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：

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

再以适当的方式（如盐桥）连接起来的原电池

（2）盐桥的作用

沟通内电路，形成闭合回路。

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

复习本节课所学的知识。

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：

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

复习本节课所学的知识。

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。