原电池教学设计案例分析及反思

化学组 许宁

一、教材分析 本节内容是电化学中的重要知识。第一课时的主要内容有：原电池的概念、原理、组成原电池的条件。原电池原理和组成条件是本节课的重点，原电池原理是本节课的难点。 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（ 4-15 ）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。 当然，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。

⑴ 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获得过程，获得直接的体验。

⑵ 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。

⑶ 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。

⑷ 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。

⑸ 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，教学就可能按照“设置问题情景 ---- 学生提出问题 ---- 进行假设和推理 ---- 通过实验验证 ---- 得出相关结论 ---- 引发新的问题情景 ---- 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。

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. 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。

3. 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。

? 设计思路 指导思想：以学生为主体，让学生自主地参与知识的获得过程，并给学生充分的表达自己想法的机会。 学生初次接触电化学知识，对原电池的工作原理有神秘感和探索欲望。要充分利用学生的好奇心和求知欲，设计层层实验和问题情境，使学生在自主实验、积极思考和相互讨论中自己发现问题、分析问题和解决问题。 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。 根据学生的知识结构、心理特点和教学内容的实际需要，采取了启发、讨论、实验探究等教学方法，并结合多媒体进行教学。

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? 教学准备

1. 实验准备：每组一个灵敏电流计，两片铜片、两片锌片、一根石墨电极、一节干电池、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）。

2. 制作铜锌原电池工作原理的模拟动画

3. 场地：有多媒体放映设备的实验室

? 教学过程（课堂实录）

【引入】我们的生活中离不开各种电池。大到宇宙火箭、人造卫星，小到照相机、手机，都要用到各种各样的电池。如：干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等。其实，这些电池都是应用原电池的原理制成的。那么到底什么是原电池？它的工作原理怎样？今天我们就想通过一些实验一起来研究一下原电池的原理。

【板书】第四节原电池原理及其应用

【实验指导】介绍实验桌上的物品，指导学生做以下三个实验： 1. 将锌片插入稀硫酸中 2. 将铜片插入稀硫酸中 3. 将锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中 说明实验注意事项，要求同学认真观察现象，并思考原因

【学生活动】实验并观察现象

【学生回答】 1. 锌片上有气泡，因为锌能和稀硫酸反应放出氢气 2. 铜片上没有气泡，因为铜不能和稀硫酸反应 3. 铜片上有气泡

【设疑】铜片上的气体是哪里来的？

【学生讨论】学生激烈讨论，讨论的焦点问题有：

1 、铜片上的气体是什么？ （学生认为可能是氢气或 SO 2 或是氧气。最后同学认为最有可能的是氢气。本处不展开）

2 、氢离子转变为氢气所需的电子从何而来？

（学生提出许多假设）

学生甲：电子应是铜失去的，因为气泡是在铜片上产生的。

学生乙：电子应是锌失去的，因为锌比铜活泼，易失去电子。

学生甲：电子应是铜失去的，若是锌失去电子，气泡应该出现在锌片上，怎么会在铜片上出现气泡呢？

学生乙：锌片失去的电子可以通过导线传递到铜片上，溶液中的氢离子在铜片上得到电子，因此，铜片上有气泡。

学生丙：既然电子是锌片失去的，氢离子为什么不直接在锌片上得电子，而要到铜片上得电子呢？

【引导】电子究竟是锌片还是铜片失去的，我们可以用实验来证明。那么，如何通过实验来证明锌片上的电子是否通过导线转移到了铜片上？

【学生回答】在铜片和锌片中间连接一个灵敏电流计，检测有无电流

【实验指导】使用灵敏电流计的注意事项

【学生活动】实验并观察现象

【学生回答】现象：电流计指针偏转 结论：有电流流过，说明导线中有电子流过，说明氢离子得到的电子确实是锌片失去，通过导线传递到铜片上的。 （但是，对于刚才同学提出的问题，即“既然电子是锌片失去的，氢离子为什么不直接在锌片上得电子，而要到铜片上得电子呢？”还是觉得难以解释。）

【动画演示】由于锌片失去电子后产生锌离子，锌片的周围有许多来不及扩散到溶液中去的锌离子，对氢离子有排斥作用，使氢离子很难在锌片上直接得到电子

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【学生小结】锌片：较活泼，电子流出，发生氧化反应 Zn － 2e - =Zn 2+ 铜片：较不活泼，电子流入，发生还原反应 2H + +2e - =H 2 ↑ 能量变化：化学能转变为电能

