“原电池工作原理”教学实录-文档资料

1、“原电池工作原理”教学实录doi ：一、基本思路“原电池” 是高中化学学科体系的核心知识之一，它的教学是氧化还原反应理论的延伸与应用，也是后续电化学知识的基础。 原电池的教学是体现学科交叉， 科学理论联系实际， 培养学生思维能力和探究能力的好素材 1 。原电池教学内容先后出现在必修和选修模块中，且具有一定的层级关系。必修模块以“铜锌稀硫酸”原电池为教学模型，通过具体事例说明通过这样一个装置可以将化学能转化为电能，体现了化学反应产生能量的利用价值；选修模块则以“铜锌硫酸锌、硫酸铜双液” 原电池为教学模型，让学生体验化学能转化为电能的探究过程， 要求学生了解原电池的工作原理， 能正确书写电极反应与

2、电极反应式 2 。本文源于 3 人教版 ?x 修 4 第四章第一节“原电池”，采用“装置改进式”的教学思路：首先，带领学生复习单液原电池， 为了更好地与选修模块衔接，将电解质溶液由稀硫酸改为硫酸铜溶液进行微型实验探究， 使学生能够看到单液原电池中电流的衰减及锌片上有铜析出的弊端； 其次，通过阶梯问题引领学生将原电池装置从单液改进为双液， 通过微型实验探究得出双液原电池的优点。整个教学注重知识的产生和发展过程， 引导学生从身边走进化学，从化学走向社会， 可以使学生更加深入地理解化学能转化为电能的现实意义。一、教学目标 知识与技能 1. 通过复习单液原电池， 进一步加深对原电池形成条件及工作原理的

3、认识；2. 通过实验与分析，了解单液原电池存在的问题和改进方法。 过程与方法 1. 经过对单液原电池装置的优化过程， 感悟科学探究的思路和方法，进一步体会控制变量法在科学探究中的应用；2. 在学习中，学会运用观察、实验等多种手段获取信息，并运用比较等方法对信息进行加工。 情感、态度与价值观 1. 在学习中体验并享受科学探究带来的快乐，感受化学世界的奇妙；2. 增强联系实际学习化学并将化学知识应用于生活的意识；3. 通过单液原电池和双液原电池的探究实验，让学生体会科学研究对于人类社会可持续发展的重要意义。二、教学重、难点1. 教学重点：单液原电池的优化过程。2. 教学难点：盐桥原电池的功能与价值

4、。三、课堂实录环节一：创设情境，引入新课 投影 微视频： iPhone 广告橙子电池给手机充电。 师 请问同学们，你们在视频中看到了什么？ 生 1将一枚铁钉与一枚铜钉一同插入橙子中，并用导线连接，使其产生电流，给手机充电。 师 很好，观察非常仔细！ 试从能量转化角度分析微视频中实现了怎样的能量转化。 生 2 化学能转化为电能。 师我们把化学能转化为电能的这种装置称之为什么？ 生 （齐声回答）原电池。 设计意图 巧融流行元素， 以微视频引出课题， 既吸引了学生注意力，又激发了学习兴趣，为后续学习提供背景资料。环节二：应用理论，升华本质 师 请同学们回忆高一学过的原电池装置（见图1），谈谈该装置中

5、电流是如何产生的？ 生 3 锌片失去电子变成Zn2+进入溶液，吸引 SO42-向锌片移动，与此同时电子从锌片沿导线流向铜片，溶液中的Cu2+向铜片移动，在铜片表面得到电子生成铜，溶液中通过阴、 阳离子的定向移动形成电流。 师 电子为何从锌片沿导线流向铜片，而不直接在锌片上发生置换反应呢？ 生思考讨论，猜测可能与金属活动性不同有关。 师 当把金属 M棒置于水溶液中时， 金属表面的金属离子受极性水分子的吸引发生水合作用， 产生金属离子的沉淀溶解平衡， 使一部分金属离子以水合离子Mn+（ aq）的形式离开金属进入溶液而把电子留在金属表面上，这是金属溶解过程；同时，溶液中的金属离子有可能碰撞金属表面，

