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第四章　几种重要的金属
第四节　原电池原理及其应用
第1课时
一、教学设计思路
（一）教材分析
　　1.地位和作用
在整个中学化学体系中，原电池原理是中学化学重要基础理论之一，是教学大纲和考纲要求掌握的重要知识点，同时也是多学科交叉综合的结合点之一。原电池原理的地位和作用可以说是承前启后，因为原电池原理教学是建立在氧化还原反应，能量转化及有关金属的存在、性质、用途、冶炼等教学基础之上的，是氧化还原反应知识的应用，是能量转化的具体体现，是有关金属性质和用途等教学内容的丰富和延伸，同时，为后续化学电源、金属腐蚀原因的分析及寻找金属防护的最佳途径和方法提供了理论指导。因此，原电池原理教学在整个中学化学教学中占有十分重要地位。它融合了许多方面的知识，主要有：①氧化还原反应。②能量的转换、新能源的开发。③电解质溶液。④金属的性质。⑤电学知识
2.教学目标分析
（1）知识目标： 通过教学使学生理解原电池原理，正确判断原电池的两极，熟练书写电极反应式，并能设计较简单的原电池。
（2）能力目标： 通过分组实验、现象的分析、设疑诱导、知识讲述和巩固练习，培养学生的动手能力，观察能力，语言表达能力、分析能力和逻辑推理能力。
（3）情感目标： 通过实验、多媒体动画展示，增强教学的直观性，体现学生的主体地位，激发学生学习兴趣，并牢固树立能量转化的观点。通过对分组实验及对现象的分析和讨论，培养学生的团队协作精神。培养学生关注自然、社会和生活现象的热情。
3.教学重、难点分析
重点：原电池原理和组成原电池的条件
难点：原电池原理及电极反应式的书写
（二）学情分析
知识方面：学生具有氧化还原反应、能量转化及金属与酸反应规律的基本知识。因此，本节课从金属与酸反应的实验导入，再从氧化还原反应和能量的角度深入分析。
能力方面：通过高中一年多的教学，学生具备了一定的实验动手能力、观察能力、分析与归纳能力，为本节课采用实验探究法教学提供了能力方面的保证。
情感方面：电池与生活各方面息息相关，中学生普遍对新鲜事物感兴趣，求知欲旺盛，因此，本节课教学通过分组实验、演示实验、多媒体模拟动画，充分调动学生的积极性和主动性。
（三）教法和学法分析
　　1.教法：根据布鲁纳的学习理论：“认识是一个过程，而不是一种产品。学习不仅是让学生掌握这些知识，更在于让学生去体验知识、原理的形成过程。”
本节课采用启发、讨论、实验探究法进行教学，即让学生自己主动去探索和体验，以教师为主导、以学生为主体、以实验为手段、以教材为主线、以思维为中心，使学生的学习过程和认知过程成为统一体，将学生的感性认识上升到理性认识，从而理解原电池原理。具体本节课的教学基本策略有：①创设情境策略，②问题探究策略，③评价反思策略。
本节教材设置了大量的探究教学素材，富有深刻的探究教学思想内涵。首先，新课引入的两个演示实验为探究教学创设了问题情景，当学生观察到“铜片上产生气泡”这一反常的实验现象，就会情不自禁地提出一系列问题，产生强烈的探索欲望，并提出各种各样的假设；紧接着，通过演示实验为学生提供“实证性”材料，学生根据实验现象，经过严密的逻辑推理，得出相关结论；当学生理解原电池的原理后，教材又设置了一个讨论题，让学生自己归纳“组成原电池的条件”。同时，课本后面的“家庭小实验——水果电池”，习题中的“用铜、银和硝酸溶液设计一个原电池”都是本课时探究教学内容的应用和延伸。
根据《新课程标准》的要求：“在探究教学中教师要有目的的组织学生相互交流和讨论，要充分调动学生的探究积极性，培养学生的探究兴趣，要注重引导学生主动发现和提出问题，并通过积极的探究解决问题。这样既有利于培养学生交流与合作的能力，也有利于发展学生的评价能力”为了更好地实施探究教学，还需对本节教材内容作必要的处理和补充。
（1）变教材中的教师演示实验为学生动手实验。这样不仅使学生观察到明显的现象，还能使学生直接参与知识的探索过程，从而获得直接的体验。
（2）对于原电池正负极的判断，教材是以叙述的形式提出的，这不利于学生对概念的理解和记忆。可以利用一节干电池让学生自己设计实验得出结论。这比直接提出正负极的判断方法更有利于启发学生的思维，提高学生的实验设计能力。
（3）教材中“组成原电池的条件”这一个讨论题，问题过于空泛，考虑到学生的知识迁移能力和概括能力还不是很强，单纯的讨论可能会无从谈起，因此教学中设计了一组学生实验习题（以教材后面的一个习题为蓝本），让学生通过实验获得直接经验，再通过对比分析，归纳出规律，最终得出组成原电池的三个必要条件。
（4）将课本后面的家庭小实验——水果电池，移到探讨“组成原电池的条件”的课堂教学中，不仅能帮助同学理解组成原电池的其中一个必要条件——电解质溶液，而且能达到学以致用，使学生觉得化学就在我们的身边，从而激发学生学习兴趣，启迪学生思维。
（5）在完成上述内容后，可以让学生自己设计一个原电池，将刚学的内容进行应用和巩固，有利于培养学生的知识迁移能力和发散思维能力。
这样处理教材内容后，教学就可按照“问题情景→提出问题→假设和推理→实验验证→得出结论→新的问题情景→提出新问题→实验提供直接经验→对比分析、总结规律→应用原理、规律”的程序进行。
