人教版选修4化学反应原理.docx
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人教版选修4化学反应原理
人教版·选修4化学反应原理
第四章电化学基础第一节原电池
东湖高中易勇
一、教学目标
1、知识与技能：
深入了解原电池的工作原理。
通过三次理论分析使学生对原电池的形成条件产生更完整的认识。
学会书写电极反应式和电池总反应。
能根据反应设计简单的原电池。
2、过程与方法：
学生通过橘子电池的实验活动，体验建构模型的过程。
通过Zn-CuSO4电池的设计活动，感悟科学探究的思路和方法，进一步体会控制变量在科学探究中的应用。
3、情感态度与价值观：
通过学生自主探究，激发学习兴趣，感受高效率原电池原理形成过程。
通过双液双池模型的建构，渗透对立统一的辩证唯物主义思想。
4、教学重点：
盐桥概念的建立以及原电池工作原理和形成条件
5、教学难点：
氧化还原反应完全分开在两极发生（分池、分液）
6、教法和学法：
采用“实验探究—模型建构—理论分析”相结合的教学方式，学生通过实验活动，建构原电池模型，结合理论分析，不断深入认识原电池原理和形成条件，最终实现知识和能力上的跨越。
二、教学过程
1、【引入】独立自学-------我复习我知道
环节一：
教师引导学生从制作一个橘子电池开始复习必修2关于原电池的基础知识。
学生活动一：
实验1：
回忆水果电池的制作方法。
以小组为单位，取一瓣橘子，制作一个橘子电池。
实验可供选择的材料：
灵敏电流计、铜丝、锌条、导线、培养皿、一瓣橘子
【实验要求】要求以一瓣橘子制作一个橘子电池。
分析这个原电池的正负极，电流流向，电子流向，离子移动方向等。
原电池形成的条件
注意：
锌片和铜片插进去不要拔出，等一会后观察指针偏转变化。
【小组实验】
【小组展示】
环节二：
合作共学-----------提炼出原电池装置的模型。
教师引导：
一瓣橘子盛有电解质溶液的烧杯。
提炼模型1：
（展示）
小结：
该电池的特点是两个电极都插入在同一烧杯中，我们称为单池；电解质溶液只有橘子汁一种我们称为单液。
观察电流计指针会发现指针角度变小了，说明电流逐渐变小。
根据电流会逐渐减小这一现象引入本节课探究的内容。
2、我探究我明了-------合作探究
环节三：
对橘子电池继续探究……
1、教师引导学生把两瓣橘子贴在一起形成原电池，观察实验现象
（1）实验现象（学生齐答）
（2）为何两瓣分开后紧贴的橘子也能产生电流？
（学生猜想思考并回答）
（3）根据模型1的提炼方法，提炼模型2：
（2名学生演排展示）
（教师引导）把两相连瓣橘子看成一个整体，视为一个烧杯，烧杯中盛装橘子汁，橘子汁被相连的橘子皮自然隔离为两个区域（正极区域和负极区域）
【激疑思考】
（1）若将两瓣橘子分开后还会有电流产生吗？
为什么？
（学生回答）
（2）除了上面把两瓣橘子又贴在一起后会产生电流外，还有其他方法吗？
想一想？
（衔接）利用所给的实验器材，如何改进，就可以使这两瓣处于分开状态的橘子也产生电流？
设计方案，并进行实验。
方案越多越好！
2、学生活动二：
实验2：
利用所给的实验器材（可能需要的实验器材食盐水、用食盐水浸透了的滤纸、吸管、培养皿）如何改进，使这两瓣分开橘子也能产生电流？
设计方案，并进行实验。
【小组实验】
【小组展示】
（1）你改进的依据是
（2）你们小组的方案是：
（学生回答后，教师点赞，并展示学生可能出现的方案）
（3）学生小结：
这些装置的特点是：
池液；导线中（填有或无）电流通过，构成原电池的基本条件（填“符合”“不符合”）。
【提炼模型】
（教师引导分析）离子在“隧道”和“桥”中能够定向移动，构成闭合回路，由此引出盐桥概念。
用“隧道”或“桥”把两个容器连起来。
我们把这个“隧道”或“桥”叫盐桥。
盐桥把分开负极反应区域和正极反应区域连接起来，两个半反应分别在不同的容器里进行反应。