6、 从金属表面上得到电子， 还原为金属原子沉积在金属表面上，这是金属沉积过程。 当金属的溶解速率和溶液中金属离子沉积到金属表面的速率相等时，达到一种动态平衡MMn+（aq）+ne4 。金属锌与金属铜都存在着类似的平衡，但平衡状态并不相同， 金属越活泼，平衡越趋向于溶解方向，金属片上剩余电子越多，因此当锌片与铜片用导线相连时，电子由锌片流向铜片。 设计意图 应用平衡原理解释原电池有利于学生理解原电池工作的本质及后面要学的双液原电池中氧化剂与还原剂不接触仍能反应等问题，也为书写电极反应式，理解半反应概念铲除了思维障碍。环节三：实验验证，发现问题 微型实验探究 1 将锌片、铜片固定在实验板上（锌片和铜

7、片不直接接触）， 然后用滤纸条覆盖住锌片、铜片，再用硫酸铜溶液完全浸透滤纸条，最后用导线连接电流表，观察现象。 生 4 电流表指针发生偏转，表明有电流通过。 生 5 随着上述实验时间的延续，电流表指针偏转的角度逐渐减小，表明电流衰减了。 生 6 上述实验延续一段时间后，掀开滤纸条，发现锌片、铜片上均有铜析出。 师 为什么锌片表面也有铜析出？ 生 7 由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，不可避免地发生了直接的置换反应，因此锌片上会有铜析出。 师 为什么会出现电流衰减现象呢？ 生 8 由于锌片上有铜析出，阻碍了锌片与溶液的接触，造成了电流衰减现象。 师 如何不让 Cu2+在锌片表面被直接还原？ 生 9

8、只需将锌与硫酸铜溶液分开即可。 师 锌片应该放在什么溶液中？ 生 10 应放入不与锌片反应的溶液中。 师 很好！一般选择与电极材料具有相同金属元素的盐溶液中，如硫酸锌溶液中。 设计意图 通过学生动手实验， 对原电池有了感性认识， 又在实验中发现了新的问题，产生认知冲突、提出质疑。这样的实验设计使学生在原有的基础上对原电池有了更直接的感受，同时又产生新的火花，把问题向纵深引入。既培养学生敢于质疑，勤于思考的能力，又培养学生利用信息、运用比较的方法加工信息、分析问题的能力。环节四：依托实验，解决问题 投影 展示改进后的装置图 （见图 2） 。此装置能产生电流吗？ 生 11 不能，因为没有形成闭合回

9、路。 师那么如何将两种电解质溶液连通形成闭合回路呢？ 生 学生面面相觑 师 面带微笑，展示盐桥，并介绍盐桥是由装有饱和KCl 琼脂凝胶组成的。我们可以用盐桥将两种电解质溶液连通。 投影 完善后的装置图（见图3），我们将此装置称之为双液原电池。 微型实验探究 2 将锌片、铜片固定在实验板上（锌片和铜片不直接接 ?| ），然后用硫酸锌溶液完全浸透的滤纸条覆盖住锌片、用硫酸铜溶液完全浸透的滤纸条覆盖住铜片，中间用氯化钾溶液完全浸透的滤纸条（相当于盐桥）搭个桥把两者连起来，最后用导线连接电流表，观察现象。 生 12 电流表指针发生偏转，表明有电流通过。 生 13 随着上述实验时间的延续，电流表指针偏转