在教学内容的安排上，按照从易到难，从实践到理论再到实践的顺序，首先通过一组实验，引入课题。在实验→观察→讨论→推测→验证的过程中，学习和理解原电池的概念和原理。在此基础上，通过实验探索和讨论组成原电池的条件。最后，让学生自己设计一个原电池以检验学生对所学知识的实际应用能力。
2.学法：对于原电池原理的学习，学生必须向上联系氧化还原反应、能量转换、元素化合物知识、电解质溶液。向下联系金属腐蚀和防护、电解原理和有关的计算。这样形成一个系统的知识网络。鉴于本节课教学特点，学生在学习时应采用边实验，边观察现象，边思考，边讨论分析，边总结，使学生掌握从实践到理论，以理论指导实践的科学方法。
（四）教学准备
1.对学生进行分组：四人为一个小组
2.实验准备：每组一个灵敏电流计，两支铜棒、两支铁棒（或锌棒）、二根石墨电极、一节干电池、导线若干、两杯相同浓度的硫酸、一杯硫酸铜溶液、一杯无水乙醇、一杯水、一颗葡萄（或小西红柿等水果）。
3.制作铜铁原电池工作原理的模拟动画
4.场地：有多媒体放映设备的实验室
二、教案
课题 原电池原理及其应用 授课人 陈洪义 学校 咸丰县第一中学
教学目标 1.知识目标：理解原电池原理，掌握构成原电池的条件，会进行简单的原电池设计。2.能力目标：培养学生观察能力、实验能力、实验设计能力、语言表达能力。培养学生正向思维、逆向思维、发散思维能力。3.情感目标：培养学生的探究精神和依据实验事实得出结论的科学态度，培养学生的团队协作精神。
重点 原电池的化学原理。
难点 原电池的化学原理及电极反应式。
教学方法 探究式教学　实验→思考→讨论→总结
仪器用品 每组一个灵敏电流计，两支铜棒、两支铁棒（或锌棒）、二根石墨电极、一节干电池、导线若干、两杯相同浓度的硫酸、一杯硫酸铜溶液、一杯无水乙醇、一杯水、一颗葡萄（或小西红柿等水果）。
教　师　活　动 学生活动 设计意图
【引入】我们已经知道，铁是比较活泼的金属，能溶于稀硫酸，而铜是不活泼的金属，不能溶于硫酸，下面我们来观察两组实验现象。【演示】　　　　【问】在演示实验中，同学们观察到什么现象？【引导】铁和铜分别插入稀硫酸溶液中，铁上有气泡产生。是因为铁H＋在铁上得到电子而生成H2的缘故，可为什么把铁棒和铜棒用导线连起来后，铜上有气泡放出而铁上没有了呢？【师】同学们的推测非常正确。实际上这就是我们今天要探究的内容——原电池原理。【板书】第四节　原电池原理及其应用　　　　一、原电池【激疑】的确是H＋在铜棒上得到电子，产生H2，此时铁上却没有产生气泡，这时H＋得到的电子从何而来？是不是铜棒本身失去的呢？怎样证明？【引导】电子究竟是铁棒失去的还是铜棒失去的，我们可以用实验来证明。那么，同学们用所给的器材设计实验来证明铁棒上的电子是否通过导线转移到了铜棒上？根据什么现象判断电子通过导线转移到铜棒上？或者说电子转移与电流计指针偏移方向有什么关系？【强调】注意电流计使用的注意事项。（鼓励学生积极发言） 回忆观察思考并回答（铁和铜分别插入稀硫酸溶液中，铁上有气泡产生；把铁棒和铜棒用导线连起来后，铜上有气泡放出而铁上没有。H＋在铜棒上得到电子而生成H2）思考讨论踊跃发言 用学生熟悉的知识引导学生开始学习。激疑让学生带着问题进入新知识的学习。培养学生的思维能力。语言表达能力。　　树立学生科学务实，理论来源于实践的指导思想，培养学生实验设计、动手、观察及语言表达等能力和团队协作精神。
【小结】①用干电池试测电流计指针偏移方向与电子流向的关系。（电流计指针偏向干电池正极）②将电流计两极分别接在铜棒和铁棒上观察电流计指针的偏移方向（电流计指针偏向铜棒），从而断定电子转移方向（和电流方向相反，应该是从铁棒流向铜棒）。【反问】既然电子是铁棒失去的，H＋为什么不直接在铁棒上得电子，而要到铜棒上得电子呢？【动画演示】（铁棒失去电子后产生Fe2＋，铁棒的周围有许多来不及扩散到溶液中去的Fe2＋，对H＋有排斥作用，使H＋很难在铁棒上直接得到电子，从而H＋就通过导线到铜棒上得到电子。）【板书】1.原电池：将化学能直接转变为电能的装置。　　　　 负极：电子流出，较活泼，发生氧化反应正极：电子流入，较不活泼，发生还原反应【师】由以上分析可以看出，原电池是通过使氧化反应和还原反应分别在两极进行来实现化学能到电能的转化的。【引导】请同学们写出刚才用Fe、Cu和稀H2SO4组成原电池的两极反应式和电池的总反应式。并比较铁棒直接跟稀硫酸反应有何异同。【副板书】负极：（Fe）Fe－2e－＝Fe2＋　　　　　正极：（Cu）2H＋＋2e－＝H2↑【小结】总反应方程式为：Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑相同点：总反应方程式相同不同点：电子转移途径不同【过渡】原电池的实质是氧化还原反应，氧化还原反应都可以设计成原电池，那么构成原电池要有哪些条件呢？【投影】用实验验证下列装置中电流计的指针是否发生偏移？并讨论总结构成原电池的条件。【问】如果将①中盛酒精的烧杯换成一个水果或西红柿，结果又会是怎样的？【小结并板书】2.组成原电池的条件（1）有活动性不同的两种金属（或一种是非金属导体）作电极（较活泼的金属为负极）（2）要有电解质溶液（3）要形成闭合电路【评价反思】学生处理教材P103页一（2、3）二（2、3） 继续讨论设计实验方案（装置）并以小组为单位发言进行交流。认真交流后开始实验并得出结论。思考观察后回答记笔记思考并试着书写电极反应式和总反应方程式。学生用实验验证图示装置中的指针是否发生偏移，以小组为单位讨论并总结构成原电池的条件。记笔记练习 培养学生的思维能力。　　　　　培养学生的观察能力及对事务本质的认知和表达能力。　　树立学生能量转化的观点。　　促使学生运用已学的知识指导新知识的学习。培养学生对知识鉴别的能力。　　培养学生的动手能力、让学生进一步明确：理论来源于实践。　　强化学生对知识的理解。　　加深原理的形成过程。
