原電池原理的教學(xué)案例..doc

【標(biāo)題】蘇教版高一年級(jí)原電池的教學(xué)設(shè)計(jì)杭州市蕭山六中邱新德311261一、設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)思想： 為學(xué)生創(chuàng)設(shè)好學(xué)習(xí)、研究的環(huán)境， 把時(shí)間留給學(xué)生，把想象的空間留給學(xué)生，把認(rèn)知過(guò)程留給學(xué)生。理論依據(jù)：根據(jù)能量守恒定律，“變化都是由能量驅(qū)使的”，能量從高到低是自發(fā)過(guò)程，從能量的角度來(lái)分析原電池中所發(fā)生的變化。設(shè)計(jì)特色：創(chuàng)設(shè)相關(guān)的情境，幫助學(xué)生理解并應(yīng)用能量守恒定律解釋原電池中的電子流向、電極及其反應(yīng)、溶液中的離子移動(dòng)等變化過(guò)程。二、教材分析1分析課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見(jiàn)對(duì)本課教學(xué)內(nèi)容的要求。2分析本課內(nèi)容的組成成分和在模塊學(xué)習(xí)中的地位和作用；三、學(xué)情分析1學(xué)生已有的認(rèn)知水平和能力基礎(chǔ)：對(duì)于電化學(xué)來(lái)講，學(xué)生的認(rèn)知還是處于空白狀態(tài)，加上目前多數(shù)學(xué)校都是以講題為主來(lái)提高學(xué)生的成績(jī)，學(xué)生的分析能力明顯不足，理解能力也亟待加強(qiáng)，因此，本節(jié)內(nèi)容從以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，學(xué)生理解得都不好很普遍。2本課中學(xué)生可能遇到的困難：電池中電能的能量來(lái)源，為什么正極上只發(fā)生還原反應(yīng)、負(fù)極上只發(fā)生氧化反應(yīng)，或者把正負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)弄錯(cuò)。四、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力：1使學(xué)生了解原電池的概念和組成條件，理解原電池的化學(xué)原理。2初步掌握形成原電池的基本條件。能正確規(guī)范書寫電極反應(yīng)方程式。能初步根據(jù)典型的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池。過(guò)程與方法：1通過(guò)對(duì)比水電站的工作原理，培養(yǎng)學(xué)生觀察分析能力和知識(shí)遷移能力。2通過(guò)電子在電路中的流向分析電極上發(fā)生的反應(yīng)。態(tài)度情感價(jià)值觀：1通過(guò)電池方方面面知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度。2激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與投身科學(xué)追求真理的積極情感。五、重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：原電池能量來(lái)源、電極及電極反應(yīng)。教學(xué)難點(diǎn)：許多學(xué)生把精力放在了原電池的裝置上，忽視了原電池工作時(shí)的能量變化及電極反應(yīng)。六、教學(xué)策略與手段本課運(yùn)用參照水電站的能量轉(zhuǎn)換的方式、結(jié)合能量守恒原理，使學(xué)生理解原電池工作時(shí)的能量來(lái)源，通過(guò)電路中的電子流向，分析不同電極上所發(fā)生的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。七、課前準(zhǔn)備1教師的教學(xué)準(zhǔn)備；圖片收集、課件制作2教學(xué)用具：Zn、Cu、稀H2SO4溶液、電流計(jì)八、教學(xué)過(guò)程這是教學(xué)設(shè)計(jì)的主體部分。分幾個(gè)環(huán)節(jié)具體說(shuō)明教師指導(dǎo)活動(dòng)、學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)及師生交互活動(dòng)。一般應(yīng)采用文字?jǐn)⑹黾狱c(diǎn)評(píng)的格式，不要采用表格或流程圖的形式。電已經(jīng)成為生產(chǎn)中無(wú)法缺少的能源，就連生活中也無(wú)法離開(kāi)電。曾經(jīng)有一個(gè)冰箱企業(yè)為了說(shuō)明冰箱省電，在廣告中說(shuō)他們的冰箱一天只需一只5號(hào)電池。你會(huì)相信嗎？一只5號(hào)電池中到底會(huì)含有多少“電量”呢？