原电池原理的教学设计

　　教学目标：

　　一、知识与技能：

　　1、了解原电池的工作原理，原电池的构成条件并能设计简单的原电池。

　　2、理解原电池的本质和原电池的正负极与氧化还原反应的关系。

　　二、过程与方法

　　1、通过对比实验的探究认识到原电池在化学能转变为电能过程中所起到的作用。

　　2、通过探究实验，分析并归纳出形成原电池的条件。

　　3、通过多媒体动画分析原电池中微观粒子的移动，深入理解原电池的本质。

　　三、情感态度与价值观

　　1、学会通过对比的方法来处理实验结果，由具体的实验现象描述逐渐形成抽象概括。

　　2、认识到科学对人类产生的影响是多方面的，要有辩证看待事物的眼光。

　　3、认识到个体与群体是密切相关的'，从而形成“环保从我做起”的意识。

　　教学重难点：

　　1、本节教学重点：初步认识原电池概念、原理、组成及应用。

　　2、本节教学难点：通过对原电池实验的探究，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质以及这种转化的综合利用价值。

　　学情分析：

　　学生在必修1中已经学习了氧化还原反应，对氧化还原反应的特征——“反应中有电子的得失”有较好的认识。并掌握了氧化反应、还原反应与电子得失（化合价升降）的联系。这将有助于学习者理解并掌握原电池的本质——氧化还原反应，以及原电池正负极与电极得失电子的关系。

　　教材分析：

　　本节课讲授的是《化学—必修二》中第二章第二节——化学能与电能。在高中化学中关于原电池的内容有两部分，分别是必修二第二章第二节（化学能与电能）以及选修四第四章第一节（原电池）。本节课作为必修内容中的一部分，在知识的深度上偏低，要符合所有学习者的学习情况；在广度上要有一定的拓展，使得学习者能够有一个较为开阔的学习视野；而在学习知识上要把握好基础知识的框架，为部分学习者的后续学习奠定基础。

　　教学过程：

　　【引入】同学们好，你们看这是什么？（展示手电筒、手机、MP3等电器。）

　　【学生回答】电筒、手机、MP3。

　　【引导】这些电器的工作需要什么样的能源？从哪里获得？

　　【学生回答】电能，电池。

　　【引导】那么电池如何能产生电能呢？要解决这个问题我们先回顾一下上节课所学的知识，各种形式能量之间可以相互转化，比如化学反应中化学能可以转化为热能。那么电能可以由什么能量转化来，你们了解哪些发电方式吧？

　　【学生回答】有火力发电、水力发电、风力发电、核能发电等。

　　【讲述】阅读教材40页图2—7、2—8及第二段了解我国发电方式和发电总量构成，以及火力发电过程中的能量转化。

　　【分组讨论】我国发电总量构成说明什么问题？火力发电过程中涉及哪些形式的能量转化？分析火力发电的缺点？

　　【学生回答】以火力发电为主，火力发电就是通过化石燃料燃烧，使化学能转变成为热能，加热水使之汽化为水蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。即存在化学能→热能→机械能→电能几种能量的转化。

　　缺点包括：煤是不可再生能源、煤燃烧对环境的污染大、火力发电能量转化过程多，能量损耗多能量利用率低。

　　【引导】从上面讨论可知火力发电事实上将化学能最终转化为了电能，只不过所需的能量转化过程多，能量利用率低。那么我们能不能找到一种直接将化学能转化为电能的方法呢？

　　我们再来分析一下火力发电过程中的能量转化过程。

　　化学能→热能→机械能→电能

　　大家觉得这一系列的能量转化过程中最重要的一步是哪一步？为什么？

　　【学生回答】化石燃料的燃烧即化学能→热能因为只有将化学能以热能。

　　形式释放出去后才可能实现后续过程中的能量形式转化。

　　【引导】非常正确，由此我们可以看出在火力发电中，化石燃料的燃烧（发生氧化还原反应）是使化学能转化为电能的关键。那么谁能告诉我氧化还原反应的本质是什么？

　　【学生回答】还原剂和氧化剂之间存在电子的转移。

　　【引导】对！因此电子转移的结果是引起物质化学键重新组合，同时将化学能以热能释放。那么如果我们能将氧化还原反应中的化学能直接以电能形式释放，是否就可以实现化学能直接转化为电能呢？

