《原电池的工作原理》教案

《原电池的工作原理》教案一、课标解读1．内容要求了解原电池的工作原理；2．学业要求能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。二、教材分析从学科核心知识看，新课程更加注重发挥学科核心知识的认知发展功能，例如对原电池和电解池工作原理要求中，新课标描述为：“认识电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用”。学科核心知识是学生学科能力的基础，知识只有变为自觉主动的认识角度和认识思路才能转化为学科能力和学科素养。从学科核心观念看，新课程更加注重化学的学科价值观。在学业要求中，新课标对电化学的应用中，未局限于金属防腐的传统素材，更关注到自然环境和社会生活中的能源利用问题，让学生利用所学知识分析和解决真实情境下的化学问题，以凸显学科价值，彰显社会情怀。此外，相比于旧课标，新课程更加关注学生的迁移能力，将具体技能要求移入学业要求中，例如：“能设计简单的原电池和电解池”，利用所学知识分析解释熟悉的或简单的事物，由已知推测未知，是创新能力的核心要素和典型表现。学情分析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？四、素养目标【教学目标】1．掌握原电池的概念和盐桥电池的工作原理；2．学会设计原电池；3．体会盐桥电池的优点和应用【评价目标】1.通过体验化学能转化为电能的探究过程，诊断学生对原电池工作原理的掌握程度；2.通过对单池原电池与盐桥原电池的设计对比，学会比较、评价设计方案；3.通过自主探究根据现象设疑，根据疑问求解的模式，诊断并发展学生的证据推理能力与模型认知素养。五、教学重点、难点教学重点：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。教学难点：①原电池中盐桥的作用分析②从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。六、教学方法原电池原电池教学思路八、教学过程环节教师活动学生活动温故知新【新课导入】在我们日常生活当中我们的很多活动依靠电池为我们提供能量。大家看一下，这是常见的一些电池。我们在必修2中已经学习了把化学能转化为电能的装置原电池，那我们已经学习过的原电池是否能投入到实际应用中呢？今天我们就继续来研究有关原电池的相关知识。首先我们来回顾一下原电池的基础知识，请大家看投影（PPT）。【提问】在这里面是三、四、五这三个装置构成了原电池。大家再来思考一下，其他装置不能形成原电池的原因是什么？【小结】通过这位同学的介绍，我们熟悉了在这里要想形成一个原电池，结合我们高一的研究我们可以知道必须得满足这样几个条件：首先应该是以一个自发的氧化还原反应作为基础，从装置上来讲，他应该是有活泼性不同的两个电极，两个电极应该分别插入到电解质溶液中形成闭合的回路。【提问】下面我们就以装置五为例来复习一下铜锌原电池的工作原理。回顾已学知识，完成学案【思考回答】第三个属于原电池，还有第四个和第五个。【思考回答】在第一个和第二个中它没有用两种活动性不同的金属或一种金属和能导电的非金属做电极；第二个石墨和硫酸不发生反应；第六个，电解质溶液一般是盐类溶液不会是有机溶液；第七个是没有形成闭合回路；【书写】电极反应式和总反应式。再探单液电池【教师提问】下面大家预测一下，装置五在工作的时候会产生哪些实验现象？【过渡】大家同不同意他的看法？那事实上是不是这样呢？下面呢我们就通过实验来验证一下。【演示实验1】将锌片和铜片分别用夹子夹好与电流表串联，再同时放入盛有CuSO4溶液的烧杯中。根据所学知识和所观察的实验现象完成表格：【问题1】为什么电流会逐渐减小？【小结】由此我们就可以看到像我们刚才那样简单的原电池是没有办法向外输出持续稳定的电流的。实际上大家刚才看到的这个现象就是装置五这个电池工作的最终结果，由此可以看出这样的原电池不能投入到实际应用当中。那我们来思考一下他不能投入实际应用的原因是没有得到稳定的电流，在这我们同时也发现这个电池不能持续稳定工作的原因就是锌片上有铜析出。