原电池教学设计

1、教学设计 教学主题 原电池工作原理（鲁科版化学反应原理模块第1章第3节） 一、教材分析 1.教材知识体系（如图1、图2所示） 图1 化学反应原理第1章教材知识体系图 图 2 化学反应原理第1章第3节教材知识体系 “原电池的工作原理”处于化学反应原理模块第1章第3节，其它两节依次为：化学反应的热效应、电能转化为化学能电解。教材以“能量转化”为主线，首先介绍如何通过实验测定方法和理论计算方法来定量描述化学反应的热效应，其次介绍电能与化学能相互转化的具体形式电解和电池。先学热化学后学电化学、先学电解后学原电池，符合由易到难，由简单到复杂的认知过程。第3节化学能转化为电能电池又包含三部分内容，其先后顺

2、序分别为原电池的工作原理、化学电源、金属的腐蚀与防护，先学习原理，然后再学习原理的应用，体现了原理的价值和功能。 2.学科价值 原电池作为化学电池的一种，不仅与物理学中的电学有重要的联系，还与化学学科中的几大领域也有着密切的关联。 通常人们都说原电池的本质就是氧化还原反应，但原电池之所以能够产生电流是由于原电池的两极存在电势差，而造成电势差的原因就是两极物质的结构不同，得失电子的能力就不同。物质的结构决定着物质的性质（氧化性和还原性）和氧化还原电对的电极电势，从而影响了氧化还原反应的过程和反应的方向以及限度，实现了物质的化学能到电能的能量转化，这些维度的研究便形成了物理化学中可逆电池研究的基础

3、，而可逆电池的研究也为这些维度的发展提供了理论指导，研究化学电池的科学家更关注的是如何设计出可以批量生产的电池，这与材料科学的领域又有着密不可分的关系。 因此，原电池与化学学科的分支领域有着密切的联系，例如，物质结构、物质性质、化学反应、能量转化、反应方向和限度、分析化学、物理化学以及材料科学等。所以，有关原电池的研究是非常有价值的，对于学生化学学科的学习也是有很大的帮助的。 二、学生分析 1.学生认知起点及障碍点 通过初中化学和高中化学必修模块的学习，学生已经了解了氧化还原反应的知识，也已经初步认识到原电池的功能即将化学能转化为电能，选修中又学习了热化学和电解的知识，从物质的反应、微粒的运动

4、、能量的转化等各个角度，为原电池的学习奠定了基础。 但原电池内容涉及到发展学生对氧化还原反应、微粒观的认识发展以及分析体系中化学反应的基本思路的培养，这些都会对学生的认知发展带来障碍。虽然关于原电池的知识难度从必修到选修阶段是一个螺旋上升过程，但是由于学生关于电化学知识的欠缺、受到物理学知识的影响以及对语言的错误理解，导致学生存在一定的认知障碍。例如，如何认识电极材料与电极反应物的关系、电解质溶液与电极反应物的关系？如何认识原电池中氧化反应、还原反应分开进行？怎样从微观视角分析原电池中微粒的运动与反应？ 2.学生思维发展点 首先，可以发展对氧化还原反应的认识。在原电池中让学生认识到电子可以在物

5、质之间转移，也可以从外部得到和向外部输出，实现氧化反应和还原反应在体系中的不同部位发生。其次，对原电池原理的认识从宏观到微观逐渐深入。学生在必修阶段了解到由于电极活性的不同产生了电流，而进入到选修阶段以后，认识到本质上是由于电势差的存在；第三，让学生对体系中的微粒认识上升到微观的、相互作用的、动态的认识。学生在必修阶段知道微粒在体系中是不断运动的，而通过原电池原理的学习，让学生认识到体系中微粒的运动方向和运动规律，以及使微粒定向运动的动力来源。 三、教学目标 知识与技能:了解原电池原理，知道原电池中电子、离子的运动方向、电极反应之间的关系；能写出简单电池的电极反应式和电池反应式。 过程与方法：

