苏教版选修4“原电池工作原理”教学设计

步月华 李胜荣

（江苏省丹阳高级中学 江苏 丹阳 212300）

一、教材分析

本节内容为高中化学新课程（苏教版）选修4 的专题1 第二单元的重要内容之一。该内容学生在化学2 已有一定的了解，本节是该内容的加深拓展，主要是增加了盐桥的内容。本节课试图以“教师巧妙引导，学生自主探究”的学习方式学习，大致分为：回顾原电池，改良原电池，设计原电池，书写电极反应等几个基本环节。在课程实施过程中，学生动手实验，观察现象，发现问题，提出疑问，分析讨论，师生互动，最后找到解决办法，培养了学生的问题意识、动手能力。

二、教学目标

1．知识与技能

（1）在化学2 的基础上，进一步学习原电池工作原理，探究单液原电池的不足和改进；

（2）学习实验研究的方法，能设计原电池，形成完备的原电池概念，理解构成原电池的条件，掌握电极反应式的书写。

2．过程与方法

（1）通过实验探究原电池原理，学会观察、学会提问、学会思考；

（2） 通过对单液原电池与双液原电池的设计对比，学会比较、评价设计方案。

3．情感态度与价值观

（1）通过自主探究根据现象设疑，根据疑问求解的模式，进行自主学习，激发学习兴趣，培养科学探究态度和科学创新精神；

（2）在小组合作的过程中，培养团结合作的探究学习观念，强化合作意识。

三、教学思路

水果电池视频引入→复习原电池工作原理→学生设计简单原电池→通过实验现象，学生发现单液原电池缺陷→教师启发学生，引出“盐桥”，找到改良方法→师生归纳、总结→学以致用

四、教学过程

［知识回顾］播放水果电池视频，视频中用1280 瓣的橙子给手机充电，场面非常震撼。

［教师］ 同学们，刚才的视频中蕴藏着什么化学原理？

［学生回答］原电池原理。

［教师］以下图所示原电池装置为例回忆复习原电池的工作原理。

［学生汇报］Zn 为负极，发生氧化反应：Zn－2e－＝Zn2＋，锌棒逐渐溶解；Cu 为正极，溶液中的H＋在Cu棒表面得电子发生还原反应：2H＋＋2e－＝H2↑，铜棒表面冒气泡。电子从锌棒流向铜棒，故电流表指针发生偏转，溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，形成闭合回路。

设计意图：通过复习以稀硫酸为介质的Cu－Zn 原电池，迅速唤醒已学知识。

［板书］一、原电池工作原理

负极： Zn－2e－＝Zn2＋

正极：2H＋＋2e－＝H2↑

总反应：Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑

［教师］通过刚才对原电池原理的复习，请同学们来归纳构成原电池的条件。

［学生］（1）两个活泼性不同的电极，较活泼的为负极；（2）电解质溶液；（3）构成闭合回路；（4）存在自发进行的氧化还原反应。

［教师］对学生的回答补充提升。

内因：自发进行的氧化还原反应；

外因：（1）两个电极（导体，可同，可不同）

负极：失电子，氧化反应

正极：得电子，还原反应

（2）电解质（提供自由离子——溶液，熔融或固体均可）

（3）闭合回路（“电子岸上走，离子水中游”）

设计意图：拓展已有知识，加深学生对构成原电池条件的认识。

［引入新知］

提出疑问： 反应Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu 是吸热反应还是放热反应？ 如何验证？

探究活动一： 向一只试管中加入1．0mol／LCuSO4溶液30mL，再加入适量Zn 粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度的变化。

教师演示，请一位同学走上讲台观察实验现象，并向大家汇报所观察到的现象。

［学生汇报］ 温度计示数上升，故该反应放热。

［教师］ 既然这是一个对外释放能量的氧化还原反应，能否将该反应“Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu”设计成原电池？ 请画出装置图，写出电极反应。

［学生］上黑板板演装置图及电极反应式。

装置图：如左图。

电极反应： 负极：Zn－2e－＝Zn2＋

正极：Cu2＋＋2e－＝Cu

总反应：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu

［教师］请大家根据黑板上的装置图搭建实验装置，观察现象。

［学生］4 人一组，进行分组实验。

［教师］请学生汇报实验现象。

［学生］Zn 棒和Cu 棒表面均有红色物质析出（用时8分钟），电流表示数不稳定，逐渐减小。

［教师激疑］Zn 棒表面为什么会有铜析出？

［学生回答］Zn 棒与CuSO4溶液直接接触，故会发生置换反应，所以Zn 棒表面有红色物质析出。

［教师补充］对，有这种可能。还有一种可能，Zn 棒不纯，Zn 与自身的杂质构成原电池，所以Zn 棒表面会有红色物质析出。

［教师分析］原电池是在两处进行的氧化还原反应，一处失电子，一处得电子，正因为在两处进行，才有电子的定向移动，才有电流的产生，化学能才能转化为电能。要是在一处进行，就没有电子的定向移动，就不会产生电流。所以我们不希望锌与硫酸铜直接发生置换反应，即不希望得失电子都在锌表面进行。