【板书】 1. 原电池的概念：

【实验指导】给你一节干电池，用实验证明铜锌原电池的正负极

【学生活动】实验并观察现象

【学生回答】现象：测干电池时，电流计指针偏向正极方向，测铜锌原电池时，电流计指针偏向铜片方向 结论：锌片为负极，铜片为正极

【板书】 2. 原电池的原理： 负极：电子流出，较活泼，（锌片）： Zn － 2e - =Zn 2+ （氧化反应） 正极：电子流入，较不活泼，（铜片）： 2H + +2e - =H 2 ↑（还原反应）

【引导】 写出铜锌原电池的总反应方程式，并比较其与锌片直接跟稀硫酸反应有何异同。 总反应方程式为： Zn+2H + =Zn 2+ +H 2 ↑ 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？

【板书】 3. 组成原电池的条件

【实验习题】请用实验验证下列哪些装置构成原电池？并据此对比分析，讨论构成原电池的条件。

【学生活动】实验并观察现象。

【学生回答】 C 、 D 、 H 构成原电池

【学生讨论】

（通过对比分析、讨论和补充、修改，最后得出组成原电池的条件）

学生甲：从 A 、 B 不构成原电池可知，构成原电池必须有两种活动性不同的金属 作电极。从 F 、 G 不构成原电池可知，要组成原电池还必须构成闭合回路

学生乙： H 也构成原电池，是因为水果呈酸性，说明构成原电池需酸溶液。

学生丙： D 也能构成原电池，说明构成原电池不一定要酸溶液，也可以是盐溶液，结合 E 可知，构成原电池电极材料必须与电解质溶液接触。

学生丁：从 C 可知，电极材料也可以是象石墨这样能导电的非金属。

【学生小结】组成原电池的条件： ①有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极 ②电极材料均插入电解质溶液中 ③两极相连形成闭合回路

【练习】对于上述能组成原电池的装置，分析正负极和发生的电极反应 （在学生回答过程中，教师引导学生注意正极材料本身并未发生变化，负极和电解质溶液之间发生了氧化还原反应）

【追问】假如把上述 C 装置的电极改为 Cu 和 Ag ，能组成原电池吗？

【学生回答】不能，要构成原电池，负极和电解质溶液之间必须有自发的氧化还原反应

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【练习】请同学结合组成原电池的条件， 将氧化还原反应： Fe+Cu 2+ =Cu+Fe 2+ 设计成 一个原电池。

【学生回答】负极：铁正极：铜电解质溶液：硫酸铜

【学生补充】正极材料还可以是石墨或比铁不活泼的其他金属，电解质溶液中必须含Cu 2+ ，除硫酸铜外，还可以是氯化铜、硝酸铜等。

【小结】按板书的内容，归纳本书的内容和要点

《 原电池》第一课时教学案例反思

本节课采用实验探究式教学，既符合化学的学科特点，也符合学生的心理和思维的发展特点。 化学是一门以实验为基础的学科，实验事实是最具有说服力的。

本节课以实验事实设疑，又以实验事实释疑，让学生从直观、生动的实验中发现问题，进一步引导学生进行推理和分析，再通过实验验证分析的结果。这样得出的结论学生才能真正理解和牢固掌握。 从学生的心理特点来看，高二的学生对新鲜事物有强烈的好奇心和探索欲望，对老师的讲授敢于质疑，有自己的想法和主见。往往不满足于老师告诉他是什么，而更愿意自己去探索是什么和为什么。并且具备了初步的探索能力。在思维发展的层次上，学生的形象思维已充分发展，抽象思维也正在迅速发展之中。实验探究是让学生在具体实验事实的基础上分析问题得出结论，符合学生的思维特点，有利于在形象思维的基础上发展学生的抽象思维。但学生的抽象思维和探索能力毕竟还处于初级阶段，尚不成熟，这就决定了他们还不能成为完全独立的探索主体，探索活动需要在教师的组织引导下，有目的有计划地进行。教师的作用是“引导和启发”，即引导学生独立思考，主动探索，当学生的思考和探索遇到困难时，及时给予启发、提示、点拨，以帮助学生顺利地开展实验探索活动，既不是灌输也不能放任自流。因此，本节课的部分实验是由教师预先设计的，但同样起到了实验探究应有的作用。 本节课应给学生充分的讨论时间和自由发表意见的机会。因为小组的每个成员的知识水平存在差异，对问题的分析能力不同，充分的讨论有利于组内的交流和互助，使实验探究活动成为全体同学而不是部分尖子生的活动。在实验探究的过程中，学生肯定发现了不少新问题，心里有很多想法，其中不乏正确的和错误的、常规的和富于创新的想法。因此要让学生把他的想法表达出来，这既能丰富学生对原理和正确结论的多角度的认识，也是对学生探究精神的一种肯定和保护。 由于本节课采取讨论式和学生实验探究的教学模式，课堂组织尤为重要。应在课前对学生进行分组，四人为一小组较合适，以便于学生展开实验探究活动和讨论。在学生实验和讨论过程中，教师应深入学生中，接受反馈信息，及时发现学生实验过程中可能出现的问题并加以个别指导。