（4）同学们设计这些原电池与我们以前在必修2中学习的原电池最大的区别在哪里？
（学生回答）这个装置由原来一池变成了双池，由盐桥连通两个池子，形成闭合回路。
【激疑思考】这样设计有盐桥的原电池有没有必要？
是不是多此一举？
有优势吗？
（衔接）猜想盐桥的作用，然后一起来对盐桥的作用进行探究。
环节四：
合作共学-----------对盐桥作用的探究。
学生活动三：
有盐桥模型原电池进行研究……探究盐桥的作用
实验3：
请利用所给仪器和药品、盐桥模型，将反应：
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu按表格中的方案设计成原电池装置并进行实验，将实验方案记录在下表中（可不填满）。
1---4组按方案一做实验；5----8组按方案二做实验；9---12组按方案三做实验
（1）合作共学：
设计原电池的思路
第一步：
把氧化还原反应拆成两个半反应，确定正极区和负极区。
第二步：
单池变双池，单液变双液。
第三步：
用盐桥连接正极负极区域的电解质溶液。
（2）实验探究
请同学们按照要求分组实验，注意负极区域和正极区域的电解质溶液是不同的。
认真观察实验现象，填好表格。
方案
负极
负极液
正极
正极液
现象
1
Zn
CuSO4
Cu
CuSO4
2
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
3
Zn
NaCl
Cu
CuSO4
（3）展示交流：
小组汇报自己小组是按那个方案设计的原电池，有什么现象？
通过这些现象，发表一下对这个方案的看法。
问题1：
【方案1】为何Zn表面会变黑？
从能量转化的角度说明什么问题？
（学生回答）方案1中因为Zn接触到CuSO4溶液，会直接发生置换反应，这部分能量是化学能转化为化学能，从而说明Zn失去的电子并没有完全转化成电能，这样造成化学能转化电能效率较低，电池效率低下。
问题2：
【方案1】电流为什么逐渐减小？
（学生回答）由于锌棒表面会有铜析出，两个电极表面都是铜，类似两个相同的电极材料，这样电流会逐渐减小。
问题3：
在方案2中，Zn表面不会变黑，电流稳定，从能量转化的角度说明什么问题？
这个电池的效率高不高？
（学生回答）方案2中因为Zn与CuSO4溶液分别处于两个不同池子，没有接触，不会直接发生置换反应。
Zn失去的电子全部通过导线流向铜电极，正极区域的铜离子在铜电极上得到电子，这样化学能完全转化成电能，电池效率高。
问题4：
在方案3中，Zn表面不会变黑，电流稳定，从能量转化的角度说明什么问题？
这个电池的效率高不高？
（学生回答）方案3中因为Zn与CuSO4溶液分别处于两个不同池子，没有接触，不会直接发生置换反应。
Zn失去的电子全部通过导线流向铜电极，正极区域的铜离子在铜电极上得到电子，这样化学能完全转化成电能，电池效率高。
问题4：
对比方案2，猜想负极液和正极液的作用是什么？
（学生通过对比分析回答）负极液只起导电作用；正极液中Cu2+发生还原反应，且起导电作用。
问题5：
对比方案1、2、3，说明我们在设计原电池时负极液和正极液选择应该注意什么问题？
（学生通过对比分析回答）说明我们在设计原电池时应该选用两种不同的电解质溶液，把电极和能与电极反应的电解质溶液分开，否则电池效率差，电流会很快衰减。
（4）合作共学：
有盐桥原电池的工作原理
负极是：
，反应式是发生反应
正极是：
，反应式是发生反应
电子从极流向极；盐桥中的钾离子
向极移动，盐桥中的氯离子向极移动。
思考：
盐桥中的钾离子和氯离子为什么要这样移动？
分析：
在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。
Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。