【师】在科学技术飞速发展的今天，新材料、新能源成为各国高科技领域重要研究课题。利用原电池原理制得的各种新型电池不断涌现，电池向体积小、质量轻、可重复充电、高容量发展。但制造电池的过程中都用到一些重金属，例如：锰、镉、汞等，如果废旧电池随便丢弃，这些重金属离子泄漏会造成环境污染，而这种固体无机废弃物的污染很难治理，并且会影响几十年以至上百年，回收废旧电池根本在于合理科学地处理，并把有用的物质加以回收，希望我们同学从自己做起，保护环境，人人有责。 专心听 培养学生的环保意识。
板书设计 第四节　原电池原理及其应用一、原电池　1.原电池：将化学能直接转变成电能的装置。　　 　　 负极：电子流出，较活泼，发生氧化反应正极：电子流入，较不活泼，发生还原反应　2.形成原电池的条件（1）有活动性不同的两种金属（或一种是非金属导体）作电极（较活泼的金属为负极）（2）要有电解质溶液（3）要形成闭合电路
三、学案
[名师导学]
1.原电池是　　　　　　　　　　　的装置，原电池有两极，分别称为　　　极和　　　极。分别发生　　　　　　　反应和　　　　　　　　反应。
2.原电池正负极的判断方法：
（1）根据电极的金属活动性判断：
一般　　　　　　是负极，　　　　　　　是正极。
（2）根据电流方向判断：
电流由　　　　极流向　　　　极；电子流动方向是由　　　　极流向　　　　极。
（3）根据电解质溶液中离子的流动方向判断：
在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的电极是　　　极，阴离子移向的电极是　　　极。
（4）根据得失电子的情况判断：
电极上得电子的是　　　　极，电极上失电子的是　　　　极。
3.构成原电池的条件是：
（1）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（2）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（3）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[梯度导练]
1.已知空气－锌电池电极反应为：
锌片：Zn＋2OH――2e－＝ZnO＋H2O　　
石墨：O2＋H2O＋2e－＝2OH―　
据此判断，锌片是……………………………………………………………………………（　　）
A.负极，并被氧化　　　　　　　　　　　　B.负极，并被还原　　
C.正极，并被氧化　　　　　　　　　　　　D.正极，并被还原
2.如右图所示的装置中，B棒逐渐变细，A棒逐渐变粗，则图A、B、C的组成是……（　　）
P棒 Q棒 M溶液
A Zn Cu H2SO4
B Cu Fe HCl
C Ag Zn AgNO3
D Zn Cu CuSO4
3.将锌片与铜片用导线连接，置于同一稀硫酸溶液中，下列叙述正确的是……………（　　）
A.正极附近c(SO42＋)逐渐增大　　　　　　　B.负极附近c(SO42＋)逐渐增大
C.正极、负极附近c(SO42＋)基本不变　　　　D.锌片、铜片同时有气泡冒出，说明锌片不纯
4.某原电池总离子方程式为2Fe3＋＋Fe＝3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是…………（　　）
　A.正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3
　B.正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3
　C.正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2(SO4)3
　D.正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4
[能力提高]
1.把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极。则这四种金属的活动性顺序为……………………………………………………………………（　　）
A.a＞b＞c＞d　　　　B.a＞c＞b＞d　　　　C.b＞d＞c＞a　　　　D.c＞a＞b＞d
