苏教版选修4“原电池工作原理”教学设计

摘要：以“水果电池”视频引入，复习单液原电池工作原理，根据反应“Zn+Cu2+=Zn2++Cu”学生自主设计单液原电池，通过观察实验现象发现问题，学生提出疑问，师生共同讨论，找到解决方法——架设盐桥。最后学以致用，根据自发进行的氧化还原反应设计原电池。

关键词：单液原电池；盐桥；双液原电池；优化设计

文章编号：1008-0546（2013）04-062-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

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。