同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。
溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。
所以说盐桥的另外一个作用就是保持正极区和负级区溶液的电中性。
（5）归纳盐桥的作用是：
⑴沟通（内）电路，形成闭合回路
⑵中和两烧杯中溶液的电荷，大幅提高原电池效率。
（6）回归问题：
为什么用一瓣橘子制作的水果电池，电流会逐渐减小？
现在明白了吗？
我们用硫酸来模拟橘子汁。
（学生回答）
3、【我检测我达标】-------训练反馈
H2SO4
环节五：
学生活动四：
根据2Fe3++Fe==3Fe2+，设计一个有盐桥的原电池。
注意标明正极液和负极液名称，导线中电子的流向和溶液中离子的流向。
4、【我学习我知道了】-------本节课小结（回归目标）
环节六：
学完本节课你应该知道
（1）必修二中学习的单池单液原电池是一种低效率原电池，不能长时间供电，高效率的原电池应该是：
①氧化反应与还原反应分别在两个不同区域（两个半电池）进行
②再以适当的方式（如盐桥）连接起来的原电池
（2）盐桥的作用
①沟通内电路，形成闭合回路。
②中和正极区和负级区溶液的电荷，使其溶液保持电中性。
3、设计原电池的基本思路和方法
第一步：
先将氧化还原反应拆分，确定两个半反应：
正极反应和负极反应
第二步：
再根据反应确定电极材料和电解质溶液
第三步：
用盐桥把两个反应区域连接起来
4、【我训练，我收获】------课外训练
①复习本节课所学的知识。
②完成学案练习题。
人教版·选修4化学反应原理
第四章电化学基础第一节原电池
东湖高中易勇
一、教学目标
1、知识与技能：
深入了解原电池的工作原理。
通过三次理论分析使学生对原电池的形成条件产生更完整的认识。
学会书写电极反应式和电池总反应。
能根据反应设计简单的原电池。
2、过程与方法：
学生通过橘子电池的实验活动，体验建构模型的过程。
通过Zn-CuSO4电池的设计活动，感悟科学探究的思路和方法，进一步体会控制变量在科学探究中的应用。
3、情感态度与价值观：
通过学生自主探究，激发学习兴趣，感受高效率原电池原理形成过程。
通过双液双池模型的建构，渗透对立统一的辩证唯物主义思想。
4、教学重点：
盐桥概念的建立以及原电池工作原理和形成条件
5、教学难点：
氧化还原反应完全分开在两极发生（分池、分液）
6、教法和学法：
采用“实验探究—模型建构—理论分析”相结合的教学方式，学生通过实验活动，建构原电池模型，结合理论分析，不断深入认识原电池原理和形成条件，最终实现知识和能力上的跨越。
二、教学流程：
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
制作橘子电池
复习已知
【引入】环节一：
独立自学-------我复习我知道
从制作一个橘子电池开始复习必修2关于原电池的基础知识。
实验要求：
要求以一瓣橘子制作一个橘子电池。
锌片和铜片插进去不要拔出，等一会后观察指针偏转变化。
实验1：
可供选择的材料：
灵敏电流计、铜丝、锌条、导线、培养皿、一瓣橘子
【小组实验】实验要求：
要求以一瓣橘子制作一个橘子电池。
【回顾复习】根据制作的橘子电池，对照学案复习原电池基础知识。
【小组展示】
开始实验意在引发学生学习兴趣，通过实验和学案，实现第一次理论分析，复习已经掌握的原电池概念，原电池原理和形成条件，为后面的深化发展提供基础。
橘子实验
提炼模型
【环节二：
合作共学-----提炼出原电池模型】
教师引导：
一瓣橘子盛有电解质溶液的烧杯。
小结：
该电池的特点是两个电极都插入在同一烧杯中，我们称为单池；电解质溶液只有橘子汁一种我们称为单液。
观察电流计指针会发现指针角度变小了，说明电流逐渐变小。
根据电流会逐渐减小这一现象引入本节课探究的内容。
【提炼模型】
经过第一次提炼单液原电池模型，为后面的提炼打下基础。
