资源简介

原电池的工作原理教学设计
【教材分析】
本节教学内容源于鲁科版高中化学选择性必修 1 第一章第二节第 1 课时《原电池的工作原理》。原电池作为化学能与电能转化的重要装置，是电化学的基础内容，在高中化学知识体系中占据关键地位。它不仅是对氧化还原反应本质的深化理解，更是后续学习电解池等知识的重要基石，对于发展学生的化学核心素养具有不可替代的作用。
本课时聚焦原电池的工作原理，涵盖原电池的构成、电极反应式的书写以及原电池原理的应用等内容。教材以铜锌原电池为典型案例，引导学生通过实验探究深入剖析原电池的工作原理，逐步掌握电极反应式的书写方法。同时，通过对比单液原电池与双液原电池（带盐桥）的差异，让学生理解双液原电池的优势，培养学生的科学探究能力和创新思维。此外，教材还介绍了原电池原理在判断金属活动性强弱、加快化学反应速率、设计化学电源以及金属防护等方面的实际应用，体现了化学知识与生活实际的紧密联系。
【学情分析】
教学对象是处于高中阶段的学生，已经具备了一定的化学基础知识和实验操作技能。在知识储备方面，学生在必修课程中已经学习了氧化还原反应、金属的性质等相关内容，这为理解原电池的工作原理奠定了基础。然而，原电池涉及到微观粒子的运动和化学反应中的能量转化，概念较为抽象，对于学生来说具有一定的难度。 在思维能力方面，高中生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验现象充满兴趣，但在分析和解决复杂化学问题时，还需要教师的引导和启发。此外，学生在学习过程中可能会存在对氧化还原反应与原电池原理之间的联系理解不深刻、电极反应式书写困难等问题。 针对学生的这些特点，在教学过程中应充分利用实验探究的方式，让学生通过观察、分析实验现象，亲身体验原电池的工作原理，从而加深对抽象概念的理解。同时，要注重引导学生将所学知识与生活实际相结合，提高学生运用化学知识解决实际问题的能力。此外，还应加强对学生学习方法的指导，培养学生的自主学习能力和合作探究精神。
【教学目标】
1.通过实验探究理解原电池的构成条件和工作原理,学会判断原电池的正、负极,
建立宏观辨识与微观探析意识。
2.进一步理解化学能与电能的相互转化,认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过
程变化,建立变化观念与平衡思想意识。
3.通过交流讨论掌握原电池总反应式和电极反应式的书写方法,培养推理和分析问题的
能力,提升证据推理与模型认知的学科素养。
4.通过设计原电池的实验探究,体验科学探究过程,培养科学探究精神。
【教学过程】
1.新课导入
【投影】利用多媒体展示各种电池，由此引出本节内容原电池的工作原理。通过化学原理在生活中的应用第一时间让学生体会生活中的化学无处不在。
【师】现代生活离不开方便实用的化学电源。各种各样的化学电源都是依据原电池的原理制造的。
【引入】那么原电池的工作原理具体是怎样的，就让我们通过本节课的学习来一探究竟吧！
2.新课讲授
【板书】一、原电池的工作原理
1、定义：化学能转变为电能的装置。
【学生活动】学生分小组实验探究原电池的构成条件
铜锌原电池学生实验任务单
一、实验基本信息
- 实验名称：探究铜锌原电池的工作原理
- 实验时长：15分钟
- 实验器材：1mol/L稀硫酸、纯锌片（1cm×5cm）、纯铜片（1cm×5cm）、砂纸、50mL烧杯、2根铜导线、0-0.6A灵敏电流表、废液回收桶
二、实验目标
1. 观察铜锌原电池的实验现象，判断电流是否产生
2. 掌握原电池的构成条件，能区分正负极
3. 理解化学能转化为电能的过程
三、实验步骤（按顺序完成，每步后打“√”）
1. 预处理电极：用砂纸分别打磨锌片、铜片表面，直至呈现光亮金属色，用纸巾擦拭干净（ ）
2. 配制装置：向烧杯中倒入约20mL 1mol/L稀硫酸，将打磨好的锌片、铜片平行放入烧杯，保持2-3cm间距，确保电极1/2浸没在溶液中（ ）
3. 连接电路：用导线连接锌片与电流表“-”接线柱，另一根导线连接铜片与电流表“+”接线柱，检查连接点是否牢固（ ）