6、通过铜锌原电池电流形成过程的探究，认识到微粒运动（导线中电子和溶液中阴阳离子的运动）和物质变化（电极反应）的内在联系；通过比较分析单液电池和双液电池的异同，拓展对化学反应的认识，更加深刻理解原电池。 情感态度与价值观：通过学习原电池的功能，体会原电池对于解决能源问题的意义；通过探究实验，比较单液电池和双液电池，体会科学研究对于人类社会可持续发展的重要意义。 四、教学环境 简易多媒体教学环境 交互式多媒体教学环境 网络多媒体环境教学环境 移动学习 其他 五、信息技术应用思路（突出三个方面：使用哪些技术？在哪些教学环节如何使用这些技术？使用这些技术的预期效果是？）200字 在课堂情景展示、各原电池

7、装置展示环节，用PPT展示精美图片、简单动画引导学生思考、理解问题。 在实验探究环节中， 一方面利用手持技术测量锌粉加入前后硫酸铜溶液的温度变化,学生能更直接感受氧化还原反应中的热效应;另一方面使用平板电脑拍摄实验现象并展示,便于存留瞬间实验现象并进行分析。 微课“有盐桥的原电池工作原理”用于课前预习，提升学生自主学习能力。 六、教学流程设计（可加行） 教学环节 教师活动 学生活动 信息技术支持 导入 【设疑】 1.氢气是很重要的能源物质，在氧气中燃烧生成水，同时产生大量的热；在通电的条件下，水可以电解生成氢气和氧气。试分析这两个反应的能量转化。 2.氢气和氧气化合生成水释放的能量能否直接转化

8、为电能？氢氧燃料电池直接将氢气和氧气化合释放的能量直接转化为电能的。日常生活中用到的化学电源跟氢氧燃料电池一样，都是根据原电池原理制造的。 3.原电池是怎样将化学能转变为电能的呢？怎样设计一个原电池呢？ 本节课我们就通过铜锌原电池实例探究来学习这些知识。 学生倾听后，思考回答两个反应的能量转化情况。 观察图片，产生联想。 PPT展示问题情境 PPT氢氧燃料电池装置图 活动探究 【介绍】先请同学们完成下面的活动探究任务。 【展示】 “活动探究”任务：见教材P19.“活动探究”栏目 【指导】 巡回指导学生探究过程，纠正错误认识，解答学生疑问。 【评价】 组织学生展示探究结果，并展开讨论。得出结论。

9、 1.锌与硫酸铜溶液的反应是放热反应。也就是说该反应是释放能量的反应。 2.模仿必修学过的原电池，将铜片和锌片分别用导线连接检流计后平行插入到硫酸铜溶液中，发现检流计指针偏转，单一将金属片插入溶液中，检流计指针不偏转。检流计指针发生偏转，说明电路中有电流产生。这套装置就是铜锌原电池装置1。 【设计并实施实验】 实验1.分别用温度计测量锌粉加入前后硫酸铜溶液的温度，记录数据。比较分析，得出结论，该反应是放热反应。 实验2.根据所学原电池的知识，设计铜锌原电池，实现将化学能转化为电能。 1.手持技术测量实验1温度变化 2.平板电脑拍摄实验现象。 原理探究 【问题1】根据上面的实验现象和教材P20.

10、“图132”讨论该电池的工作原理。 提示：讨论一下问题 1. 电流的方向是什么？ 2. 电路中是何种微粒运动形成电流的？其运动方向是怎样的？ 3. 电池中发生了怎样的反应？ 【总结】 1.该电池的组成和工作原理 2.电极反应和电池总反应 小组交流研讨，得出结论。 1.通过检流计的指针偏转方向可以判断电路中的电流方向。电流在外电路中是从铜片流出，流入锌片的；电解质溶液中是从锌片流向铜片的。 2.在导线中是电子导电；电解质溶液中是阴阳离子导电。根据电流方向可以判断其运动方向。 3.锌片上电子流出说明锌失去了电子变成了锌离子进入溶液，发生了氧化反应；铜离子在铜片上得到电子发生还原反应。 PPT常见化

