4.1原電池教學設計高二上學期化學人教版選擇性必修1

高中化學人教版（2019）選擇性必修1第四章化學反應與電能第一節(jié)原電池第一節(jié)原電池教學內(nèi)容分析 1、教材分析本節(jié)課內(nèi)容是以必修第二冊第六章“化學能與能量”為基礎，進一步介紹原電池的組成和工作原理，通過對原電池中閉合電路形成過程的分析，引出半電池、鹽橋、內(nèi)電路、外電路和電流衰減等概念，幫助學生對電化學的研究和應用范圍形成一個概貌性的認識。 2、學情分析 學生在必修第二冊中學習了由鋅、銅和稀硫酸溶液組成的簡單原電池，初步了解了原電池原理。本節(jié)課將學習帶有鹽橋的較復雜的原電池，進一步認識原電池的構(gòu)成和反應原理。鹽橋原電池對學生而言不是一個普通的技術(shù)改進問題，而是一次思維模式的一個質(zhì)的突破，鹽橋原電池將氧化還原反應分隔在兩個不同的區(qū)域進行，通過特定的裝置實現(xiàn)電子的定向移動，形成持續(xù)、穩(wěn)定的電流，提高原電池電流穩(wěn)定性。本節(jié)課的學習為學生認識原電池工作原理和原電池原理的實用性開發(fā)奠定基礎。教學目標1、通過原電池實驗，認識原電池構(gòu)成的基本要素，能設計簡單的原電池。2、在分析鋅銅原電池的過程中，逐步建立原電池的系統(tǒng)分析思路，能建構(gòu)原電池思維模型并運用思維模型分析其工作原理。3、了解電池的發(fā)展史，能從能量視角、守恒視角和帶電粒子運動視角分析電池的研發(fā)和利用，學習科學家嚴謹求實的科學態(tài)度，培養(yǎng)責任意識和創(chuàng)新精神。教學重點：原電池構(gòu)成的基本要素，原電池的工作原理教學難點：教學流程：提升對電池的認識，培養(yǎng)學生責任意識和創(chuàng)新精神建構(gòu)原電池思維模型并運用思維模型分析其原理設計簡單的原電池，建立原電池的系統(tǒng)分析思路回顧原電池，認識原電池構(gòu)成的基本要素環(huán)節(jié)4：應用拓展，總結(jié)提升環(huán)節(jié)提升對電池的認識，培養(yǎng)學生責任意識和創(chuàng)新精神建構(gòu)原電池思維模型并運用思維模型分析其原理設計簡單的原電池，建立原電池的系統(tǒng)分析思路回顧原電池，認識原電池構(gòu)成的基本要素環(huán)節(jié)4：應用拓展，總結(jié)提升環(huán)節(jié)3：優(yōu)化電池，構(gòu)建模型環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設情境，溫故知新環(huán)節(jié)2：設計電池，分析原理

教學過程：環(huán)節(jié)2：設計電池，分析原理教學活動學生活動設計意圖【情景引入】播放電池發(fā)展史視頻，引發(fā)學生思考。觀看視頻，思考。創(chuàng)設情境，激發(fā)學生興趣和求知欲。【知識回顧】？2.構(gòu)成原電池需要哪些條件？回憶必修第二冊所學原電池相關知識。復習相關知識，溫故知新。為設計和組裝原電池奠定基礎。一、設計原電池，探究單液原電池的不足【活動1】根據(jù)反應Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu設計鋅銅原電池，探究鋅銅單液原電池的不足。請用下列儀器和藥品設計并組裝一個鋅銅原電池。儀器：銅片、鋅片、燒杯、靈敏電流表、導線等。藥品：CuSO4溶液（1）在學案上畫出裝置圖，并分析工作原理。（2）根據(jù)設計的裝置圖組裝原電池并完成實驗觀察并記錄現(xiàn)象，填寫下表。電流表讀數(shù)/mA鋅片銅片實驗現(xiàn)象20s30s40s結(jié)論【歸納】該原電池存在的缺點：【思考與交流】該電池電流衰減的原因是什么？