通过电流会逐渐减小这一现象引入新课。
通过橘子实验的方案讨论，使学生从“单瓣”→“两瓣”形象实验演化成“单池”→“双池”的模型建构；从“膜”上升到“盐桥”的认识。
第二次理论分析提出双池-盐桥模型，在模型分析中再次强调电流的形成过程，同时强调盐桥的作用。
通过方法讨论和交流，后面学生实验过程会有的放矢，防止漫无目的的实验。
激疑思考：
两瓣未分开的橘子会有电流产生吗？
（学生回答）让我们对继续橘子电池进行探究……
环节三：
我探究我明了-------合作探究
1、教师展示把两瓣橘子贴在一起观察
（1）实验现象：
电流表指针发生偏转
（2）为何两瓣未分开的橘子也能产生电流？
【可能解释】因为两瓣中间的膜可以让离子通过，离子定向移动形成闭合回路。
（3小结：
两瓣橘子相连的外皮相当于一个“膜”自然把橘子汁隔离为正极区和负极区。
两个电极都插入在同一烧杯中，我们称为单池；电解质溶液只有一种我们称为单液。
（4）根据模型1的提炼方法，提炼模型2：
（画图）
把两相连瓣橘子看成一个整体，视为一个烧杯，烧杯中盛装橘子汁，橘子汁被相连的橘子外皮自然隔离为两个区域（正极区域和负极区域），形成相当于双池单液原电池。
教师引导，学生主动建构模型，集体讨论修改：
【提炼模型】
激疑思考：
若将两瓣橘子分开后还会有电流产生吗？
为什么？
除了上面把两瓣橘子贴在一起后会产生电流外，还有其他方法吗？
想一想？
利用所给的实验器材，如何改进，就可以使这两瓣处于分开状态的橘子也产生电流？
设计方案，并进行实验。
方案越多越好！
学生展示探究成果：
1、改进的依据是
2、
估计学生可能设计的方案是
引出盐桥的概念。
用“隧道”或“桥”把两个容器连起来。
我们把这个“隧道”或“桥”叫盐桥。
盐桥把负极反应和正极反应分开，分别在两个半反应分别在不同的容器里进行反应。
1、什么是盐桥？
在化学实验中常用的盐桥是在U型管里装含有琼胶的饱和KCl溶液。
2、猜想盐桥的作用是什么？
⑴沟通（内）电路，形成闭合回路
⑵中和两烧杯中溶液的电荷
环节四：
合作共学-----------对盐桥作用的探究。
【实验目的】请根据盐桥模型和利用所给药品仪器，将反应：
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu按表格中的方案设计成原电池装置并进行实验，将实验方案记录在下表中（可不填满）。
1---4组按方案一做实验；5----8组按方案二做实验；9---12组按方案三做实验
【实验目的】按盐桥模型，将Zn＋CuSO4＝ZnSO4＋Cu反应设计成原电池装置，探究盐桥作用。
【组织学生交流，确定设计思路】先将氧化还原反应拆分，再根据反应确定电极材料和电解质溶液。
【可能解释】未形成闭合回路。
解决方法：
可以把两瓣橘子放在培养皿中，浸入盐水等电解质溶液中。
【可能解释】在“隧道”和“桥”中离子能够定向移动，构成闭合回路。
【提炼模型】
小结：
这个装置的特点是：
双池单液；导线有（填有或无）电流通过，符合构成原电池的基本条件（填“符合”“不符合”）
提问：
这个原电池与我们以前学习的原电池最大的区别在哪里？
这个装置由原来一池变成了双池，由盐桥连通两个池子，形成闭合回路。
激疑思考：
这样设计有没有必要？
是不是多此一举？
有优点吗？
下面我们一起来探究盐桥的作用。
【小组分组实验】
可供使用的仪器和药品：
灵敏电流计、铜片、锌片、导线、培养皿、ZnSO4溶液、NaCl溶液、CuSO4溶液、盐桥。
注意：
表面变黑的锌片要用砂纸打磨光滑后再做实验。
根据化学反应设计成原电池装置的思路和方法。
【组织学生交流，确定设计思路】
学生按要求做实验，完成学案
实验探究
完善认识
方案
负极
负极液
正极
正极液
现象
1
Zn
CuSO4
Cu
CuSO4
Zn表面变黑
有电流产生,会逐渐减小
2
Zn
ZnSO4
Cu
CuSO4
Zn表面不变黑
