4.1原电池教学设计高二上学期化学人教版选择性必修1

高中化学人教版（2019）选择性必修1第四章化学反应与电能第一节原电池第一节原电池教学内容分析 1、教材分析本节课内容是以必修第二册第六章“化学能与能量”为基础，进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对原电池中闭合电路形成过程的分析，引出半电池、盐桥、内电路、外电路和电流衰减等概念，帮助学生对电化学的研究和应用范围形成一个概貌性的认识。 2、学情分析 学生在必修第二册中学习了由锌、铜和稀硫酸溶液组成的简单原电池，初步了解了原电池原理。本节课将学习带有盐桥的较复杂的原电池，进一步认识原电池的构成和反应原理。盐桥原电池对学生而言不是一个普通的技术改进问题，而是一次思维模式的一个质的突破，盐桥原电池将氧化还原反应分隔在两个不同的区域进行，通过特定的装置实现电子的定向移动，形成持续、稳定的电流，提高原电池电流稳定性。本节课的学习为学生认识原电池工作原理和原电池原理的实用性开发奠定基础。教学目标1、通过原电池实验，认识原电池构成的基本要素，能设计简单的原电池。2、在分析锌铜原电池的过程中，逐步建立原电池的系统分析思路，能建构原电池思维模型并运用思维模型分析其工作原理。3、了解电池的发展史，能从能量视角、守恒视角和带电粒子运动视角分析电池的研发和利用，学习科学家严谨求实的科学态度，培养责任意识和创新精神。教学重点：原电池构成的基本要素，原电池的工作原理教学难点：教学流程：提升对电池的认识，培养学生责任意识和创新精神建构原电池思维模型并运用思维模型分析其原理设计简单的原电池，建立原电池的系统分析思路回顾原电池，认识原电池构成的基本要素环节4：应用拓展，总结提升环节提升对电池的认识，培养学生责任意识和创新精神建构原电池思维模型并运用思维模型分析其原理设计简单的原电池，建立原电池的系统分析思路回顾原电池，认识原电池构成的基本要素环节4：应用拓展，总结提升环节3：优化电池，构建模型环节1：创设情境，温故知新环节2：设计电池，分析原理

教学过程：环节2：设计电池，分析原理教学活动学生活动设计意图【情景引入】播放电池发展史视频，引发学生思考。观看视频，思考。创设情境，激发学生兴趣和求知欲。【知识回顾】？2.构成原电池需要哪些条件？回忆必修第二册所学原电池相关知识。复习相关知识，温故知新。为设计和组装原电池奠定基础。一、设计原电池，探究单液原电池的不足【活动1】根据反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu设计锌铜原电池，探究锌铜单液原电池的不足。请用下列仪器和药品设计并组装一个锌铜原电池。仪器：铜片、锌片、烧杯、灵敏电流表、导线等。药品：CuSO4溶液（1）在学案上画出装置图，并分析工作原理。（2）根据设计的装置图组装原电池并完成实验观察并记录现象，填写下表。电流表读数/mA锌片铜片实验现象20s30s40s结论【归纳】该原电池存在的缺点：【思考与交流】该电池电流衰减的原因是什么？如果要得到持续、稳定的电流，该如何改进？小组讨论，设计出简单的锌铜原电池。分析锌铜原电池的工作原理。组装实验装置观察实验现象小组讨论、交流，分析锌铜单液原电池存在的不足，思考改进的措施。通过设计简单锌铜原电池，帮助学生掌握原电池的工作原理。构建单液原电池思维模型。通过组装锌铜原电池，培养学生的动手能力和观察能力。通过问题讨论与交流，归纳总结简单锌铜原电池的缺陷，在观察讨论中体现宏观辨识和微观探析的核心素养。二、改进原电池，提升电流稳定性【活动2】请对上述原电池装置作适当改进，设计出一个能够产生持续、稳定电流的锌铜原电池装置。（1）组装原电池并完成实验，观察实验现象并填写下表。电流表读数/mA锌片铜片实验现象20s30s40s结论（2）在学案上画出装置图，分析盐桥原电池的工作原理。【归纳】从电流的大小与稳定性角度比较单双液原电池的优缺点【思考与交流】使用盐桥为什么电流强度变小？如何改进，增大电流强度？能否设计实验验证？小组讨论、交流原电池的改进方案。组装原电池验证改进方案。观察实验现象，分析装置的改进效果。归纳总结盐桥原电池的工作原理。小组讨论、交流，分析锌铜双液原电池存在的不足，思考改进的措施。