（b）電解質(zhì)溶液

（c）閉合回路

（d）能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)

說(shuō)明：四個(gè)要素相互聯(lián)系，不能孤立片面的理解。

3.原電池原理：（教材P₇₁頁(yè)實(shí)驗(yàn)4—1為例）

（1）電極反應(yīng)：正極（Zn）Zn—2e^-=Zn²⁺

負(fù)極（Cu）Cu+2e^-=Cu²⁺

（2）電池總反應(yīng)：Zn+Cu²⁺=Cu+Zn²⁺

（3）微粒流向：外電路：電子：負(fù)極→導(dǎo)線→正極

內(nèi)電路：離子：陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)

4.簡(jiǎn)單原電池的設(shè)計(jì)（以教材P₇₃T₂為例）

（1）根據(jù)電池反應(yīng)寫出電極反應(yīng)式

（2）電極材料的選擇：電極必須能導(dǎo)電。一般負(fù)極必須能與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，容易失去電子，多為較活潑金屬。正極負(fù)極間要產(chǎn)生電勢(shì)差，所以必須和負(fù)極不同。

（3）電解質(zhì)溶液的選擇：一般要能與負(fù)極反應(yīng)。但若是兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)燒杯中進(jìn)行，則負(fù)極中的電解質(zhì)溶液中應(yīng)有與電極材料相同的陽(yáng)離子。

（4）形成閉合回路。

教學(xué)反思：本節(jié)課主要采用實(shí)驗(yàn)探究的形式，通過(guò)層層設(shè)問(wèn)，充分發(fā)揮教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的作用，結(jié)合實(shí)驗(yàn)提出假設(shè)，驗(yàn)證假設(shè)，突破教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)，有利于科學(xué)訓(xùn)練思維方法和態(tài)度。然后運(yùn)用由具體到抽象，特殊到一般引導(dǎo)學(xué)生從能量變化和氧化一還原反應(yīng)兩個(gè)方面概括原電池的基本構(gòu)成條件和工作原理。使學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)上的質(zhì)的飛躍。