【思考回答】电流表指针发生偏转；铜片表面有铜析出。生1：锌片表面有铜析出。生2：随着时间的延续，电流减小，电流不稳定。生3：锌片表面逐渐被铜全部覆盖；【讨论回答】锌片表面有铜析出，自己形成原电池，加快铜在锌表面的析出，锌片表面就逐渐会被铜覆盖，自身就可以形成原电池，减弱向外输出的电流。探究双液-盐桥电池【交流·研讨一】如何改进原电池装置？教师不断通过问题引导学生分析电池的改进过程，逐渐由单液电池建构出盐桥电池；【问题2】能否阻止Cu2+在锌片表面还原?【问题3】锌片应插入什么样的溶液中？【问题4】投影上的装置形成了原电池吗？该用什么样的物质连接装置的内电路呢？怎样能使电解质溶液连通构成原电池？【小结】我们需要一个能架在这两个烧杯上，并且为我们源源不断的提供离子的装置。那么大家思考一下这个装置我们怎么来进行设计。刚才有同学谈到了可以寻找一个搭在上面的，实际上大家可以注意我们在选择电解质溶液的时候还要考虑到这样一个问题，就是我们的这个原电池反应两极反应式同步进行的，那大家思考一下，要求这个装置他里面所承载的离子向外输出的时候迁移速率应该有什么样的特点？同步反应，迁移速率应该相等是吧。【过渡】结合刚才我们的讨论，再来看一份资料。通过这个资料大家判断一下我们可以选择哪些物质构成的溶液来联通两个烧杯中的溶液。【科学视野】【引导】大家看一下老师手中拿的这个装置，这个装置就是装有饱和KCl和琼脂的一个装置，这个装置因为是起到联通两个电解质溶液的作用的，所以我们称之为盐桥。在这里面饱和KCl和琼脂我们制成了胶冻，制成胶冻的原因主要是为了防止溶液流出，下面我们就来试验一下，用这个盐桥能否联通两个溶液让他再次形成原电池。【演示实验2】用盐桥将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液的烧杯连接起来，然后将锌片和铜片分别用导线与电流表相连。【观察提示】1.电流表指针偏转情况，工作一段时间有无变化2.电解质溶液的变化3.电极表面的变化4.取出盐桥后的变化【分析讨论】通过这一现象大家可以看到，我们加了盐桥之后构成了闭合的回路，这实际上就是一个带盐桥的原电池。【交流·研讨二】盐桥中离子移动方向和盐桥的作用？【过渡】下面我们来分析一下这个盐桥原电池的构成及工作原理。我们来看一张图片，在这里面大家可以看到，带盐桥的原电池实际上可以分为两部分，一部分是盐桥，另一部分是两个半电池。【分析】两个半电池可以分成锌半电池和铜半电池，锌半电池做负极发生的是氧化反应，铜半电池做的是正极发生的是还原反应。接下来我们再来看一下它的导电过程，大家可以看到，这里分两部分，一部分是电子从锌出发，经过导线之后到达铜电极，它构成的是溶液外的电路简称外电路，另外一个是溶液内的电路，大家可以看到盐桥不断地向两个烧杯当中补充阴阳离子，在这里他会向锌半电池里补充阴离子是吧，向铜半电池中补充阳离子，由此大家可以看到实际上溶液内通过离子导电，而溶液外通过电子导电，这样它又构成了闭合回路，这就是带盐桥的原电池的工作原理。大家一起讨论：生l：将Zn从CuSO4中分离开来。生2：不行，得放在其它电解质中，比如ZnSO4。生3：不行。因为不能形成闭合回路。事实上电流表指针也没有偏转。生4：内电路是通过离子导电的，应该可以用电解质溶液连接两烧杯；KCl学生在出乎意料的现象中惊奇，惊喜，接着困惑。学生的兴趣一下又被提起来了。学生：哇，有电了。学生：有了，指针偏转了!而且偏转稳定，偏转还大了呢!学生对这个盐桥进行分析推理，理出思路进行语言组织。观察现象1.有盐桥存在时电流表指针偏移；2.铜片表面有铜析出；3.锌片逐渐溶解；4.随着时间的延续，能产生持续稳定的电流；5.取出盐桥无电流产生；（1）联通两个溶液，形成闭合回路。（2）使两个溶液保持电中性，从而使电极反应持续进行。盐桥变膜-认识离子交换膜电池【过渡】大家刚才在观察的时候可能还发现这样一个现象，那就是我们引入了盐桥之后电流确实很稳定了，但是我们发现电流强度怎么样？【导入】在我们实际应用电池的过程当中我们并不能找到盐桥的影子，最主要的原因是盐桥的内阻太大了，所以实际的生产选择了一种离子交换膜。