10、角度不变，表明电流稳定，不衰减。 生 14 上述实验延续一段时间后，掀开锌片上的滤纸条，锌片上无铜析出，表明单液原电池存在的问题我们已经解决。 师 双液原电池中，两电极和两溶液时间久了会发生什么变化？ 生 15 由于锌失去电子生成锌离子进入溶液，锌片质量逐渐减少， 硫酸锌溶液中锌离子浓度逐渐增大，这时候锌片上发生了氧化反应。与此同时， 电子从锌片沿导线定向移动到铜片上，铜离子从铜片上得到电子生成铜沉积在铜片上，铜片质量逐渐增重， 硫酸铜溶液中铜离子浓度逐渐减小，这时候铜片上发生了还原反应。 师 很好！硫酸锌溶液中锌离子浓度的增大对电子往外的定向移动起了什么作用？你能从中得出盐桥有什么作用？ 生

11、 16 因为锌离子带正电荷，电子带负电荷，异性相吸，所以锌离子浓度的增大对电子往外的定向移动起了抑制作用。为了保持溶液的电中性，盐桥中的K+进入 CuSO4溶液中，盐桥中的 Cl 进入ZnSO4溶液中，由此可见盐桥有保持溶液呈电中性的作用。 师 为了保持溶液的电中性， 你觉得盐桥中的离子会怎样移动？ 生 17 盐桥中的氯离子会向锌极移动，钾离子会向铜极移动。 师如果没有盐桥， 此电路能不能形成闭合回路？你能从中得出盐桥还有什么作用？ 生 18 不能。盐桥还有连通电路的作用。 设计意图 通过实验体会双液原电池的优点， 为进一步理解盐桥的作用奠定基础。从电流表指针恒定，体现出氧化剂和还原剂可以不直

12、接接触，在有盐桥的特定原电池装置下，也能发生氧化还原反应，这为原电池原理的实用性开发奠定了理论基础。环节五：知识拓展，用于生活 师 我们使用的干电池中有没有盐桥呢？请同学们带着这个疑问， 拿出实验盘中已经解剖好的干电池。请看，在干电池中有层牛皮纸，这层牛皮纸上涂有了电解质溶液，请同学们猜想，它的作用是什么？ 生 19 相当于盐桥。 师 不错！为什么干电池中的牛皮纸不是一层而是多层，同时内层和外层紧紧地包裹在一起呢？ 微型实验探究 3 将锌片、铜片固定在实验板上（锌片和铜片不直接接触），然后用硫酸锌溶液完全浸透的滤纸条覆盖住锌片、用硫酸铜溶液完全浸透的滤纸条覆盖住铜片，中间用氯化钾溶液完全浸透的

13、滤纸条搭个桥把两者连起来，最后用导线连接万用表， 记录电压、电流数据；再在中间多搭几条用氯化钾溶液完全浸透的滤纸条，记录电压、电流数据。 生 20 多搭几条盐桥后，电压不变，电流增大。 师 为什么增加盐桥后，电压不变，电流增大？ 生 21 增加盐桥后，增大了横截面积，减小了电池内阻，所以电流增大。 师 由此看来，多层牛皮纸的作用是为了有效地降低电池内阻，延长电池寿命。如果科学发展到这儿是否就停止不前呢？ 生 齐声回答：不是。 师 你对这种干电池满意吗？ 生 22 不满意，因为不能被二次利用。 投影 二次电池图片。 师 在日常生活中， 我们需要经久耐用的二次电池，在二次电池中有多层隔膜，多层隔膜

14、可有效地降低电池内阻。 设计意图 提高学生发现问题的能力， 体会层层递进的实验探究过程，培养科学的实验探究方法，增强学生对原电池结构的认识，进一步体现双液原电池的功能与价值。 结课 我们不仅需要二次电池，还需要更好地应用于日常生活中，这为推动低碳、环保，节能、减排起到了非常关键的作用。最后用马克思的一句话结课：“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望到达光辉的顶点。”四、教学反思微型实验 5 可以更直接地让学生认识化学， 了解化学实验原理，进而掌握实验现象。 通过微型实验学生可以相互交流沟通， 分享自己对实验原理的理解，从而提高观察能力、动手能力、合作能力和表达能力，促进全面发展。微型实验可以激发学生学习化学知识的兴趣，让学生更加积极地进行化学知识的学习，