人教版选修4 第4章第1节 原电池 教案 (2).doc

第一节 原电池一、教学设计本节内容以必修化学2第二章第二节“化学能与电能”为基础，进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对原电池中闭合电路形成过程的分析，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念，要求学生能够写出相关的电极反应式和电池反应方程式。同时，帮助学生对电化学的研究和应用范围形成一个概貌性的认识。鉴于课程标准对电极电势等概念不作要求，在理论方面控制了知识的深度，因此在教学中只需要借助氧化还原反应理论和金属活动性顺序以及物理学中的电学知识对有关问题进行一些定性的介绍和分析（如对原电池中正、负电极的判断，设计原电池时对正、负电极材料和电解质溶液的选择以及对电极反应产物的判断等）。本节教学可采用实验探究法，即引导学生通过对原电池产生电流现象的观察和分析，去发现原电池在实现能量转化过程中存在的矛盾，并设想解决矛盾的思路，理解现有的解决矛盾的方法。应该说，在原电池中设置盐桥不是一个普通的技术改进，而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、相互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。本节教学重点：进一步了解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。本节教学难点：原电池的工作原理。教学建议如下：1. 本课教学，应充分调动学生在学习过程中的自主意识，以实验为载体，创设问题情境，将对原有知识的回顾与新知识的引入融为一体，将实验探究与思考交流交替进行，凸现学生的主体作用。2. 新课引言，需要从知识的系统性方面让学生对本章内容有一个总体认识。了解电化学“是研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学”，了解电化学包含的两种反应过程与能量转换的关系。同时，可通过播放一些有关氯碱工业、电镀、电冶金工艺和各类电池的图像，帮助学生对电化学的研究领域和工艺形成一些感性认识。3. 关于本课教学的重心原电池，可以在教科书【实验4-1】的基础上补充一组探究性实验，以深化对原电池原理的理解。具体方案：【补充实验4-1-1】学生分组实验（或投影相关的实验过程）将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片直接接触，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。现象：铜片表面明显有铜析出，电流计指示无电流通过。问题与思考：上述实验装置构成了原电池吗？如果没有发生原电池反应，铜片表面为什么明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解？如果实验装置就是原电池，为什么电流计的指针又不动，表现出无电流产生？（实验中可单独置一铜片于该cuso4溶液中，以作对比，说明铜不与硫酸铜溶液反应。）判断：根据“铜片表面明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解”的实验现象，应该表现出原电池中电极反应的特点；借助物理学中的电学知识可以判断，电流计指针不动的原因可能跟锌片与铜片直接接触有关。设想：如果要证明上述装置就是原电池，确实实现了化学能与电能之间的转换，就必须证明锌片与铜片之间确实有电流通过，如何证明？【补充实验4-1-2】将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，再同时浸入盛有cuso4溶液的烧杯中。现象1：电流计指针发生偏移，并指示电子是由锌片流向铜片，在铜片表面有红色的铜析出。结论：发生了原电池反应，可以肯定【补充实验4-1-1】中的装置构成了原电池。并且，其中锌为原电池的负极，铜为正极。现象2：随着上述实验时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，最终又没有电流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。分析：由于锌片与cuso4溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有cu2+在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极（锌）表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止了，也就无电流再产生。思考：作为原电池，其功能就是要将化学能转换成电能，上述实验中负极上的变化势必影响原电池的供电效率。能否设法阻止溶液中的cu2+在负极（锌）表面还原？讨论后，演示教科书中的【实验4-1】。分析：改进后的装置能持续、稳定的产生电流的原因。分析过程中，要求学生指出上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。【补充实验4-1-3】将上述实验装置中的硫酸铜溶液换成相同浓度的稀硫酸，观察并比较产生电流强度的大小。分析：可借助金属活动性顺序分析上述实验电流强度大小不同的原因，同时也可以说明溶液中h+与cu2+离子在正极放电的顺序。【补充实验4-1-4】师生共同探讨如何利用：cu+2agno3 = cu(no3) 2+2ag的反应原理，设计一个能持续产生电流的原电池装置。（设计中需注意烧杯中电解质溶液和盐桥内电解质溶液的合理选用，在进行讨论后，可根据实际情况由教师或学生在讲台上演示实验。）4. 关于本课的小结可组织学生完成，最终归纳时可侧重以下几个方面：（1）原电池的功能：将化学能转换成电能。（2）原电池输出电能的能力：首先取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力；同时，装置设计的合理性以及影响电极反应的条件也是至关重要的因素。（3）对本课教学过程中的探究活动予以适度评价。另外，关于原电池原理应用于技术产品的开发应注意哪些方面的问题，可作为学生预习下一节“化学电源”的思考题，也可作为学生利用课外时间开展的小型研究性活动课题。二、活动建议【实验4-1】实验前应用砂纸将锌片表面打磨，除去氧化膜，以便观察到正常的电流强度由大到小的变化情况。所用电解质溶液的浓度一般控制在1 mol/l。盐桥的制作方法：方法1：取1g琼脂置于烧杯中，加入100 ml饱和kcl溶液，加热，使琼脂融化成糊状，趁热加入u形管中，待冷却后即可充当盐桥。方法2：将kcl饱和溶液装入u形管，用棉花堵住管口即可。【科学探究】图4-1用不同金属片制作原电池准备以下金属片：cu、ag、zn、fe、al正极：cu或ag负极：zn或fe、al电解质溶液：nacl溶液（实验装置如图4-1所示）操作步骤：1. 将用作正、负极的金属片用砂纸打磨干净（银电极可以自制，通过银镜反应在一洁净的小玻璃片上镀上银即可）。2. 用导线分别将正、负极与灵敏电流计相连，将4层滤纸夹在正极片与负极片之间，置于一塑料方盒中（可用盛装过试纸的空塑料盒，务必使两极与滤纸紧贴在一起），再滴入食盐水浸湿滤纸，观察现象。3. 按上述操作分别用cu、ag（正极）和zn、fe、al（负极）组成的原电池作实验，观察它们的差异。讨论：（1）通过以上探究活动，你认为哪两种金属组成原电池正、负极时，产生的电流强度较大？（2）你认为上面组成的各原电池具体是利用什么反应使化学能转换成电能的？（3）关于原电池的电流强度大小除了受金属活动性影响之外，还与哪些因素有关？（4）在利用原电池原理研制具有实用性的化学电池时，你认为需要考虑哪些问题？