构建双液原电池思维模型。让学生体验问题探究过程，培养学生发现问题，分析问题，解决问题的能力；提升学生证据推理和模型认知的核心素养。三、优化原电池，增大电流强度【视频演示实验】锌铜隔膜电池电流表读数实验现象【教师活动】介绍离子交换膜及隔膜电池工作原理。【应用】趣味实验组装隔膜电池让挂钟转动起来。【思考与交流】隔膜电池是不是完美的电池？我们心目中“更完美”的电池是怎样的？观察实验现象，分析装置的改进效果。小组合作，设计实验方案小组讨论、交流诊断并发展学生解决实际问题的能力水平及其对化学价值的认识水平。多角度分析实用电池的研发和利用，学习科学家严谨求实的工作态度，培养学生科学态度和社会责任的核心素养。【课堂小结】本节课的学习有什么收获？进行课堂小结培养学生的归纳总结能力附：板书设计第一节原电池设计原电池，探究单液原电池的不足改进原电池，提升电流稳定性优化原电池，增大电流强度附：教学详案与教学反思1.情景引入播放一段电池发展史的视频，让学生初步了解电池的改进历程，激发学生学习兴趣并引出课题。师：电池发展至今已有200多年的历史，在当今社会也发挥着及其重要的作用。刚才我们通过视频了解了电池的发展史，能不能归纳电池的发展大概经历了哪三个重要的阶段？生：伏打电池、丹尼尔电池、锂电池。生：一种溶液的电池、两种溶液的电池、有隔膜的电池。师：同学们归纳得很好。电池的发展大概经历了三个重要的阶段，1800年伏打电堆诞生，是人类历史上的第一块电池，但很可惜当时并没有得到实际应用，因为只用了一种电解质溶液，我们把这类电池称为单液原电池。1836年丹尼尔改进了伏打电堆，将一种电解质溶液改为两种电解质溶液，我们称之为双液原电池。1991年随着锂离子电池量产化，带来了电池行业的飞速发展，这类电池主要构件就是一个正极、一个负极、一个隔膜，我们称之为隔膜电池。师：那么伏打电堆为什么没有得到实际应用，丹尼尔电池又有什么不足之处，隔膜电池就是完美的吗？带着这些疑问，这节课我们就沿着科学家的足迹来初步体验电池的改进之路，在实验探究中找寻答案。2.设计原电池，探究单液原电池的不足根据Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu这个氧化还原反应设计一个锌铜单液原电池，并分析工作原理。师：从能量视角，原电池是将化学能转化为电能的装置。从守恒视角，正极得到的电子与负极失去的电子相等。从运动的视角，电子从负极经过导线流到正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。【学生分组实验】4溶液中，连接好灵敏电流表，观察两极的现象及电流表读数的变化，并讨论分析出现该现象的原因。时间/s20253035404550灵敏电流表读数/mA师：请一位同学描述实验现象生：锌片、铜片表面都有铜析出，电流表的读数开始很大，后来逐渐变小。师：与预期的实验现象是否一致？生：不一致。预期的现象是锌片溶解，铜片表面有铜析出，电流表的读数没想到会减小，而且后来衰减得很快。师：那同学们能不能根据锌片铜片表面的现象来分析电流衰减的原因呢？生：锌片表面有铜析出，说明锌与硫酸铜溶液直接发生了反应，这部分电子没有经过导线，使得电流衰减。而锌片表面析出铜也会构成锌铜微电池加快铜在锌片表面析出，当铜析出太多就覆盖了锌，从而阻止锌与硫酸铜溶液的反应导致后来电流衰减很快。师：如何改进单液原电池，解决电流衰减的问题呢？生：可以把Zn电极和CuSO4溶液分开，中间用盐桥连接。师：那什么是盐桥？盐桥的作用又是什么呢？生：盐桥是装有饱和氯化钾溶液的琼胶，钾离子和氯离子可以在其中自由移动，起到连通内电路的作用。师：大家讨论分析得很好!双液原电池是利用盐桥将正负电极区分开，达到阻止Zn电极和CuSO4溶液反应的目的，那么这样改进后的电池能不能解决单液原电池电流衰减的缺点呢?接下来我们一起继续实验探究。3.改进原电池，提升电流稳定性1836年丹尼尔将Zn置于ZnSO4溶液中，Cu置于CuSO4溶液中，并用盐桥将两份电解质溶液连接，制成了第一个实际应用的双液原电池。那么改进后的双液原电池是否就是完美的电池了呢?44溶液中，并放入盐桥连接两溶液。实验装置图及数据如图所示。