11、学电源的化学反应 【问题2】让学生观察比较教材“图132”和“图133”，分析锌粉和硫酸铜溶液反应和铜锌原电池反应有何异同？ 【总结】通过比较分析得出结论： 1.锌粉和硫酸铜溶液的反应是铜离子和锌片表面锌原子直接接触发生电子转移的反应，溶解的锌离子和铜离子相互碰撞阻碍反应发生，反应杂乱无章；原电池反应，两个反应分别在两极发生，反应的有序性强，反应的要快。 2.能量转化的形式不同。 【分析比较，交流研讨】 1.锌粉和硫酸铜溶液的反应是铜离子和锌片表面锌原子直接接触发生电子转移的反应 2. 原电池中，两个反应分别在两极发生 PPT铜锌原电池装置原理图 【问题3】实验室用锌和稀硫酸制取氢气时，为了加

12、快反应速率，常在稀硫酸中加入少许硫酸铜粉末，其原理是什么？ 【迁移应用】 形成了原电池，是反应的有序性加强，反应速率加快。 【总结提升】在铜锌原电池的装置中，如果将硫酸铜溶液换成稀硫酸，所得到的装置也是原电池。通过分析电极反应，我们可以得到，类似象金属跟溶液这样的反应，我们可以如何构造一个原电池呢？ 【交流研讨】 得出金属和溶液反应的原电池设计方法。 PPT铜锌原电池工作原理 原电池构造，反应式 【问题4】如果将电池的铜片换成镁片，将硫酸铜溶液换为硫酸锌溶液，锌片上将发生怎样的反应？ 【迁移应用】 根据学过的铜锌原电池的工作原理，分析转变后的电池的电极反应。 【问题5】如果仔细观察，同学们做实

13、验的铜锌原电池中，电池工作一段时间后，锌片上也有少量的红色物质析出，这是为什么呢？ 还可以用什么实验证明你的结论呢？ 【活动探究】 1.电池工作时，锌和铜都浸在硫酸铜溶液中，锌片跟铜离子能够接触，所以可以直接发生电子的传递，发生置换反应，在锌片表面上析出铜。 2.因为这部分反应没有产生电流，反应放出的能量应该以热能的形式释放出来。所以可以用测量溶液温度变化的实验来证明上述结论。 展示平板电脑所拍摄实验现象比较结果 展示新电池的电极反应和电池反应 【问题6】通过刚才的讨论，我们得知，我们使用的原电池，反应的能量并没有完全转变为电能。那么有没有办法解决这个问题呢？ 请同学们先阅读“资料·

14、在线”栏目给大家的信息盐桥，然后仔细观察下面的演示实验，回答相关的问题。（教材P21“观察·思考”栏目。注意阅读资料） 【观察思考】 1.阅读“资料在线”，了解“盐桥”的概念和作用。 2.记录实验现象：盐桥插入前没有电流，插入后产生电流。 3.与单液电池相比，氧化剂和还原剂不再直接接触。 4.通过本活动，对原电池的构造和反应有了更加深刻的认识。 微课：有盐桥的原电池工作原理 【问题7】装置中的锌片换成附着一层锌的石墨棒，能否形成原电池？ 两个电极材料的作用是什么？ 电极材料和电解质溶液必须参加电极反应吗？ 【交流研讨】 PPT1.问题 2.双液电池 本节小结 【问题8】通过本节探究，

15、总结分析 1.构成电池的基本要素有哪些？ 2.如果设计一个原电池，需要解决哪些问题？ 一、构成电池的基本要素是： 1.电解材料 2.电解质溶液 3.形成闭合回路 4.自发进行的氧化还原反应。 二、设计一个原电池，需要解决的问题是 1.根据反应选择合适的电解材料和电解质溶液，将氧化剂和还原剂分别置于两极上并进入电解质溶液中。 2.连接装置形成闭合回路。 PPT展示本节小结 当堂检测 将氯化铁溶液和铜的反应设计成原电池，画出装置图。 迁移应用 根据原电池的构成要素设计原电池。 PPT展示情境材料 交流研讨的结果 七、教学特色（如为个性化教学所做的调整，为自主学习所做的支持、对学生能力的培养的设计，

