以实验探究突破教学难点-原电池教学设计

原电池教学设计

广州市协和中学周丽萍

一、教材分析

学生对于原电池的认识已有一定的基础知识，高一在必修教材《化学2》中第二章第二节《化学能与电能》的基础上，初步认识了原电池的组成和工作原理，知道正负极的判断方法，会写简单的电极反应方程式和总反应方程式。高二文理分班后，在选修教材《化学反应原理》将进行深入的学习。教材通过对单液原电池电池效率的探究，引出双液原电池，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念，对原电池工作原理的概貌有比较深入的了解。由于原电池在实际生活、工农业生产、科学研究中应用广泛，学好本节知识，具有比较重要的理论意义和现实意义。本章涉及到原电池的相关知识分布在第一节、第二节和第四节，原电池的知识网络图如图1。

图1 原电池知识网络图

二、学生认知原电池的思维障碍点：

根据一线教师的访谈和相关文献资料的整理，学生认知原电池的学习困难主要集中在“电极反应式书写、电子电流的流向、阴阳离子的移动方向、双液原电池的构成条件、盐桥

的作用、设计原电池”等六个方面。

——李淑荣.“原电池”学习困难情况调查与教学策略研究[D].2010:8-9.

三、教学目标

1、通过观察“Cu-Zn（CuSO4溶液）”原电池装置产生电流过程中的系列现象（如：电流强度变化、电极表面现象、电解质溶液温度变化等），感受“氧化剂和还原剂直接接触”的原电池装置在实现能量转化的过程中存在效率问题，进一步体会能量间可以相互转化及转化过程中能量守恒。

2、通过观察“Cu-Zn（盐桥）”原电池装置特点及产生电流的实验现象，分析形成电流的微观过程，了解盐桥的作用，进一步了解“氧化剂和还原剂完全隔离”的原电池装置的反应原理。

3、能够根据电极材料、氧化还原反应原理判断电池正、负极，写出电极反应式和电池反应方程式。

4、能够根据具体的氧化还原反应，设计简单原电池装置。

5、经历“Cu-Zn（CuSO4溶液）”原电池装置到“Cu-Zn（盐桥）”原电池装置改进的分析过程，感受科学研究中发现问题、分析问题、解决问题的探究过程。

——广州市学生学业评价标准2014版教学重点：双液原电池的工作原理和构成条件，电极反应式的书写，盐桥的作用。

教学难点：盐桥的作用，原电池电极反应式的书写，原电池的设计。

四、教学策略：

1、实验探究的教学策略：

本节教学可以采用实验探究法，引导学生通过对原电池产生电流现象的观察和分析，发现单液原电池存在能量转化过程中的矛盾，并设想解决矛盾的思路，理解解决矛盾的方法。特别是盐桥的引入，是对旧的思维模式的一个质的突破。过去认为氧化剂、还原剂只有直接接触、互相作用才能发生电子转移，而现在，是使氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同的区域之间通过特定的装置实现了电子的定向转移，为原电池持续稳定地产生电流创造了必要的条件，也为原电池原理的实用性开发奠定了理论基础。

——摘自《化学选修4教师教学用书》82页，2014.5 2、化学三重表征的含义及教学策略

化学三重表征就是从宏观、微观、符号三种表征角度去认识和理解化学知识，并建立三者之间的有机结合和相互转化。三重表征是从多个不同的角度来理解、认识化学的，它

是各个角度的联系与融合，是一个有机的整体。运用三重表征的思维方式学习化学，能增进学生对化学知识的理解，提高学生分析和解决化学问题的能力。三重表征的教学策略可归纳为以下四个方面：加强实验教学；合理利用微观模拟；理解符号表征的意义；加强表征之间的转换意识和能力。

——张丙香，毕华林.化学三重表征的含义及其教学策略[J].中学教育学刊，2013（02）：73-76.

3、基于科学取向教学论的原理课教学的学习策略和教学结构：

————李南萍老师《中学化学基本课型研究.ppt 》

4、本节内容的教学流程

四、教学过程

环节一、组装Cu-Zn-CuSO 4单液电池并进行实验。

设计目的：回忆原电池的构成条件、培养系统观察和描述实验现象的能力，引出单液原电池能量转化率低的问题。

【学生活动1】已知Zn(s)+Cu 2+(aq) =Zn 2+(aq) +Cu(s) △H<0，用以下药品和仪器组装原电池（如图2），记录实验现象（注意观察锌片表面、温度计读数和电流表的读数变化），写出电极反应方程式。

【学生实验1】实验目的：通过Cu-Zn-CuSO 4原电池实验，发现单液原电池能量转化率低的问题。

实验药品和仪器： Zn 片，Cu 片，1mol/L CuSO 4溶液，

图2 Cu-Zn-CuSO 4原电池

灵敏电流表，导线，烧杯，胶头滴管，温度计。

实验装置图：（如图2）

【思考与交流1】

①构成原电池的条件是什么？

②写出正负极的电极反应方程式，并分析反应类型。

③请在实验装置图上画出外电路电子的流向方向，内电路阴阳离子的移动方向。

④请完整描述实验现象（讲解时强调海陆空、热量、电流表读数五方面描述）

⑤正负极接触同一电解质溶液的电池称为单液原电池。请结合实验现象

．．．．．．分析单液电池效率低的原因，并尝试提出解决方案。

【小结1】①单液原电池电池效率不高的原因：Cu-Zn- CuSO4单液原电池，由于Zn片直接与CuSO4溶液接触发生置换反应，部分化学能直接转化为热能，导致电能损失；同时Zn片与表面析出的Cu形成原电池反应，导致部分电子不从导线通过，电流发生衰减，电池效率不高。

②设计高效率的原电池的关键点是：避免氧化剂和还原剂直接接触，把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行。

环节二、计双液原电池，从宏观角度认识盐桥的作用

【学生活动2】以Zn+Cu2+ = Zn2+ +Cu 反应为例，设计一个新的实验装置，把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，如图3。

【思考与交流2】

①图3的实验装置闭合开关后电流表指针会发生偏转

吗？如果没有电流产生，是什么原因？

②学习小组讨论可以采用什么材料使图3连成通路？

【学生】实验方案1：用导线连接；

实验方案2：用电解质溶液连接。……

【教师】这里需要连通的是内电路，应该考虑形成离子通路，不考虑用导线连接，应该用电解质溶液连接。但是有什么方法可以将溶液固定呢？

【学生】可以用滤纸浸泡电解质溶液后连接两个烧杯，可以用U形管装电解质溶液后用棉花塞紧……