如果要得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流，該如何改進？小組討論，設計出簡單的鋅銅原電池。分析鋅銅原電池的工作原理。組裝實驗裝置觀察實驗現(xiàn)象小組討論、交流，分析鋅銅單液原電池存在的不足，思考改進的措施。通過設計簡單鋅銅原電池，幫助學生掌握原電池的工作原理。構(gòu)建單液原電池思維模型。通過組裝鋅銅原電池，培養(yǎng)學生的動手能力和觀察能力。通過問題討論與交流，歸納總結(jié)簡單鋅銅原電池的缺陷，在觀察討論中體現(xiàn)宏觀辨識和微觀探析的核心素養(yǎng)。二、改進原電池，提升電流穩(wěn)定性【活動2】請對上述原電池裝置作適當改進，設計出一個能夠產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定電流的鋅銅原電池裝置。（1）組裝原電池并完成實驗，觀察實驗現(xiàn)象并填寫下表。電流表讀數(shù)/mA鋅片銅片實驗現(xiàn)象20s30s40s結(jié)論（2）在學案上畫出裝置圖，分析鹽橋原電池的工作原理?！練w納】從電流的大小與穩(wěn)定性角度比較單雙液原電池的優(yōu)缺點【思考與交流】使用鹽橋為什么電流強度變??？如何改進，增大電流強度？能否設計實驗驗證？小組討論、交流原電池的改進方案。組裝原電池驗證改進方案。觀察實驗現(xiàn)象，分析裝置的改進效果。歸納總結(jié)鹽橋原電池的工作原理。小組討論、交流，分析鋅銅雙液原電池存在的不足，思考改進的措施。構(gòu)建雙液原電池思維模型。讓學生體驗問題探究過程，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的能力；提升學生證據(jù)推理和模型認知的核心素養(yǎng)。三、優(yōu)化原電池，增大電流強度【視頻演示實驗】鋅銅隔膜電池電流表讀數(shù)實驗現(xiàn)象【教師活動】介紹離子交換膜及隔膜電池工作原理?！緫谩咳の秾嶒灲M裝隔膜電池讓掛鐘轉(zhuǎn)動起來?！舅伎寂c交流】隔膜電池是不是完美的電池？我們心目中“更完美”的電池是怎樣的？觀察實驗現(xiàn)象，分析裝置的改進效果。小組合作，設計實驗方案小組討論、交流診斷并發(fā)展學生解決實際問題的能力水平及其對化學價值的認識水平。多角度分析實用電池的研發(fā)和利用，學習科學家嚴謹求實的工作態(tài)度，培養(yǎng)學生科學態(tài)度和社會責任的核心素養(yǎng)?！菊n堂小結(jié)】本節(jié)課的學習有什么收獲？進行課堂小結(jié)培養(yǎng)學生的歸納總結(jié)能力附：板書設計第一節(jié)原電池設計原電池，探究單液原電池的不足改進原電池，提升電流穩(wěn)定性優(yōu)化原電池，增大電流強度附：教學詳案與教學反思1.情景引入播放一段電池發(fā)展史的視頻，讓學生初步了解電池的改進歷程，激發(fā)學生學習興趣并引出課題。師：電池發(fā)展至今已有200多年的歷史，在當今社會也發(fā)揮著及其重要的作用。剛才我們通過視頻了解了電池的發(fā)展史，能不能歸納電池的發(fā)展大概經(jīng)歷了哪三個重要的階段？生：伏打電池、丹尼爾電池、鋰電池。生：一種溶液的電池、兩種溶液的電池、有隔膜的電池。師：同學們歸納得很好。電池的發(fā)展大概經(jīng)歷了三個重要的階段，1800年伏打電堆誕生，是人類歷史上的第一塊電池，但很可惜當時并沒有得到實際應用，因為只用了一種電解質(zhì)溶液，我們把這類電池稱為單液原電池。1836年丹尼爾改進了伏打電堆，將一種電解質(zhì)溶液改為兩種電解質(zhì)溶液，我們稱之為雙液原電池。1991年隨著鋰離子電池量產(chǎn)化，帶來了電池行業(yè)的飛速發(fā)展，這類電池主要構(gòu)件就是一個正極、一個負極、一個隔膜，我們稱之為隔膜電池。