［教师激疑］如何改进原电池，使化学能尽可能转化为电能？

［学生］让Zn 与CuSO4溶液不直接接触，但仍然形成闭合回路。

设计意图：先动手设计，后从自己的设计中发现单液原电池的缺陷，激起学生进一步探究改进方法。培养了学生的动手能力和问题意识。

［新知介绍］

探究活动二：用盐桥将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液的烧杯连接起来，然后将锌片和铜片分别用导线与电流表相连，观察现象。

［教师］进行演示实验，请学生说出实验现象。

［学生］ 电流表指针偏转，且电流稳定。

［教师］介绍盐桥：盐桥中一般装有含KCl 饱和溶液的琼脂，K＋和Cl－能在琼脂内自由移动。当将盐桥拿开，电流表指针不偏转，故盐桥起着形成闭合回路的作用。

［教师］走向学生，向学生展示盐桥，并提问：琼脂像什么？

［学生］果冻、牙膏、豆腐、浆糊等。

［教师］琼脂会流出来吗？

［学生］不会。

［教师］对，琼脂与果冻、牙膏、豆腐、浆糊一样，是一种不能流动的固液混合物，以固体为主。

［交流讨论］

判断导线中电子的流向及盐桥中离子的移动方向，写出电极反应及总反应。

［学生回答］ 电子从锌棒流向铜棒，盐桥中阳离子（K＋）向正极区溶液移动，阴离子（Cl－）向负极区溶液移动。电极反应为：

负极：Zn－2e－＝Zn2＋

正极：Cu2＋＋2e－＝Cu

总反应：Zn＋Cu2＋＝Zn2＋＋Cu

［教师总结］负极区Zn－2e－＝Zn2＋，锌离子进入溶液，使负极区溶液带正电荷，阻止Zn 继续失电子进入溶液，从而使原电池反应不能顺利进行，故盐桥中的阴离子（Cl－）将向负极区溶液移动，中和正电荷，使溶液呈电中性，这样原电池反应才能持续进行。同理，盐桥中的阳离子（K＋）将向正极区溶液移动。正极区和负极区的电解质溶液要不与电极材料反应，一般我们选择与电极材料对应的盐溶液，故实验中我们选择Zn／ZnSO4溶液、Cu／CuSO4溶液。

设计意图：通过探究实验来考察学生对原电池基础知识的理解，通过对实验过程中相关问题的探讨，帮助学生更好地理解双液原电池，有助于学生分析问题，解决问题能力的提高。

观看视频：探究活动二实验的微观模拟动画。

设计意图：通过形象的动画展示，加强形象思维。

［板书］二、双液原电池的优点

单液原电池的缺陷：电极材料与电解质溶液直接接触反应，化学能部分转化为热能，降低了电池的能量利用效率。

双液原电池的优点：避免了电极材料与电解质溶液的直接反应，提高了电池效率，增加了电池寿命。

［学以致用］设计原电池

例1：将反应Fe＋2Fe3＋＝3Fe2＋，设计成原电池，画出装置图。

［教师分析］将总反应拆成两个半反应，负极：Fe－2e－＝Fe2＋；正极：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋。根据电极反应式应选择Fe 作负极，正极材料只要能导电，活动性比Fe 弱就行，若设计成单液原电池，则电解质溶液中必须含有Fe3＋。若设计成双液原电池，正极区电解质溶液中必须含有Fe3＋，负极区电解质溶液与负极材料配套选择含有Fe2＋的溶液，装置图如下所示：

［板书］三、设计原电池思路

1．写出总反应的离子方程式，并标出电子转移方向和数目。

2．写出正负极反应式。

3．确定电极材料和电解质溶液。

设计意图：通过设计原电池，进一步强化对原电池原理的理解，强化电极方程式的书写。

五、教学反思

本节课以“橙子电池给手机充电的视频”引入，比较新颖，吸引了学生，激发了学生的学习兴趣。通过观看视频，引导学生回顾了原电池的工作原理，然后再以实验情景再现为题材，让学生自己动手设计简单原电池，通过实验现象，学生发现了单液原电池的缺陷，激发学生探究改进的方法。盐桥使双液原电池形成闭合回路，不仅出乎学生的意料，还又一次激发了学生的兴趣，引发了学生的思考。盐桥的引入不仅是一种技术进步，更是思维模式的改变，也提供了一个思想教育的机会“只有解放思想才能推动社会的进步”。本节课采用实验探究式教学，既符合化学的学科特点，也符合学生的心理和思维的发展特点。在探究活动中引导学生逐步由认识、形成新认识，这样得出的结论学生才能真正理解和牢固掌握。实验探究是让学生在具体实验事实的基础上分析问题得出结论，符合学生的思维特点，有利于在形象思维的基础上发展学生的抽象思维。整个过程的设计主要以学生的自主探究和合作学习为主要教学方法，体现了学生为主的课堂教学模式，在教学中，学生体验到了合作学习的好处，尝到了成功的喜悦。通过精心设计问题，不断激发学生的学习动机，也就是说使学生经常处于“愤悱”状态，给学生提供学习的目标、思维和空间，学生自主学习才能真正成为可能。