16、教与学方式的创新等）200字左右 （1）从学生熟知的氢能源和化学电源入手设置情境，体现本章“能量转化”主线，利用新的任务驱动学生产生学习的兴趣和动力。 （2）充分利用活动资源，层层设计问题，促使学生在利用已有知识解决问题并发现问题学习新知，充分体现探究功能，学生在思考的过程中，对知识逐渐加深认识的同时，培养学生的思维能力和创造能力。 （3）充分注意教学素材的挖掘，利用 “问题”驱动知识学习的深入展开，形成科学严密的知识学习证据链条，为形成正确的认识奠定基础。同时也解决了单双液原电池的教学设计问题，实际上都是学习原电池的证据链条上不同层次的具体体现。从这个角度来说，只有正确全面的分析，才能设计出

17、科学合理的教学设计。 （4）多种信息技术手段的使用，如手持技术、平板电脑拍摄、微课、PPT等对于教学重难点的攻克更为简便。 教学设计 教学主题 原电池工作原理（鲁科版化学反应原理模块第1章第3节） 一、教材分析     1.教材知识体系（如图1、图2所示） 图1  化学反应原理第1章教材知识体系图     图 2  化学反应原理第1章第3节教材知识体系  “原电池的工作原理”处于化学反应原理模块第1章第3节，其它两节依次为：化学反应的热效应、电能转化为化学能电解。教材以“能量转化”为主线，首先介绍如何通过

18、实验测定方法和理论计算方法来定量描述化学反应的热效应，其次介绍电能与化学能相互转化的具体形式电解和电池。先学热化学后学电化学、先学电解后学原电池，符合由易到难，由简单到复杂的认知过程。第3节化学能转化为电能电池又包含三部分内容，其先后顺序分别为原电池的工作原理、化学电源、金属的腐蚀与防护，先学习原理，然后再学习原理的应用，体现了原理的价值和功能。     2.学科价值 原电池作为化学电池的一种，不仅与物理学中的电学有重要的联系，还与化学学科中的几大领域也有着密切的关联。 通常人们都说原电池的本质就是氧化还原反应，但原电池之所以能够产生电流是由于原电池的两极存在电势

19、差，而造成电势差的原因就是两极物质的结构不同，得失电子的能力就不同。物质的结构决定着物质的性质（氧化性和还原性）和氧化还原电对的电极电势，从而影响了氧化还原反应的过程和反应的方向以及限度，实现了物质的化学能到电能的能量转化，这些维度的研究便形成了物理化学中可逆电池研究的基础，而可逆电池的研究也为这些维度的发展提供了理论指导，研究化学电池的科学家更关注的是如何设计出可以批量生产的电池，这与材料科学的领域又有着密不可分的关系。 因此，原电池与化学学科的分支领域有着密切的联系，例如，物质结构、物质性质、化学反应、能量转化、反应方向和限度、分析化学、物理化学以及材料科学等。所以，有关原电池的研究是非常

20、有价值的，对于学生化学学科的学习也是有很大的帮助的。 二、学生分析     1.学生认知起点及障碍点 通过初中化学和高中化学必修模块的学习，学生已经了解了氧化还原反应的知识，也已经初步认识到原电池的功能即将化学能转化为电能，选修中又学习了热化学和电解的知识，从物质的反应、微粒的运动、能量的转化等各个角度，为原电池的学习奠定了基础。 但原电池内容涉及到发展学生对氧化还原反应、微粒观的认识发展以及分析体系中化学反应的基本思路的培养，这些都会对学生的认知发展带来障碍。虽然关于原电池的知识难度从必修到选修阶段是一个螺旋上升过程，但是由于学生关于电化学知识的欠缺、受到物理学