師：那么伏打電堆為什么沒有得到實際應用，丹尼爾電池又有什么不足之處，隔膜電池就是完美的嗎？帶著這些疑問，這節(jié)課我們就沿著科學家的足跡來初步體驗電池的改進之路，在實驗探究中找尋答案。2.設計原電池，探究單液原電池的不足根據(jù)Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu這個氧化還原反應設計一個鋅銅單液原電池，并分析工作原理。師：從能量視角，原電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。從守恒視角，正極得到的電子與負極失去的電子相等。從運動的視角，電子從負極經(jīng)過導線流到正極，溶液中陽離子移向正極，陰離子移向負極。【學生分組實驗】4溶液中，連接好靈敏電流表，觀察兩極的現(xiàn)象及電流表讀數(shù)的變化，并討論分析出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因。時間/s20253035404550靈敏電流表讀數(shù)/mA師：請一位同學描述實驗現(xiàn)象生：鋅片、銅片表面都有銅析出，電流表的讀數(shù)開始很大，后來逐漸變小。師：與預期的實驗現(xiàn)象是否一致？生：不一致。預期的現(xiàn)象是鋅片溶解，銅片表面有銅析出，電流表的讀數(shù)沒想到會減小，而且后來衰減得很快。師：那同學們能不能根據(jù)鋅片銅片表面的現(xiàn)象來分析電流衰減的原因呢？生：鋅片表面有銅析出，說明鋅與硫酸銅溶液直接發(fā)生了反應，這部分電子沒有經(jīng)過導線，使得電流衰減。而鋅片表面析出銅也會構(gòu)成鋅銅微電池加快銅在鋅片表面析出，當銅析出太多就覆蓋了鋅，從而阻止鋅與硫酸銅溶液的反應導致后來電流衰減很快。師：如何改進單液原電池，解決電流衰減的問題呢？生：可以把Zn電極和CuSO4溶液分開，中間用鹽橋連接。師：那什么是鹽橋？鹽橋的作用又是什么呢？生：鹽橋是裝有飽和氯化鉀溶液的瓊膠，鉀離子和氯離子可以在其中自由移動，起到連通內(nèi)電路的作用。師：大家討論分析得很好!雙液原電池是利用鹽橋?qū)⒄撾姌O區(qū)分開，達到阻止Zn電極和CuSO4溶液反應的目的，那么這樣改進后的電池能不能解決單液原電池電流衰減的缺點呢?接下來我們一起繼續(xù)實驗探究。3.改進原電池，提升電流穩(wěn)定性1836年丹尼爾將Zn置于ZnSO4溶液中，Cu置于CuSO4溶液中，并用鹽橋?qū)煞蓦娊赓|(zhì)溶液連接，制成了第一個實際應用的雙液原電池。那么改進后的雙液原電池是否就是完美的電池了呢?44溶液中，并放入鹽橋連接兩溶液。實驗裝置圖及數(shù)據(jù)如圖所示。時間/s20253035404550靈敏電流表讀數(shù)/mA師：請一位同學描述實驗現(xiàn)象。生：鋅片表面沒有銅析出，銅片表面有銅析出，電流表讀數(shù)一直穩(wěn)定不變。師：那鹽橋原電池的電流為什么這么穩(wěn)定呢？請同學們根據(jù)實驗現(xiàn)象分析鹽橋原電池的工作原理。師：雙液原電池將一個氧化還原反應分成氧化反應和還原反應，在兩個不同的區(qū)域進行，構(gòu)成兩個半電池，鋅半電池為負極，銅半電池為正極。中間通過鹽橋連接，鹽橋中的氯離子向負極區(qū)移動，鉀離子向正極區(qū)移動，形成閉合的回路，同時平衡電荷。師：與單液原電池相比,雙液原電池具有哪些優(yōu)缺點？生：雙液原電池工作一段時間電流很穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，但電流強度很小。師：請同學們對比單液原電池和雙液原電池的裝置圖，分析雙液原電池電流小的可能原因是什么？生：在電極和電解質(zhì)溶液濃度不變的情況下，可能是鹽橋使離子運動的距離拉長了，離子運動的通道也變窄了，從而導致電流強度變小。