資源簡介

教學設計
課 題 原電池的工作原理
課時安排 一課時 課前準備 要求學生回歸教材并進行知識的簡單梳理
教材內容 分 析 從學科核心知識看，新課程更加注重發揮學科核心知識的認知發展功能，例如對原電池和電解池工作原理要求中，新課標描述為：“認識電解在實現物質轉化和能量儲存中的具體應用”。學科核心知識是學生學科能力的基礎，知識只有變為自覺主動的認識角度和認識思路才能轉化為學科能力和學科素養。 從學科核心觀念看，新課程更加注重化學的學科價值觀。在學業要求中，新課標對電化學的應用中，未局限于金屬防腐的傳統素材，更關注到自然環境和社會生活中的能源利用問題，讓學生利用所學知識分析和解決真實情境下的化學問題，以凸顯學科價值，彰顯社會情懷。此外，相比于舊課標，新課程更加關注學生的遷移能力，將具體技能要求移入學業要求中，例如：“能設計簡單的原電池和電解池”，利用所學知識分析解釋熟悉的或簡單的事物，由已知推測未知，是創新能力的核心要素和典型表現。
設計理念 2019版《普通高中化學課程標準》的提出意在提升課程的思想性、科學性、時代性、系統性和指導性，化學課程要發揮學科的自身優勢，將科學探究、實驗創新作為課程改革的突破口，重視利用學生已有的知識和實驗事實，通過討論來啟發學生思維，層層引導，學生自己得出有關結論。貫徹“教為主導，學為主體”的教學理念，幫助學生養成科學的思維習慣，增強創新意識和實踐能力。
學情分析 學生已經系統性地掌握了金屬的性質、氧化還原反應及電解質溶液等有關知識；在能力上，學生已經初步具備了觀察能力、實驗能力、思維能力，喜歡通過實驗探究化學反應的實質，由實驗現象推測反應原理，并對其進行歸納總結。
教學目標 1.掌握原電池的構成條件。 2.理解并掌握原電池原理；正極和負極的判斷方法。 3.分析復雜化學情境中的關鍵要素，構建相應模型。
教學重難點 教學重點：了解原電池的工作原理，能夠寫出電極反應式和電池反應方程式。 教學難點：①原電池中鹽橋的作用分析 ②從電子轉移角度理解化學能向電能轉化的本質。
教學過程
教學環節（一） 溫故知新 教師活動 【新課導入】在我們日常生活當中我們的很多活動依靠電池為我們提供能量。大家看一下，這是常見的一些電池。我們在必修2中已經學習了把化學能轉化為電能的裝置原電池，那我們已經學習過的原電池是否能投入到實際應用中呢？今天我們就繼續來研究有關原電池的相關知識。首先我們來回顧一下原電池的基礎知識，請大家看投影（PPT）。 【提問】在這里面是三、四、五這三個裝置構成了原電池。大家再來思考一下，其他裝置不能形成原電池的原因是什么？ 【小結】通過這位同學的介紹，我們熟悉了在這里要想形成一個原電池，結合我們高一的研究我們可以知道必須得滿足這樣幾個條件：首先應該是以一個自發的氧化還原反應作為基礎，從裝置上來講，他應該是有活潑性不同的兩個電極，兩個電極應該分別插入到電解質溶液中形成閉合的回路。 【提問】下面我們就以裝置五為例來復習銅鋅原電池的工作原理。
學生活動 回顧已學知識，完成學案 【思考回答】第三個屬于原電池，還有第四個和第五個。 【思考回答】在第一個和第二個中它沒有用兩種活動性不同的金屬或一種金屬和能導電的非金屬做電極；第二個石墨和硫酸不發生反應；第六個，電解質溶液一般是鹽類溶液不會是有機溶液；第七個是沒有形成閉合回路； 【書寫】電極反應式和總反應式。
教學環節（二） 再探單液電池 教師活動 【教師提問】下面大家預測一下，裝置五在工作的時候會產生哪些實驗現象？ 【過渡】大家同不同意他的看法？那事實上是不是這樣呢？下面呢我們就通過實驗來驗證一下。 【演示實驗1】 將鋅片和銅片分別用夾子夾好與電流表串聯，再同時放入盛有CuSO4溶液的燒杯中。 根據所學知識和所觀察的實驗現象完成表格： 【問題1】為什么電流會逐漸減小？ 【小結】由此我們就可以看到像我們剛才那樣簡單的原電池是沒有辦法向外輸出持續穩定的電流的。實際上大家剛才看到的這個現象就是裝置五這個電池工作的最終結果，由此可以看出這樣的原電池不能投入到實際應用當中。那我們來思考一下他不能投入實際應用的原因是沒有得到穩定的電流，在這我們同時也發現這個電池不能持續穩定工作的原因就是鋅片上有銅析出。
學生活動 【思考回答】電流表指針發生偏轉；銅片表面有銅析出。 生1：鋅片表面有銅析出。 生2：隨著時間的延續，電流減小，電流不穩定。 生3：鋅片表面逐漸被銅全部覆蓋； 【討論回答】鋅片表面有銅析出，自己形成原電池，加快銅在鋅表面的析出，鋅片表面就逐漸會被銅覆蓋，自身就可以形成原電池，減弱向外輸出的電流。