學(xué)完了這節(jié)課之后再作回答。（一）原電池1讓學(xué)生感觸化學(xué)鋅與稀硫酸反應(yīng)的能量變化學(xué)生實(shí)驗(yàn)在試管中先加入鋅粒，再加入5mL稀硫酸。一分鐘后，觸摸試管外壁。讓學(xué)生感覺(jué)試管已經(jīng)有些燙手，證明反應(yīng)可以放出較多的能量。2能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。展示三峽大壩圖片，并同時(shí)引用毛澤東水調(diào)歌頭游泳，激發(fā)學(xué)生想象力。高峽是指水位很高，此時(shí)水的勢(shì)能很大。圖1 三峽大壩電腦效果圖三峽大壩將水能變成了電能!這就是一個(gè)能量守恒的例子，大壩并沒(méi)有產(chǎn)生新的能量，而是將大壩里的水具有的一部分能量通過(guò)相應(yīng)的裝置整套發(fā)電裝置，轉(zhuǎn)變成了電能。3三峽大壩將水的能量轉(zhuǎn)變成電能，鋅與稀硫酸反應(yīng)放出的能量也能轉(zhuǎn)變成電能嗎？燃燒反應(yīng)也能放出熱量，中和反應(yīng)也可以放熱，這些反應(yīng)中放出的熱量，怎樣才能轉(zhuǎn)變成電能呢？4有了象三峽電站這樣的大型電站，我國(guó)還擁有許多的電站，那為什么需要電池？哪些地方需要電池呢？在許多用電不方便的地方，比如手機(jī)、助聽(tīng)器以及許多特定的地方，電池可以提供普通電源無(wú)法提供的電能。這里就是要讓學(xué)生對(duì)電池能“提供能量”樹立牢固的印象。5聽(tīng)MP3的時(shí)候，電池里的“電”會(huì)很快被用完了，這是為什么呢？電池就是通過(guò)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)時(shí)釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，而電池的體積就那么一點(diǎn)點(diǎn)大，里面的物質(zhì)總是很有限的，當(dāng)電池中的用來(lái)提供能量的物質(zhì)消耗完了的時(shí)候，反應(yīng)也就停止了，沒(méi)有了能量，電池也就沒(méi)“電”了。通過(guò)對(duì)電池是一個(gè)有限的能量源的確認(rèn)，讓學(xué)生明確電池的能量來(lái)源是“物質(zhì)變化”所產(chǎn)生的。6需要一個(gè)什么樣的裝置？ 學(xué)生實(shí)驗(yàn)電流計(jì)中指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明已經(jīng)有了電流。只需要把一塊鋅片和一塊銅片，放進(jìn)盛有稀硫酸的燒杯里，就可以構(gòu)成原電池了。原來(lái)裝置還很簡(jiǎn)單。7在這個(gè)裝置中，反應(yīng)放出的能量為什么會(huì)轉(zhuǎn)變成電能？結(jié)合前面的圖片，了解水電站的工作簡(jiǎn)單原理：圖2 銅、鋅電池A.具有較高的能量的水(筑壩)B.能量以一定的方式轉(zhuǎn)換(水高速流下帶動(dòng)發(fā)電機(jī))對(duì)照右圖來(lái)看這個(gè)可以產(chǎn)生電流的裝置：（1）金屬鋅中的電子能量比銅的電子的能量高，所以鋅的電子可以通過(guò)導(dǎo)線“沖向”銅。就像像壩上的水沿管道沖向壩下。但是只是能量高是不夠的。壩上的水流到壩下并不能發(fā)電。流向銅片的電子如果還在銅片中，那么后面的電子就不會(huì)源源不斷地流過(guò)來(lái)。這樣，電路中就不會(huì)有電流的。（2）流向銅片的電子的能量其實(shí)就像壩上的水，與流到壩下的水能量是一樣的。因此銅片上的電子能量與鋅片上的電子一樣，可以與溶液中的H+結(jié)合，形成了H2： 2H+ +2e =H2氫氣從銅片表面逸出。（3）溶液中H+的可以不斷結(jié)合由鋅片“流”過(guò)來(lái)的電子，這樣，鋅的電子也就源源不斷地流向了銅。因此，導(dǎo)線中也就形成了電流。這樣，電子就完成了圖二中從到的定向移動(dòng)，在兩個(gè)電極間的導(dǎo)線中產(chǎn)生電流。Zn 2e = Zn2+ （4）溶液中的H+不斷向銅片移動(dòng)，鋅片上的鋅原子失去了電子，變成了Zn2+進(jìn)入了溶液中，填補(bǔ)H+被消耗形成的電荷“空缺”。溶液中由于Zn2+和H+的定向移動(dòng)，也就形成了電流。陽(yáng)離子完成了圖二中從到的定向移動(dòng)，在溶液中產(chǎn)生了電流。(5)整個(gè)電路就可以形成一定強(qiáng)度的電流（在電路中，電子移動(dòng)的方向與離子移動(dòng)的方向是相反的，但電流的方向是一致的）。8電池的電極與氧化、還原反應(yīng)：導(dǎo)電接力導(dǎo)線中是電子導(dǎo)電，溶液中是離子導(dǎo)電。正是這兩種不同的導(dǎo)電方式，必然在電極上出現(xiàn)電子“流入”與“流出”，從而一定有氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的出現(xiàn)。