“原電池工作原理”教學實錄

姜偉+何月華

摘要：利用微型實驗探究“原電池”，不僅使探究式實驗得到順利完成，有效培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識，提高了學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力， 而且從知識視角進行了反思，提出教學設計時要探尋知識本源，發(fā)掘知識的內(nèi)在潛力，促進知識內(nèi)化，進一步優(yōu)化教學設計，提高課堂效率，促進高效課堂的良性發(fā)展。

關鍵詞：微型實驗；原電池；教學實錄

文章編號：1008-0546（2017）02-0040-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.013

一、基本思路

“原電池”是高中化學學科體系的核心知識之一，它的教學是氧化還原反應理論的延伸與應用，也是后續(xù)電化學知識的基礎。 原電池的教學是體現(xiàn)學科交叉，科學理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生思維能力和探究能力的好素材[1]。原電池教學內(nèi)容先后出現(xiàn)在必修和選修模塊中，且具有一定的層級關系。必修模塊以“銅—鋅—稀硫酸”原電池為教學模型，通過具體事例說明通過這樣一個裝置可以將化學能轉化為電能，體現(xiàn)了化學反應產(chǎn)生能量的利用價值；選修模塊則以“銅—鋅—硫酸鋅、硫酸銅雙液”原電池為教學模型，讓學生體驗化學能轉化為電能的探究過程， 要求學生了解原電池的工作原理， 能正確書寫電極反應與電極反應式[2]。本文源于[3]人教版選修4第四章第一節(jié)“原電池”，采用“裝置改進式”的教學思路：首先，帶領學生復習單液原電池， 為了更好地與選修模塊銜接，將電解質(zhì)溶液由稀硫酸改為硫酸銅溶液進行微型實驗探究，使學生能夠看到單液原電池中電流的衰減及鋅片上有銅析出的弊端；其次，通過階梯問題引領學生將原電池裝置從單液改進為雙液，通過微型實驗探究得出雙液原電池的優(yōu)點。整個教學注重知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程，引導學生從身邊走進化學，從化學走向社會，可以使學生更加深入地理解化學能轉化為電能的現(xiàn)實意義。

一、教學目標

[知識與技能]

1.通過復習單液原電池，進一步加深對原電池形成條件及工作原理的認識；

2.通過實驗與分析，了解單液原電池存在的問題和改進方法。

[過程與方法]

1.經(jīng)過對單液原電池裝置的優(yōu)化過程，感悟科學探究的思路和方法，進一步體會控制變量法在科學探究中的應用；

2.在學習中，學會運用觀察、實驗等多種手段獲取信息，并運用比較等方法對信息進行加工。

[情感、態(tài)度與價值觀]

1. 在學習中體驗并享受科學探究帶來的快樂，感受化學世界的奇妙；

2.增強聯(lián)系實際學習化學并將化學知識應用于生活的意識；

3. 通過單液原電池和雙液原電池的探究實驗，讓學生體會科學研究對于人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要意義。

二、教學重、難點

1.教學重點：單液原電池的優(yōu)化過程。

2.教學難點：鹽橋原電池的功能與價值。

三、課堂實錄

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設情境，引入新課

[投影]微視頻：iPhone廣告——橙子電池給手機充電。

[師]請問同學們，你們在視頻中看到了什么？

[生1] 將一枚鐵釘與一枚銅釘一同插入橙子中，并用導線連接，使其產(chǎn)生電流，給手機充電。

[師]很好，觀察非常仔細！試從能量轉化角度分析微視頻中實現(xiàn)了怎樣的能量轉化。

[生2]化學能轉化為電能。

[師] 我們把化學能轉化為電能的這種裝置稱之為什么？

[生]（齊聲回答）原電池。

[設計意圖]巧融流行元素，以微視頻引出課題，既吸引了學生注意力，又激發(fā)了學習興趣，為后續(xù)學習提供背景資料。

環(huán)節(jié)二：應用理論，升華本質(zhì)

[師]請同學們回憶高一學過的原電池裝置（見圖1），談談該裝置中電流是如何產(chǎn)生的？

[生3]鋅片失去電子變成Zn2+進入溶液，吸引SO42-向鋅片移動， 與此同時電子從鋅片沿導線流向銅片，溶液中的Cu2+向銅片移動，在銅片表面得到電子生成銅，溶液中通過陰、陽離子的定向移動形成電流。

[師]電子為何從鋅片沿導線流向銅片，而不直接在鋅片上發(fā)生置換反應呢？

[生] 思考討論， 猜測可能與金屬活動性不同有關。

[師]當把金屬M棒置于水溶液中時，金屬表面的金屬離子受極性水分子的吸引發(fā)生水合作用，產(chǎn)生金屬離子的沉淀溶解平衡，使一部分金屬離子以水合離子Mn+（aq）的形式離開金屬進入溶液而把電子留在金屬表面上，這是金屬溶解過程；同時，溶液中的金屬離子有可能碰撞金屬表面，從金屬表面上得到電子，還原為金屬原子沉積在金屬表面上，這是金屬沉積過程。當金屬的溶解速率和溶液中金屬離子沉積到金屬表面的速率相等時，達到一種動態(tài)平衡[MMn+（aq）+ neˉ][4]。

金屬鋅與金屬銅都存在著類似的平衡，但平衡狀態(tài)并不相同，金屬越活潑，平衡越趨向于溶解方向，金屬片上剩余電子越多，因此當鋅片與銅片用導線相連時，電子由鋅片流向銅片。

[設計意圖] 應用平衡原理解釋原電池有利于學生理解原電池工作的本質(zhì)及后面要學的雙液原電池中氧化劑與還原劑不接觸仍能反應等問題，也為書寫電極反應式，理解半反應概念鏟除了思維障礙。

環(huán)節(jié)三：實驗驗證，發(fā)現(xiàn)問題

[微型實驗探究1]將鋅片、銅片固定在實驗板上（鋅片和銅片不直接接觸）， 然后用濾紙條覆蓋住鋅片、銅片，再用硫酸銅溶液完全浸透濾紙條，最后用導線連接電流表，觀察現(xiàn)象。

[生4]電流表指針發(fā)生偏轉，表明有電流通過。

[生5]隨著上述實驗時間的延續(xù)，電流表指針偏轉的角度逐漸減小，表明電流衰減了。

[生6]上述實驗延續(xù)一段時間后，掀開濾紙條，發(fā)現(xiàn)鋅片、銅片上均有銅析出。