2.电子计算器中所用纽扣式电池为银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH。电极反应为：Zn＋2OH――2e－＝Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH―，总反应式为：Ag2O＋H2O＋Zn＝Zn(OH)2＋2Ag。下列叙述正确的是………………………………………………（　　）
　A.电流由锌经外电路流向氧化银　　　　B.锌是阴极，氧化银是阳极
　C.锌是负极。氧化银是正极　　　　　　D.工作时，负极区溶液pH减小，正极区pH增大
3.下列关于实验现象的描述不正确的是…………………………………………………（　　）
　A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀H2SO4中铜片表面出现气泡
　B.用锌片作阳极，铁片作阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌
　C.把铜片插入FeCl3溶液中，在铜片表面出现一层铁
　D.把锌放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速度加快
　D.工作时，负极区溶液pH减小，正极区pH增大
4.据报道，最近摩托罗拉公司研制了一种甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现用镍氢电池或锂电池的10倍。有关此电池的叙述错误的是…………………（　　）
　A.正极电极反应式：O2＋2H2O＋4e－＝4OH―　
　B.负极电极反应式：CH3OH＋6OH――6e－＝CO2＋5H2O
　C.电池在使用过程中，电解质溶液的pH降低
　D.当外电路通过1.2 mol电子时，理论上消耗甲醇6.4 g
　D.工作时，负极区溶液pH减小，正极区pH增大
5.熔融盐燃料电池具有高的电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与以O2的混合气体为阴极助燃气，制是在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：
阳极反应式：2CO＋2CO32－＝4CO2＋4e－　
阴极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
总电池反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
答案：O2＋2CO2＋4e－＝2CO32－　　　　2CO＋O2＝2CO2
6.有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol/L的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6mol/L的NaOH溶液中，如　下图所示。
（1）写出甲池中正极的电极反应式：
正极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（2）写出乙池中负极的电极反应式和总反应的离子方程式：
负极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
总反应的离子方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（3）如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出　　　　活动性更强，而乙会判断出　　　　活动性更强（填写元素符号）。
（4）由此实验可以得出的下列结论，正确的有（　　）
　A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质。
　B.镁的金属性不一定比的金属性强
　C.该实验说明金属活动顺序表已过时，没有实用价值了。
　D.该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大、因此应具体问题具体分析。
（5）通过分析上述实验，“直接利用金属活动顺序表判断原电池中的正负极”这种做法可靠吗？若不可靠，请你提出另一判断原电池正负极的可行性实验方案。
答：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
答案：（1）2H＋＋2e－＝H2↑
（2）2Al＋8OH－－6e－＝2AlO2－＋4H2O、2Al＋2OH－＋6H2O－＝2AlO2－＋4H2O＋3H2↑
（3）Mg、Al　　　　　（4）AD
（5）不可靠、将两种金属作电极连上电流后插入电解质溶液，构成原电池。利用电流计测定电流的方向，从而判断电子流动的方向，再确定原电池正负极。（可观察反应现象，看哪支电极发生反应而溶解，千万金属质量减轻。）
[科学探究]
查资料搜集原电池的种类，它们的外观是怎样的？分别有些什么用途？
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正极
负极
正极
负极
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