时间/s20253035404550灵敏电流表读数/mA师：请一位同学描述实验现象。生：锌片表面没有铜析出，铜片表面有铜析出，电流表读数一直稳定不变。师：那盐桥原电池的电流为什么这么稳定呢？请同学们根据实验现象分析盐桥原电池的工作原理。师：双液原电池将一个氧化还原反应分成氧化反应和还原反应，在两个不同的区域进行，构成两个半电池，锌半电池为负极，铜半电池为正极。中间通过盐桥连接，盐桥中的氯离子向负极区移动，钾离子向正极区移动，形成闭合的回路，同时平衡电荷。师：与单液原电池相比,双液原电池具有哪些优缺点？生：双液原电池工作一段时间电流很稳定，没有出现衰减现象，但电流强度很小。师：请同学们对比单液原电池和双液原电池的装置图，分析双液原电池电流小的可能原因是什么？生：在电极和电解质溶液浓度不变的情况下，可能是盐桥使离子运动的距离拉长了，离子运动的通道也变窄了，从而导致电流强度变小。师：能不能设计实验来验证我们的推测呢？生：可以设计不同内径和间距的盐桥来进行实验验证。44溶液中，并放入不同内径和间距的盐桥连接两溶液。部分实验装置图及数据如图所示。外径mm6153045间距mm203550353535电流读数mA外径mm615盐桥数量123123电流读数mA师：因为电流强度太小，双液原电池也不是理想的化学电源。但双液原电池解决了单液原电池电流不稳定的难题，更重要的是它证实了氧化剂和还原剂在不直接接触的情况下也可以发生反应，为后来实用电池的发展奠定了坚实的基础。师：那后来电池的发展方向又是怎样的呢？是如何解决电流小的问题的呢？首先我们来讨论双液原电池电流小的原因是什么？如何改进呢？请同学们讨论。生：双液原电池电流小的原因是加了盐桥后离子运动的距离变长，通道变窄。改进的话要使通道变宽，距离变短。师：下面我们看看盐桥的改进过程，盐桥的通道变宽，距离变短，再变宽再变短，最后就成了一块膜，有盐桥的原电池就改进成了隔膜电池。4.优化原电池，增大电流强度科学技术不断向前发展，科学家们研发出了新的替代材料，既实现分隔正负电极区并不减小离子运动通道，又允许溶液中特定的离子来平衡两电极区溶液的电荷，这就是离子交换膜。师：离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。离子交换膜有多种，如阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜等。【演示实验】取一块玻璃片，依次放上Cu片、滴有硫酸铜溶液的滤纸条、阳离子交换膜莫、滴有硫酸锌溶液的滤纸条、Zn片，再放上另一玻璃片压紧。将Zn片和Cu片用导线与灵敏电流表相连，实验装置图及数据如图所示。时间/s20253035404550灵敏电流表读数/mA师：同学们看到了什么现象？生：电流强度很大，也很稳定。师：离子交换膜有着和盐桥类似的作用，连通内电路，平衡电荷。但离子交换膜使离子运动的通道更宽，距离更短，所以电流强度更大。师：日常生活中的碱性锌锰干电池、锂离子电池都是隔膜电池，隔膜的应用在高考题中也经常出现。【趣味实验】下面我们学以致用，这里有一块钟没有电池不能工作，能不能利用所提供的材料组装隔膜电池使钟转起来。师：这两位同学实验动手能力很强。师：这节课我们讨论了单液原电池、双液原电池和隔膜电池的工作原理，依据原电池构成的基本要素，明确了原电池的分析思路，构建了三种原电池的基本思维模型。其实电池的发展之路就是科学家不断探索，科技不断进步，材料不断创新的发展之路。那发展至今的隔膜电池是不是就是完美的呢？生：并不完美。比如我们现在使用的电池，充满电需要一个多小时，大概只用一两天。新能源汽车价格还比较贵，电池的成本很高。师：没有最完美，只有更完美。我们心目中“更完美”的电池是怎么样的呢？生：体积更小，重量更轻，价格更便宜，电池容量大，充电快，能弯曲折叠，可太阳能充电，绿色环保……【结束语】同学们的想法都很好。我相信只要大家现在努力学好化学知识，随着科技的进步和材料的发展，我们一定可以创造出“更完美”的电池。教学反思本节课以原电池工作效率为教学主线，以化学史为辅线，循序渐进，层层递进。从设计熟悉的单液原电池开始，发现问题（电流会衰减），分析问题（电流衰减的原因），解决问题（使用盐桥），很自然地过渡到双液原电池。实验验证过程中，发现新问题