4. 观察记录：仔细观察并记录以下现象，填写至“实验现象记录表”（ ）
5. 实验收尾：先断开所有导线，再取出电极，将废液倒入指定回收桶，清洗烧杯、电极并整理器材（ ）
四、实验现象记录表
观察对象 实验现象（如实填写，无现象填“无”）
1 2 3 4 5 6
锌片插入 铜片插入 锌铜不连导线 锌铜用导线连接 锌锌用导线 锌铜用导
稀硫酸 稀硫酸 插入稀硫酸 插入稀硫酸 连结插入稀硫酸 线连接插入无水乙醇
锌片
铜片
灵敏电流表
溶液
五、实验思考与分析
1. 电流表指针偏转，说明电路中产生了什么？该现象证明了什么能量转化？
2. 对比锌片和铜片的现象，判断哪一极发生氧化反应、哪一极发生还原反应，并写出两极的电极反应式。
3. 若实验中电流表无明显偏转，结合器材和操作，推测可能的原因（至少写1点）。
六、实验注意事项
1. 稀硫酸具有腐蚀性，若溅到皮肤或衣物上，立即用大量清水冲洗并告知老师。
2. 导线连接电流表时，务必区分正负极，禁止接反。
3. 实验过程中禁止用手触摸电极连接点，避免触电。
4. 废液需全部倒入回收桶，禁止直接倒入下水道。
七、实验评价（教师填写）
- 操作规范性：□优秀 □良好 □合格 □需改进
- 现象记录准确性：□优秀 □良好 □合格 □需改进
- 思考分析完整性：□优秀 □良好 □合格 □需改进
【学生活动】完成试验后小组代表描述实验现象并解释
实验一 锌片溶解，表面有气泡 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
实验二 铜片表面无气泡 铜与稀硫酸不反应
实验三 锌片溶解，表面有气泡，铜片表面没有气泡 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
实验四 锌片溶解铜片表面出现气泡电流表指针偏转 外电路有电流形成
实验五 锌片表面有气泡，电流表指针不偏转 外电路无电流产生，需活泼型不同的两个电极
实验六 锌片和铜片表面无气泡，电流表指针不偏转 外电路无电流产生，电极须插入电解质溶液中
【教师活动】同学们能不能根据以上实验现象总结原电池的构成条件
【学生活动】原电池的构成条件：
①两个电极（可以是两种活泼性不同的金属或金属与非金属等）
②能导电的电解质（可以是溶液或熔融电解质或固态电解质）
③形成闭合电路（或两极直接接触）
④一个自发进行的氧化还原反应
【教师活动】板书：2、原电池的构成条件
以铜锌硫酸原电池为例讲解原电池的电极和电极反应
锌片 Zn-2e-=Zn2+ 铜片 Cu2++2e-=Cu
【教师活动】讲解原电池的工作原理
外电路电子定向移动由负极到正极，内电路阴阳离子定向移动，阳离子移向正极，阴离子移向负极，构成闭合回路
【自我检测】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.在原电池构成的闭合回路中,电子从原电池的正极通过导线流向负极。(　 )
2.HCl+NaOH === NaCl+H2O是放热反应,可以设计成原电池。(　　)
3.将铜片和锌片用导线连接插入酒精中,电流表指针发生偏转。(　　)
4.在铜、锌及稀硫酸构成的原电池中,电子由锌通过导线流向铜,再由铜通过电解质溶液到达锌。(　　)
5.原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。(　　)
6.所有的氧化还原反应都可以设计成原电池。(　　)
7.原电池装置中,电解质溶液中阳离子移向正极。(　　)
【教师活动】同学们已经学习了原电池的定义、构成条件、电极反应、工作原理，那原电池的负极和正极怎样来判断呢？
负极:失电子，发生氧化反应，电子流出，电流流入，溶液中阴离子移向，电极质量减小，一般为较活泼的金属
正极：得电子，发生还原反应，电子流入，电流流出，溶液中阳离子移向，电极质量增大或产生气体，一般为较不活泼的金属或导电的非金属