有电流产生，不减小
3
Zn
NaCl
Cu
CuSO4
Zn表面不变黑
有电流产生，不减小
【方案1】为何Zn表面会变黑？
从能量转化的角度说明什么
问题？
方案1中因为Zn接触到CuSO4溶液，会直接发生置换反应。
说明Zn失去的电子并没有完全转化成电能，这样造成化学能转化电能效率较低，电池效率低下。
【方案1】电流为什么逐渐减小？
由于锌棒表面会有铜析出，两个电极表面都是铜，类似两个相同的电极材料，这样电流会逐渐减小。
在方案2中，Zn表面不会变黑，电流稳定，从能量转化的角度说明什么问题？
这个电池的效率高不高？
方案2中因为Zn与CuSO4溶液分别处于两个不同池子，没有接触，不会直接发生置换反应。
Zn失去的电子全部通过导线流向铜电极，正极区域的铜离子在铜电极上得到电子，这样化学能完全转化成电能，电池效率高。
在方案3中，Zn表面不会变黑，电流稳定，从能量转化的角度说明什么问题？
这个电池的效率高不高？
方案3中因为Zn与CuSO4溶液分别处于两个不同池子，没有接触，不会直接发生置换反应。
Zn失去的电子全部通过导线流向铜电极，正极区域的铜离子在铜电极上得到电子，这样化学能完全转化成电能，电池效率高。
对比方案2，猜想负极液和正极液的作用是什么？
（学生通过对比分析）负极液只起导电作用；正极液中Cu2+发生还原反应，且起导电作用。
对比方案1、2、3，说明我们在设计原电池时负极液和正极液选择应该注意什么问题？
（学生通过对比分析）说明我们在设计原电池时应该选用两种不同的电解质溶液，把电极和能电极反应的电解质溶液分开，否则电池效率差，电流会很快衰减。
通过实验活动，感悟科学探究的思路和方法，进一步体会控制变量在科学探究中的应用。
在讨论交流方案的过程中，学生对实验现象的解释，深入认识原电池原理和形成条件，上升到完整认识。
通过双液电池模型的建构，渗透对立统一的辩证唯物主义思想。
回归问题，再次说明双液盐桥电池的优点
训练反馈，进一步加深感悟原电池设计理念
2、（4）合作共学：
有盐桥原电池的工作原理
负极是：
，反应式是发生反应
；正极是：
，反应式是发生反应。
电子从极流向极；盐桥中的钾离子向极移动，盐桥中的氯离子向极移动。
激疑思考：
盐桥中的钾离子和氯离子为什么要这样移动？
分析：
在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。
Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。
同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。
溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。
所以说盐桥的另外一个作用就是保持正极区和负级区溶液的电中性。
（5）归纳盐桥的作用是：
①
②
回归问题：
为什么用一瓣橘子制作的水果电池，电流会逐渐减小？
现在明白了吗？
我们用硫酸来模拟橘子汁。
训练反馈-----我来试试
根据反应2Fe3++Fe==3Fe2+，设计带盐桥的原电池，注意正确选择正极区域和负极区域的电解质溶液，并写出电极反应式。
本节课小结
学完本节课你应该知道
1、必修二中学习的单池单液原电池是一种低效率原电池，不能长时间供电，高效率的原电池应该是：
（1）氧化反应与还原反应分别在两个不同区域（两个半电池）进行
（2）再以适当的方式（如盐桥）连接起来的原电池
2、盐桥的作用
（1）沟通内电路，形成闭合回路。
（2）中和正极区和负级区溶液的电荷，使其溶液保持电中性。
3、设计原电池的基本思路和方法
4、作业布置
①复习本节课所学的知识。
②完成相关学案练习。
总结回顾，再次提炼本节重点知识，加深印象。
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