本节课实验过程中应注意：

1 、锌片及时从溶液中取出

2 、注意灵敏电流计的量程

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第二篇：高中化学-原电池原理的解读与应用

原电池原理的解读与应用

河北省宣化县第一中学 栾春武

一、构成原电池的条件

构成原电池的条件有：

（1）电极材料。两种金属活动性不同的金属或金属和其它导电性（非金属或某些氧化物等）；

（2）两电极必须浸没在电解质溶液中；

（3）两电极之间要用导线连接，形成闭合回路。

说明：

①一般来说，能与电解质溶液中的某种成分发生氧化反应的是原电池的负极。

②很活泼的金属单质一般不作做原电池的负极，如K、Na、Ca等。

二、原电池正负极的判断：

（1）较活泼的或能和电解质溶液反应的金属一般作负极。

（2）有气泡产生一极一般是正极。

（3）电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极。

（4）被腐蚀的一极是负极。

（5）发生氧化反应的一极是负极，发生还原反应的一极是正极。

（6）溶液中阳离子移向的一极是正极，阴离子移向的一极为负极。

三、电极反应式的书写

（1）准确判断原电池的正负极是书写电极反应的关键

如果原电池的正负极判断失误，电极反应式的书写一定错误。上述判断正负极的方法是一般方法，但不是绝对的，例如铜片和铝片同时插入浓硝酸溶液中，由于铝片表明的钝化，这时铜失去电子，是负极，其电极反应为：

负极：Cu －2e－ ＝ Cu2＋

正极：NO3－ + 4H＋ + 2e－ ＝ 2H2O + 2NO2↑

再如镁片和铝片同时插入氢氧化钠溶液中，虽然镁比铝活泼，但由于镁不与氢氧化钠反应，而铝却反应，失去电子，是负极，其电极反应为：

负极：2Al + 8OH－2×3e＝2AlO2 + 2H2O

正极：6H2O + 6e－ ＝ 6OH－ + 3H2↑

（2）要注意电解质溶液的酸碱性

在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系，如氢氧燃料电池有酸式－－ －

和碱式，在酸溶液中，电极反应式中不能出现OH，在碱溶液中，电极反应式中不能出现H，像CH4、CH3OH等燃料电池，在碱溶液中碳（C）元素以CO32－离子形式存在，而不是放出CO2气体。

（3）要考虑电子的转移数目

在同一个原电池中，负极失去电子数必然等于正极得到的电子数，所以在书写电极反应时，一定要考虑电荷守恒。防止由总反应方程式改写成电极反应式时所带来的失误，同时也可避免在有关计算中产生误差。

（4）要利用总的反应方程式

从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池，而两个电极反应相加即得总反应方程式。所以只要知道总反应方程式和其中一个电极反应，便可以写出另一个电极反应方程式。

四、原电池原理的应用

原电池原理在工农业生产、日常生活、科学研究中具有广泛的应用。

1. 化学电源：人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学研究以及科学技术的发展中，电池发挥的作用不可代替，大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。

2. 加快反应速率：如实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，用纯锌生成氢气的速率较慢，而用粗锌可大大加快化学反应速率，这是因为在粗锌中含有杂质，杂质和锌形成了无数个微小的原电池，加快了反应速率。

3. 比较金属的活动性强弱：一般来说，负极比正极活泼。

4. 防止金属的腐蚀：金属的腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应，使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。在金属腐蚀中，我们把不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀，电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了少量的氧气、二氧化碳，含有少量的H和OH形成电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个微小的原电池，铁作负极，碳作正极，发生吸氧腐蚀：