師：能不能設計實驗來驗證我們的推測呢？生：可以設計不同內(nèi)徑和間距的鹽橋來進行實驗驗證。44溶液中，并放入不同內(nèi)徑和間距的鹽橋連接兩溶液。部分實驗裝置圖及數(shù)據(jù)如圖所示。外徑mm6153045間距mm203550353535電流讀數(shù)mA外徑mm615鹽橋數(shù)量123123電流讀數(shù)mA師：因為電流強度太小，雙液原電池也不是理想的化學電源。但雙液原電池解決了單液原電池電流不穩(wěn)定的難題，更重要的是它證實了氧化劑和還原劑在不直接接觸的情況下也可以發(fā)生反應，為后來實用電池的發(fā)展奠定了堅實的基礎。師：那后來電池的發(fā)展方向又是怎樣的呢？是如何解決電流小的問題的呢？首先我們來討論雙液原電池電流小的原因是什么？如何改進呢？請同學們討論。生：雙液原電池電流小的原因是加了鹽橋后離子運動的距離變長，通道變窄。改進的話要使通道變寬，距離變短。師：下面我們看看鹽橋的改進過程，鹽橋的通道變寬，距離變短，再變寬再變短，最后就成了一塊膜，有鹽橋的原電池就改進成了隔膜電池。4.優(yōu)化原電池，增大電流強度科學技術(shù)不斷向前發(fā)展，科學家們研發(fā)出了新的替代材料，既實現(xiàn)分隔正負電極區(qū)并不減小離子運動通道，又允許溶液中特定的離子來平衡兩電極區(qū)溶液的電荷，這就是離子交換膜。師：離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。離子交換膜有多種，如陽離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜等。【演示實驗】取一塊玻璃片，依次放上Cu片、滴有硫酸銅溶液的濾紙條、陽離子交換膜莫、滴有硫酸鋅溶液的濾紙條、Zn片，再放上另一玻璃片壓緊。將Zn片和Cu片用導線與靈敏電流表相連，實驗裝置圖及數(shù)據(jù)如圖所示。時間/s20253035404550靈敏電流表讀數(shù)/mA師：同學們看到了什么現(xiàn)象？生：電流強度很大，也很穩(wěn)定。師：離子交換膜有著和鹽橋類似的作用，連通內(nèi)電路，平衡電荷。但離子交換膜使離子運動的通道更寬，距離更短，所以電流強度更大。師：日常生活中的堿性鋅錳干電池、鋰離子電池都是隔膜電池，隔膜的應用在高考題中也經(jīng)常出現(xiàn)?！救の秾嶒灐肯旅嫖覀儗W以致用，這里有一塊鐘沒有電池不能工作，能不能利用所提供的材料組裝隔膜電池使鐘轉(zhuǎn)起來。師：這兩位同學實驗動手能力很強。師：這節(jié)課我們討論了單液原電池、雙液原電池和隔膜電池的工作原理，依據(jù)原電池構(gòu)成的基本要素，明確了原電池的分析思路，構(gòu)建了三種原電池的基本思維模型。其實電池的發(fā)展之路就是科學家不斷探索，科技不斷進步，材料不斷創(chuàng)新的發(fā)展之路。那發(fā)展至今的隔膜電池是不是就是完美的呢？生：并不完美。比如我們現(xiàn)在使用的電池，充滿電需要一個多小時，大概只用一兩天。新能源汽車價格還比較貴，電池的成本很高。師：沒有最完美，只有更完美。我們心目中“更完美”的電池是怎么樣的呢？生：體積更小，重量更輕，價格更便宜，電池容量大，充電快，能彎曲折疊，可太陽能充電，綠色環(huán)保……【結(jié)束語】同學們的想法都很好。我相信只要大家現(xiàn)在努力學好化學知識，隨著科技的進步和材料的發(fā)展，我們一定可以創(chuàng)造出“更完美”的電池。教學反思本節(jié)課以原電池工作效率為教學主線，以化學史為輔線，循序漸進，層層遞進。從設計熟悉的單液原電池開始，發(fā)現(xiàn)問題（電流會衰減），分析問題（電流衰減的原因），解決問題（使用鹽橋），很自然地過渡到雙液原電池。實驗驗證過程中，發(fā)現(xiàn)新問題