【PPT展示】大家可以看一下，这就是把我们刚才锌铜电池中的盐桥换成了离子交换膜的结构。电流稳定且变大。【拓展】离子交换膜可以选择性的让某些离子通过，同时也可以把两份反应物隔开。所以在我们的实际电池中我们采用的都是这种离子交换膜。比如说我们即将要学习到的氢氧燃料电池，它所采用的也是一种离子交换膜。这是我们在日常生活中能够用到的一些膜。变小了；设想未来电池的发展【结束语】通过学习我们发现从最简单的原电池到有盐桥的原电池再到我们实际应用的原电池，我们可以体会到这样一点，当我们把一个化学原理从理论变成应用的时候，它不是一帆风顺的，它需要经过一定的阶段，克服一些困难。【设问】电池发展到今天已经和普及很成熟，那么是不是意味着今天的电池就发展到了尽头呢？那么未来的电池发展趋势又是什么呢？大家可以课后去查阅相关资料。学生根据生活中的经历举例生活中的电池学生回答，肯定不是，譬如我们生活中的电池日益更新，学生畅谈未来电池的发展趋势巩固练习【投影】投影盐桥电池设计练习完成课堂练习九、板书设计十、课堂练习（典型性、代表性和覆盖面）1．将锌片、铜片、盐桥、导线、电流计和ZnSO4溶液、CuSO4溶液连接成下图装置，下列各叙述中正确的是A．构成原电池，锌片作正极B．铜片上有铜析出，锌片上没有C．铜片附近Cu2＋浓度不变D．导线中电子的方向是由铜片流向锌片2．“暖宝宝”的主要原料有：铁粉、活性炭、水、食盐等。其中活性炭是原电池的电极之一，食盐的作用是溶于水形成电解质溶液。下列有关“暖宝宝”的说法中错误的是A．活性炭作用是作原电池的正极，加速铁粉的氧化B．“暖宝宝”放出的热量是铁氧化时产生的C．“暖宝宝”使用前要密封保存，使之与空气隔绝D．活性炭最终将转化为二氧化碳3．下列现象中，不是由于原电池反应造成的是A．含杂质的锌与盐酸反应比纯锌与盐酸反应速率快B．金属在潮湿的空气中易腐蚀C．纯铁和盐酸反应，如滴入几滴硫酸铜溶液，则可加快反应速率D．纯银器表面变黑4．原电池的正负极不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，则下列说法正确的是（）A．、、浓硝酸组成的原电池，刚开始时负极的电极反应式为B．、、溶液组成的原电池，负极的电极反应式为C．由、、浓硝酸组成的原电池，刚开始时负极的电极反应式为D．由、、溶液组成的原电池，负极的电极反应式为5．按下列选项要求组成的原电池中，原电池的总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+的是ABCD电极材料Cu、CCu、AgCu、ZnFe、Zn电解质溶液Fe(NO3)3(aq)FeSO4(aq)FeCl3(aq)CuSO4(aq)《原电池的工作原理》作业设计一、单项选择题=1\*ROMANI1．将锌片、铜片、盐桥、导线、电流计和ZnSO4溶液、CuSO4溶液连接成下图装置，下列各叙述中正确的是A．构成原电池，锌片作正极B．铜片上有铜析出，锌片上没有C．铜片附近Cu2＋浓度不变D．导线中电子的方向是由铜片流向锌片【参考答案】B【质量水平】考点细化内容质量水平原电池原理A金属锌比铜活泼，锌失去电子，发生氧化反应，锌做负极L1B正极Cu片上Cu2+得电子被还原成铜单质，锌片上发生的电极反应为Zn-2e-=Zn2+L1C铜片上Cu2+得电子被还原成铜单质，Cu2＋浓度减小L1D电子从负极流向正极，即导线中电子的方向由锌片流向铜片L12．“暖宝宝”的主要原料有：铁粉、活性炭、水、食盐等。其中活性炭是原电池的电极之一，食盐的作用是溶于水形成电解质溶液。下列有关“暖宝宝”的说法中错误的是A．活性炭作用是作原电池的正极，加速铁粉的氧化B．“暖宝宝”放出的热量是铁氧化时产生的C．“暖宝宝”使用前要密封保存，使之与空气隔绝D．活性炭最终将转化为二氧化碳【参考答案】D【质量水平】考点细化内容质量水平原电池原理的应用A构成原电池，加快反应速率。活性炭是原电池正极，能够加速铁粉的氧化L1B“暖宝宝”放出的热量是铁作负极发生氧化反应产生的，故B正确L1C“暖宝宝”使用前要密封保存，使之与空气隔绝，防止铁粉被氧化L1D活性炭为原电池中的正极，不发生变化L13．