電源的電極在物理學(xué)上有明確的規(guī)定：電流流出的極為正極，電流流入的極為負(fù)極；電子流出的極為負(fù)極，電子流入的極為正極。導(dǎo)線中的導(dǎo)電是由電子完成的，溶液中的導(dǎo)電是由離子完成的。導(dǎo)線中的電子是無(wú)法直接從電極進(jìn)入溶液中完成導(dǎo)電任務(wù)的，溶液的離子也是無(wú)法進(jìn)入電極的，那么，外電路導(dǎo)線的電子導(dǎo)電與溶液中的離子導(dǎo)電要進(jìn)行“轉(zhuǎn)變”。這樣，就會(huì)有一個(gè)在正極上電子接收的過(guò)程，也同時(shí)有一個(gè)在負(fù)極上電子給出的過(guò)程。有了這樣一個(gè)電子的轉(zhuǎn)移過(guò)程，必然會(huì)有一個(gè)氧化還原反應(yīng)的發(fā)生。電極是轉(zhuǎn)變導(dǎo)電方式的場(chǎng)所，當(dāng)然也是發(fā)生氧化還原反應(yīng)的場(chǎng)所。在上述裝置中，銅片上的“外來(lái)”電子必須 “傳遞”給溶液的離子，氫離子得到電子，在銅片上（正極）就一定發(fā)生還原反應(yīng)。同樣，鋅把電子給到外電路，鋅原子失去電子，因此，在鋅片上（負(fù)極）一定發(fā)生氧化反應(yīng)?？?反 應(yīng): 2H+ Zn = H2 + Zn2+ 負(fù)極反應(yīng): Zn 2e = Zn2+ 正極反應(yīng): 2H+ 2e = H2 如果沒(méi)有氧化還原反應(yīng)，就不會(huì)有電子的轉(zhuǎn)移；沒(méi)有電子轉(zhuǎn)移，就沒(méi)有電流的產(chǎn)生。從這里可以得到一個(gè)結(jié)論：并不是所有放出能量的化學(xué)反應(yīng)都可以用來(lái)作為電池的能量來(lái)源，而必須是氧化還原反應(yīng)。因?yàn)橹挥醒趸€原反應(yīng)才有電子轉(zhuǎn)移，才能滿足電池中的由電子導(dǎo)電到離子導(dǎo)電的轉(zhuǎn)變。9回答前面提出的問(wèn)題：燃燒是氧化還原反應(yīng)嗎？能不能把氫氣與氧氣進(jìn)行的反應(yīng)置于原電池的裝置中進(jìn)行，得到電流？一只電池的電量可以讓一個(gè)大冰箱正常運(yùn)轉(zhuǎn)一天嗎？當(dāng)然是不能！但從價(jià)格上看：一只普通的電池只需0.3元，而一個(gè)節(jié)能冰箱正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的電費(fèi)也約為0.3元，但是冰箱廣告中故意使用了含糊不清的語(yǔ)言，這是不生產(chǎn)道德的。中和反應(yīng)雖然也能放出能量，但是由于反應(yīng)中沒(méi)有電子轉(zhuǎn)移，所以不能在原電池的裝置中直接轉(zhuǎn)換成電能，只能通過(guò)其他的方式實(shí)現(xiàn)。10還需要解釋的一個(gè)現(xiàn)象在原電池反應(yīng)過(guò)程中，鋅片上的氣泡比銅片上還多，可是在課本上，卻沒(méi)有氣泡。這是為什么呢？一、鋅片上的電子經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向銅片有阻力，鋅片上的電子可以直接與溶液中的H結(jié)合生成氫氣，所以流向銅片的電子只占一總分。二、但是，鋅片直接與H反應(yīng)并不產(chǎn)生氫氣，所以“鋅片上產(chǎn)生氣泡”這一現(xiàn)象與原電池?zé)o關(guān)，所以本中并沒(méi)有將其表現(xiàn)出來(lái)。九、知識(shí)結(jié)構(gòu)或板書設(shè)計(jì)原電池1能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量不變。2三峽大壩將水的能量轉(zhuǎn)變成電能3電池的能量來(lái)源是“物質(zhì)變化”所產(chǎn)生的。4原電池裝置 5水電站的工作簡(jiǎn)單原理：A.具有較高的能量的水(筑壩)B.能量以一定的方式轉(zhuǎn)換(水高速流下帶動(dòng)發(fā)電機(jī))6電池的電極與氧化、還原反應(yīng)：導(dǎo)電接力導(dǎo)線中是電子導(dǎo)電，溶液中是離子導(dǎo)電?？?反 應(yīng): 2H+ Zn = H2 + Zn2+ 負(fù)極反應(yīng): Zn 2e = Zn2+ 正極反應(yīng): 2H+ 2e = H2 十、作業(yè)設(shè)計(jì)水果電池功率競(jìng)賽：自己找水果【問(wèn)題研討】提出2-3個(gè)與本課設(shè)計(jì)相關(guān)的、值得反思和討論的問(wèn)題。原電池的教學(xué)難度相當(dāng)大，學(xué)生要掌握好很困難。這個(gè)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了我多年探索，得到了這個(gè)案例，教學(xué)效果較好?！緟⒖假Y料】具體列出本課設(shè)計(jì)的主要參考資料，格式舉例如下：著作類你見(jiàn)過(guò)