教學環節 （三）探究雙液-鹽橋電池 教師活動 【交流·研討一】如何改進原電池裝置？ 教師不斷通過問題引導學生分析電池的改進過程，逐漸由單液電池建構出鹽橋電池； 【問題2】能否阻止Cu2+在鋅片表面還原 【問題3】鋅片應插入什么樣的溶液中？ 【問題4】投影上的裝置形成了原電池嗎？ 該用什么樣的物質連接裝置的內電路呢？怎樣能使電解質溶液連通構成原電池？ 【小結】我們需要一個能架在這兩個燒杯上，并且為我們源源不斷的提供離子的裝置。那么大家思考一下這個裝置我們怎么來進行設計。剛才有同學談到了可以尋找一個搭在上面的，實際上大家可以注意我們在選擇電解質溶液的時候還要考慮到這樣一個問題，就是我們的這個原電池反應兩極反應式同步進行的，那大家思考一下，要求這個裝置他里面所承載的離子向外輸出的時候遷移速率應該有什么樣的特點？同步反應，遷移速率應該相等是吧。 【過渡】結合剛才我們的討論，再來看一份資料。通過這個資料大家判斷一下我們可以選擇哪些物質構成的溶液來聯通兩個燒杯中的溶液。 【引導】大家看一下老師手中拿的這個裝置，這個裝置就是裝有飽和KCl和瓊脂的一個裝置，這個裝置因為是起到聯通兩個電解質溶液的作用的，所以我們稱之為鹽橋。在這里面飽和KCl和瓊脂我們制成了膠凍，制成膠凍的原因主要是為了防止溶液流出，下面我們就來試驗一下，用這個鹽橋能否聯通兩個溶液讓他再次形成原電池。 【演示實驗2】 用鹽橋將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液的燒杯連接起來，然后將鋅片和銅片分別用導線與電流表相連。 【觀察提示】 1.電流表指針偏轉情況，工作一段時間有無變化 2.電解質溶液的變化 3.電極表面的變化 4.取出鹽橋后的變化 【分析討論】通過這一現象大家可以看到，我們加了鹽橋之后構成了閉合的回路，這實際上就是一個帶鹽橋的原電池。 【交流 · 研討二】鹽橋中離子移動方向和鹽橋的作用？ 【過渡】下面我們來分析一下這個鹽橋原電池的構成及工作原理。我們來看一張圖片，在這里面大家可以看到，帶鹽橋的原電池實際上可以分為兩部分，一部分是鹽橋，另一部分是兩個半電池。 【分析】兩個半電池可以分成鋅半電池和銅半電池，鋅半電池做負極發生的是氧化反應，銅半電池做的是正極發生的是還原反應。接下來我們再來看一下它的導電過程，大家可以看到，這里分兩部分，一部分是電子從鋅出發，經過導線之后到達銅電極，它構成的是溶液外的電路簡稱外電路，另外一個是溶液內的電路，大家可以看到鹽橋不斷地向兩個燒杯當中補充陰陽離子，在這里他會向鋅半電池里補充陰離子是吧，向銅半電池中補充陽離子，由此大家可以看到實際上溶液內通過離子導電，而溶液外通過電子導電，這樣它又構成了閉合回路，這就是帶鹽橋的原電池的工作原理。
學生活動 大家一起討論： 生l：將Zn從CuSO4 中分離開來。 生2：不行，得放在其它電解質中，比如ZnSO4。 生3：不行。因為不能形成閉合回路。 電流表指針也沒有偏轉。 生4：內電路是通過離子導電的，可以用電解質溶液連接兩燒杯； 學生在出乎意料的現象中驚奇，驚喜，接著困惑。學生的興趣一下又被提起來了。 學生：哇，有電了。 學生：有了，指針偏轉了!而且偏轉穩定，偏轉還大了呢! 學生對這個鹽橋進行分析推理，理出思路進行語言組織。 觀察現象 1.有鹽橋存在時電流表指針偏移；2.銅片表面有銅析出；3.鋅片逐漸溶解；4.隨著時間的延續，能產生持續穩定的電流；5.取出鹽橋無電流產生； （1）聯通兩個溶液，形成閉合回路。 （2）使兩個溶液保持電中性，從而使電極反應持續進行。
教學環節 （四） 鹽橋變膜-認識離子交換膜電池 教師活動 【過渡】大家剛才在觀察的時候可能還發現這樣一個現象，那就是我們引入了鹽橋之后電流確實很穩定了，但是我們發現電流強度怎么樣？ 【導入】在我們實際應用電池的過程當中我們并不能找到鹽橋的影子，最主要的原因是鹽橋的內阻太大了，所以實際的生產選擇了一種離子交換膜。 【PPT展示】大家可以看一下，這就是把我們剛才鋅銅電池中的鹽橋換成了離子交換膜的結構。電流穩定且變大。 【拓展】離子交換膜可以選擇性的讓某些離子通過，同時也可以把兩份反應物隔開。所以在我們的實際電池中我們采用的都是這種離子交換膜。比如說我們即將要學習到的氫氧燃料電池，它所采用的也是一種離子交換膜。這是我們在日常生活中能夠用到的一些膜。
學生活動 變小了
教學環節 （五） 設想未來電池的發展 教師活動 【結束語】通過學習我們發現從最簡單的原電池到有鹽橋的原電池再到我們實際應用的原電池，我們可以體會到這樣一點，當我們把一個化學原理從理論變成應用的時候，它不是一帆風順的，它需要經過一定的階段，克服一些困難。 【設問】電池發展到今天已經和普及很成熟，那么是不是意味著今天的電池就發展到了盡頭呢？那么未來的電池發展趨勢又是什么呢？大家可以課后去查閱相關資料。
學生活動 學生根據生活中的經歷舉例生活中的電池 學生回答，肯定不是，譬如我們生活中的電池日益更新，學生暢談未來電池的發展趨勢
板書設計 原電池工作原理
教學反思 本實驗運用手持技術對比分析了銅鋅單雙液原電池的工作電壓變化情況，充分發揮了手持技術在化學實驗教學中的優勢，有利于幫助學生建立起宏觀與微觀的聯系，培養了學生的化學學科素養，有效的突破了教學難點。因此我希望手持數字技術能被更多的一線教師掌握和運用。

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