下列现象中，不是由于原电池反应造成的是A．含杂质的锌与盐酸反应比纯锌与盐酸反应速率快B．金属在潮湿的空气中易腐蚀C．纯铁和盐酸反应，如滴入几滴硫酸铜溶液，则可加快反应速率D．纯银器表面变黑【参考答案】D【质量水平】考点细化内容质量水平原电池原理的应用A含杂质的锌与盐酸反应时会形成原电池，加快反应速率L1B金属在潮湿的空气中放置，水蒸气在金属表面形成一层薄薄的水膜，金属和其含有的其他金属或碳构成原电池的两极，溶在水膜中的二氧化碳形成的碳酸提供了电解质溶液，从而构成原电池，金属易发生吸氧腐蚀L2C铁和硫酸铜溶液发生置换反应，被置换出来的铜附着在铁上，和盐酸共同构成原电池，可以加快反应速率L1D纯银器与空气直接发生化学反应而被腐蚀L14．原电池的正负极不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，则下列说法正确的是（）A．、、浓硝酸组成的原电池，刚开始时负极的电极反应式为B．、、溶液组成的原电池，负极的电极反应式为C．由、、浓硝酸组成的原电池，刚开始时负极的电极反应式为D．由、、溶液组成的原电池，负极的电极反应式为【参考答案】B【质量水平】考点细化内容质量水平原电池原理A刚开始时，铝被钝化，铜作负极，铝作正极，负极的电极反应式为L1B作负极，作正极，负极的电极反应式为L2C刚开始时，Fe被钝化，Fe作正极，作负极，负极的电极反应式为L1DFe易失去电子而作负极，作正极，其负极的电极反应式为L15．按下列选项要求组成的原电池中，原电池的总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+的是ABCD电极材料Cu、CCu、AgCu、ZnFe、Zn电解质溶液Fe(NO3)3(aq)FeSO4(aq)FeCl3(aq)CuSO4(aq)【参考答案】A【质量水平】考点细化内容质量水平原电池工作原理及构成要素A根据题述原电池的总反应可知，Cu的化合价升高，Cu作负极，电解质溶液应含有Fe3+，另一个电极应为比Cu不活泼的导电物质；L1BL1CL2DL16．锌铜原电池(如图所示)工作时，下列叙述正确的是A．电池总反应为 B．该电池中电子由正极流向负极C．正极反应为 D．盐桥中的移向溶液【参考答案】A【质量水平】考点细化内容质量水平原电池工作原理A电池总反应为L1B外电路中，电子由负极流向正极L1CCu作正极，其电极反应为L1D原电池中阳离子向正极移动，所以盐桥中的移向溶液L17．某电池的总反应离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+，不能实现该反应的原电池是正极负极电解质溶液的溶质ACuFeFeCl3BCFeFe(NO3)3CPtFeFe2(SO4)3DAgFeCuSO4【参考答案】D【质量水平】考点细化内容质量水平原电池工作原理依据反应2Fe3++Fe=3Fe2+，Fe失去电子发生氧化反应，Fe作负极，用比Fe活泼性弱的金属或非金属导体(如Cu、Ag、C等)作正极，用含Fe3+的溶液作电解质溶液。L1L1L1L1二、单项选择题=2\*ROMANII8．已知可逆反应：AsO+2I-+2H+AsO+I2+H2O。据此设计出如图所示的实验装置，其中C1、C2均为铂电极，A烧杯中为KI溶液，B烧杯中为Na3AsO4溶液。以下关于该装置的说法错误的是A．盐桥中的阳离子向B烧杯移动B．电流的方向由C2极到C1极C．电流表读数为0时，再向B烧杯中滴加浓NaOH溶液，C2作正极D．电流表读数为0时，表明该可逆反应达到了平衡状态【参考答案】C【质量水平】考点细化内容质量水平原电池工作原理AAsO得到电子，碘离子失去电子，所以C1极是负极，C2极是正极，因此盐桥中的阳离子向B烧杯移动；L1原电池工作原理BC1极是负极，C2极是正极，因此电流的方向由C2极到C1极；L1原电池工作原理、平衡移动C电流表读数为0时，再向B烧杯中滴加浓NaOH溶液，氢离子浓度减小，反应逆向进行，单质碘作氧化剂，所以C1极是正极，C2作负极；L3原电池工作原理、可逆反应D该反应为可逆反应，当反应