【思考与探究】1、按下图所示, 将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象
【师】电流计指针不偏转，
且铜片和锌片上均无明显现象（即:无电子定向移动）
【思考与探究】2、连通上述实验的装置，观察现象？
【师】 电流计指针偏转，
有电流通过电路，
形成原电池装置。
【思考交流】分析右图所示的原电池的工作原理
①确定该原电池的正、负极，电极反应和电池总反应。
②判断电子的流动路线及溶液中阴、阳离子移动方向？
【师】ZnSO4溶液中Zn片逐渐溶解，失去电子被氧化成Zn2+进入溶液负极（锌电极）：Zn - 2e- = Zn2+
CuSO4溶液中Cu2+从Cu片上得到电子还原成Cu沉积在Cu片上正极（铜电极）：Cu2+ + 2e- = Cu
【讲解】实验表明，接通电路，有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。
【投影】PPT展示盐桥原电池工作原理动态示意图
【问题讨论】思考一下，什么是盐桥？盐桥的作用又是什么？
【生】1.盐桥中装有饱和的KCl溶液（NH4NO3溶液）和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。
【讲解】 (1) 成分：含有琼胶的KCl饱和溶液。
(2) 离子移动方向：Cl－移向___极区，K＋移向___极区。
(3) 作用：a.沟通内电路,形成闭合回路；b.提供离子，平衡电荷保持溶液电中性
【讲解】原电池原理的应用
1.设计原电池
例如,以2FeCl3+Cu = 2FeCl2+CuCl2为依据,设计一个原电池。
(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极的电极反应。本例的电极反应为
负极:Cu-2e-= Cu2+,
正极:2Fe3++2e- = 2Fe2+。
(2)确定电极材料。
如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作负极。
发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。
本例中可用铜棒作负极,用铂丝或石墨棒作正极。
(3)确定电解质溶液。
电解质是使负极放电的物质,因此电解质溶液一般能够与负极发生反应。或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。
如本例中可用FeCl3溶液作电解质溶液。
(4)构成闭合回路:将电极用导线连接,使之构成闭合回路。
设计原电池时,若氧化还原反应方程式中无明确的电解质溶液,可用水作电解质,但为了增强其导电性,通常加入强碱或强酸。如燃料电池,水中一般要加入KOH或H2SO4。
2.比较金属活动性强弱
例证:有两种金属a和b,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生。根据电极反应现象判断出a是负极,b是正极,因此,金属活动性a>b。
3.增大化学反应速率
例证:实验室利用锌于稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。
原理:锌与置换出的铜及稀硫酸构成原电池,使产生氢气的速率增大。
【课堂专练】
【课堂小结】
【课后作业】完成学案
【板书】
原电池的工作原理
一、原电池的工作原理
1、定义：化学能转变为电能的装置。
2.原电池的构成条件：
①两个电极（可以是两种活泼性不同的金属或金属与非金属等）
②能导电的电解质（可以是溶液或熔融电解质或固态电解质）
③形成闭合电路（或两极直接接触）
④一个自发进行的氧化还原反应
3、电极和电极反应：
4、工作原理
5、原电池正负极的判断
二、双池原电池的工作原理
三、原电池原理的应用
1.设计原电池
2.比较金属活动性强弱
3.增大化学反应速率

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