　　下面请同学们完成以下几个探究实验，并讨论完成相关实验报告。

　　【学生分组实验】

　　实验一取60mL稀硫酸置于200mL烧杯中，用pH试纸。

　　测定其pH值。然后将一块锌片插入稀硫酸中，观察实验现象。

　　一段时间后再测溶液的pH值，并用手触摸烧杯外壁。

　　【学生总结】

　　Zn片逐渐溶解，Zn片表面有气泡产生，溶液的。

　　pH值增大，烧杯外壁有一定温度。

　　结论：Zn与稀H2SO4发生了化学反应。

　　【引导】请同学们思考并讨论几个问题：

　　①根据相关实验现象，写出反应方程式。

　　②反应过程中有无电子转移，如果有，分析谁得电子，谁失电子？

　　③反应过程中的能量转化形式如何？

　　【讨论并总结】pH值增大即说明溶液中的c（H+）减小，H+。

　　数目减少，有气泡产生。因此反应为：

　　Zn+H2SO4  ZnSO4+H2↑。

　　Zn–2e—  Zn2+发生氧化反应。

　　2H+2e  H2↑发生还原反应。

　　化学能转化为热能。

　　实验二另取60mL稀硫酸置于200mL烧杯中，用pH试纸+—Zn稀H2SO4Cu稀H2SO4。

　　测定其pH值。然后将一块铜片插入稀硫酸中，观察实验现象。

　　一段时间后再测溶液的pH值，并用手触摸烧杯外壁。

　　【学生总结】

　　无明显现象，溶液的pH不变，烧杯外壁无温度变化。此过程中未发生反应，实验三另取60mL稀硫酸置于200mL烧杯中，用pH试纸。

　　测定其pH值。然后将一块锌片和一块铜片同时插入稀硫酸中，观察实验现象。一段时间后再测溶液的pH值。

　　【学生总结】

　　同实验一Zn片逐渐溶解，Zn片表面有气泡产生，溶液的pH值增大，烧杯外壁有一定温度。Cu片无明显现象。

　　结论：Zn与稀H2SO4发生了化学反应。

　　Cu与稀H2SO4不发生化学反应。实验四另取60mL稀硫酸置于200mL烧杯中，用pH试纸测定其pH值。然后将一块锌片和一块铜片；同时插入稀硫酸中，用导线连接，并在导线中间连接一个电流计。观察实验现象。

　　【学生总结】

　　Zn片逐渐溶解，Cu片不溶解，Cu片表面有气泡产生，溶液的pH值增大，电流表的指针发生偏转。

　　【引导】这里出现了两个比较特殊的现象，其一

　　Cu片表面有气泡产生，其二电流表的指针发生了偏转。请同学们结合实验一的现象和结论分析为什么Cu片表面有气泡产生，电流表的指针偏转说明什么？并思考该过程中得、失电子的物质是什么？写出相关化学反应。

　　【讨论并总结】

　　1、Zn片逐渐溶解，Cu片不溶解，说明失电子的还是Zn片，Cu片并未失电子。

　　2、Cu片表面有气泡产生，溶液的pH值增大，说明该气泡仍然是H2，只不过氢ZnCu稀H2SO4离子是在铜片上获得电子，而不是在锌片上获得电子。

　　3、发生的化学反应还是Zn+H2SO4  ZnSO4+H2↑

　　4、电流表的指针偏转说明有电流产生，该过程获得了电流，即实现了化学能转化为电能。

　　【引导】通过同学们的讨论，我们确定了在实验四中实现了化学能转化为电能，在此过程中发生的化学反应和实验一相同，因此我们有必要分析一下为什么同一个化学反应经过不同的实验装置设计实现了化学能转化为了两种不同形式的能量（热能、电能）。这种实验装置的设计有什么特殊之处？

　　思考这样几个问题：

　　①为什么失去电子的是Zn片，而不是Cu片？

　　②对比实验一和实验四得失电子的位置差别？

　　③Cu片并未失电子，而氢离子是在铜片上获得电子，那么Cu片上的电子是从什么地方来的？

　　【讨论并总结】

　　1、Zn和Cu的金属活泼性不一样，Zn比Cu的失电子能力强。

　　2、实验一中得失电子的位置均在Zn片表面，而实验四中失电子的位置在Zn片表面（发生氧化反应），得电子的位置在Cu片（发生还原反应）。

　　3、Cu片上的电子来自于Zn片，电子经导线从Zn片流向Cu片从而获得电流。

　　【归纳】从同学们的讨论可知，只要具有类似实验四这种把一个氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应使之在不同区域进行，并通过导线传递氧化还原反应中的转移电子的实验装置就能实现化学能直接转化为电能。因此我们把这种将化学能转变为电能的装置叫做原电池。另外，根据物理学知识我们知道电流（正电荷）由正极流向负极，那么电子（负电荷）就应该从负极流向正极，因此我们可以规定实验四中的锌片作为负极，铜片作为正极。它们发生的反应称为电极反应。

　　【继续探究】

　　现在我给大家一些材料，各小组可以自己设计原电池，然后汇报设计结果与心得。

　　（材料：导线、炭棒、铁片若干、铜片若干、烧杯、稀硫酸、检流计、蔗糖溶液、硫酸铜溶液。）