负极：2Fe －2×2e－ ＝2Fe2+

正极： O2 + 4e－+ 2H2O ＝ 4OH－

＋－－+

电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此可以用更活

泼的金属与被保护的金属相连接，或者让金属与电源的负极相

连接均可防止金属的腐蚀。

【例题1】（20xx年全国卷I）右图是一种染料敏化太阳

能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料（S）涂覆

在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为（ ）。 TiO2/S → TiO2/S*（激发态）

TiO2/S* → TiO2/S+ + e－

I3 + 2e → 3I

2TiO2/S+ + 3I－ → 2TiO2/S + I3－

下列关于该电池叙述错误的是：

A．电池工作时，I离子在镀铂导电玻璃电极上放电

B．电池工作时，是将太阳能转化为电能

C．电池的电解质溶液中I和I3的浓度不会减少

D．电池中镀铂导电玻璃为正极

解析：A选项错误，从示意图可看在外电路中电子由负极流向正极，也即镀铂电极做正极，发生还原反应：I3－+ 2e－ ＝ 3I－；B选项正确，这是个太阳能电池，从装置示意图可看出是个原电池，最终是将光能转化为化学能，因为把上面四个反应加起来可知，化学物质并没有减少；C正确，此太阳－－－－－ －能电池中总的反应一部分实质就是：I3－

3I－的转化（还有I2 + I－ I3－），另一部分就是光敏有机物由激发态与基态的相互转化，所有化学物质最终均不被损耗；D选项正确，见A选项的解析。

答案：A

点评：该题考查的是新型原电池、原电池的两电极反应式、电子流向与电流流向、太阳能电池的工作原理以及原电池的总反应式等，同时还考查了考生的变通能力和心理素质，能否适应陌生的情境下应用所学知识解决新的问题等等，是一道考查能力的好题。

【例题2】（20xx年江苏卷）如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是（ ）。

A．该系统中只存在3种形式的能量转化

B．装置Y中负极的电极反应式为：

O2 + 2H2O + 4e－ === 4OH－

C．装置X能实现燃料

电池的燃料和氧化剂再生

D．装置X、Y形成的子系统能实现

学能与电能间的完全转化

解析：A项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳物质的零排放，并能实现化能、电能、化学能和机械能之间的相互转化；B项，装置Y为氢氧燃料电池，负极电极反应为H2－2e－+ 2OH＝ 2H2O；C项，相当于用光能电解水，产生H2和O2，实现燃料（H2）和氧化剂（O2）的－

再生；D项，在反应过程中，有能力的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选C项。

答案：C [

点评：本题主要考查的是电化学知识。

【例题3】（20xx年山东卷）利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。

（1）若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处。

（2）若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_______。

解析：铁被保护，可以是做原电池的负极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe做阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁是做负极，称为牺牲阳极保护法。

答案：见解析。

【练习1】（2009浙江卷）市场上经常见到的标记为Li—ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+ 的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为：

下列说法不正确的是（ ）。

A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－=== Li+

B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应

C．该电池不能用水溶液作为电解质

D．放电过程中Li向负极移动

解析：A项Li从零价升至正价，失去电子，作为负极，故正确；B项反应逆向进行时。反应物只有一种，故化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，故正确；C项由于Li可以与水反应，故电解质应为非水材料正确；D项原电池中阳离子应迁移至正极失电子，故错误。

答案：D

【例题2】（20xx年广东理科基础）钢铁生锈过程发生如下反应：

①2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3＝Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是（ ）。

+

A．反应①、②中电子转移数目相等

B．反应①中氧化剂是氧气和水

C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀

D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀

解析：①②反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧

化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。①中H2O的H、O两元素

的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。

答案：A

【例题3】（2009广东理科基础）下列有关电池的说法不正确的是（ ）。

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

解析：锂离子电池可以充用，再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。

答案：B

【例题4】（2009福建卷） 控制适合的条件，将反应

2Fe + 2I 3+－ 2Fe + I2设计成如右图所示的原电池。下列判断不正确的是（ ）。 2+

A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B. 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+ 被还原

C. 电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D. 电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固定，乙中石墨电极为负极

解析：乙中I－失去电子放电，故为氧化反应，A项正确；由总反应方程式知，Fe3＋被还原成Fe2＋，B项正确；当电流计为零时，即说明没有电子发生转移，可证明反应达平衡，C项正确。加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe失去电子生成Fe，而作为负极，D项错。

2＋3＋