21、知识的影响以及对语言的错误理解，导致学生存在一定的认知障碍。例如，如何认识电极材料与电极反应物的关系、电解质溶液与电极反应物的关系？如何认识原电池中氧化反应、还原反应分开进行？怎样从微观视角分析原电池中微粒的运动与反应？     2.学生思维发展点 首先，可以发展对氧化还原反应的认识。在原电池中让学生认识到电子可以在物质之间转移，也可以从外部得到和向外部输出，实现氧化反应和还原反应在体系中的不同部位发生。其次，对原电池原理的认识从宏观到微观逐渐深入。学生在必修阶段了解到由于电极活性的不同产生了电流，而进入到选修阶段以后，认识到本质上是由于电势差的存在；第三，让学生

22、对体系中的微粒认识上升到微观的、相互作用的、动态的认识。学生在必修阶段知道微粒在体系中是不断运动的，而通过原电池原理的学习，让学生认识到体系中微粒的运动方向和运动规律，以及使微粒定向运动的动力来源。   三、教学目标     知识与技能:了解原电池原理，知道原电池中电子、离子的运动方向、电极反应之间的关系；能写出简单电池的电极反应式和电池反应式。     过程与方法：通过铜锌原电池电流形成过程的探究，认识到微粒运动（导线中电子和溶液中阴阳离子的运动）和物质变化（电极反应）的内在联系；通过比较分析单液电池和双液电池的异同，拓展

23、对化学反应的认识，更加深刻理解原电池。     情感态度与价值观：通过学习原电池的功能，体会原电池对于解决能源问题的意义；通过探究实验，比较单液电池和双液电池，体会科学研究对于人类社会可持续发展的重要意义。 四、教学环境 简易多媒体教学环境   交互式多媒体教学环境  网络多媒体环境教学环境   移动学习   其他 五、信息技术应用思路（突出三个方面：使用哪些技术？在哪些教学环节如何使用这些技术？使用这些技术的预期效果是？）200字    在课堂情景展示、各原电池装置展示环节

24、，用PPT展示精美图片、简单动画引导学生思考、理解问题。 在实验探究环节中， 一方面利用手持技术测量锌粉加入前后硫酸铜溶液的温度变化,学生能更直接感受氧化还原反应中的热效应;另一方面使用平板电脑拍摄实验现象并展示,便于存留瞬间实验现象并进行分析。 微课“有盐桥的原电池工作原理”用于课前预习，提升学生自主学习能力。 六、教学流程设计（可加行） 教学环节 教师活动 学生活动 信息技术支持   导入     【设疑】     1.氢气是很重要的能源物质，在氧气中燃烧生成水，同时产生大量的热；在通电的条件下，水可以电解生成氢气和氧气。试分析这

25、两个反应的能量转化。     2.氢气和氧气化合生成水释放的能量能否直接转化为电能？氢氧燃料电池直接将氢气和氧气化合释放的能量直接转化为电能的。日常生活中用到的化学电源跟氢氧燃料电池一样，都是根据原电池原理制造的。     3.原电池是怎样将化学能转变为电能的呢？怎样设计一个原电池呢？     本节课我们就通过铜锌原电池实例探究来学习这些知识。 学生倾听后，思考回答两个反应的能量转化情况。 观察图片，产生联想。   PPT展示问题情境   PPT氢氧燃料电池装置图   活动探

26、究 【介绍】先请同学们完成下面的活动探究任务。 【展示】 “活动探究”任务：见教材P19.“活动探究”栏目 【指导】 巡回指导学生探究过程，纠正错误认识，解答学生疑问。 【评价】 组织学生展示探究结果，并展开讨论。得出结论。     1.锌与硫酸铜溶液的反应是放热反应。也就是说该反应是释放能量的反应。     2.模仿必修学过的原电池，将铜片和锌片分别用导线连接检流计后平行插入到硫酸铜溶液中，发现检流计指针偏转，单一将金属片插入溶液中，检流计指针不偏转。检流计指针发生偏转，说明电路中有电流产生。这套装置就是铜锌原电池装置1。 

27、0; 【设计并实施实验】 实验1.分别用温度计测量锌粉加入前后硫酸铜溶液的温度，记录数据。比较分析，得出结论，该反应是放热反应。 实验2.根据所学原电池的知识，设计铜锌原电池，实现将化学能转化为电能。   1.手持技术测量实验1温度变化 2.平板电脑拍摄实验现象。           原理探究                           【问题1】根据上面的实验现象和教材P20.“图132”讨论该电

28、池的工作原理。 提示：讨论一下问题     1. 电流的方向是什么？     2. 电路中是何种微粒运动形成电流的？其运动方向是怎样的？     3. 电池中发生了怎样的反应？ 【总结】     1.该电池的组成和工作原理     2.电极反应和电池总反应   小组交流研讨，得出结论。 1.通过检流计的指针偏转方向可以判断电路中的电流方向。电流在外电路中是从铜片流出，流入锌片的；电解质溶液中是从锌片流向铜片的。 2.在导线中是电子导电；

29、电解质溶液中是阴阳离子导电。根据电流方向可以判断其运动方向。 3.锌片上电子流出说明锌失去了电子变成了锌离子进入溶液，发生了氧化反应；铜离子在铜片上得到电子发生还原反应。 PPT常见化学电源的化学反应   【问题2】让学生观察比较教材“图132”和“图133”，分析锌粉和硫酸铜溶液反应和铜锌原电池反应有何异同？ 【总结】通过比较分析得出结论：      1.锌粉和硫酸铜溶液的反应是铜离子和锌片表面锌原子直接接触发生电子转移的反应，溶解的锌离子和铜离子相互碰撞阻碍反应发生，反应杂乱无章；原电池反应，两个反应分别在两极发生，反应的有序性强，反应的要

30、快。     2.能量转化的形式不同。 【分析比较，交流研讨】 1.锌粉和硫酸铜溶液的反应是铜离子和锌片表面锌原子直接接触发生电子转移的反应 2. 原电池中，两个反应分别在两极发生 PPT铜锌原电池装置原理图   【问题3】实验室用锌和稀硫酸制取氢气时，为了加快反应速率，常在稀硫酸中加入少许硫酸铜粉末，其原理是什么？ 【迁移应用】 形成了原电池，是反应的有序性加强，反应速率加快。     【总结提升】在铜锌原电池的装置中，如果将硫酸铜溶液换成稀硫酸，所得到的装置也是原电池。通过分析电极反应，我们可以得到，类似象金属跟溶液这样的反应，我

31、们可以如何构造一个原电池呢？ 【交流研讨】 得出金属和溶液反应的原电池设计方法。 PPT铜锌原电池工作原理 原电池构造，反应式   【问题4】如果将电池的铜片换成镁片，将硫酸铜溶液换为硫酸锌溶液，锌片上将发生怎样的反应？ 【迁移应用】 根据学过的铜锌原电池的工作原理，分析转变后的电池的电极反应。       【问题5】如果仔细观察，同学们做实验的铜锌原电池中，电池工作一段时间后，锌片上也有少量的红色物质析出，这是为什么呢？ 还可以用什么实验证明你的结论呢？   【活动探究】 1.电池工作时，锌和铜都浸在硫酸铜溶液中，锌片跟铜离子能够接触，所以可以直接发生电子的传递，发生置换反应，在锌片表面上析出铜。 2.因为这部分反应没有产生电流，反应放出的能量应该以热能的形式释放出来。所以可以用测量溶液温度变化的实验来证明上述结论。       展示平板电脑所拍摄实验现象比较结果     展示新电池的电极反应和电池反应   【问题6】通过刚才的讨论，我们得知，我们使用的原电池，反应的能量并没有完全转变为电能。那么有没有办法解决这个问题呢？      请同