浅谈《原电池原理及其应用》

来源:用户上传      作者: 石震宇

　　原电池的应用在当今社会已非常普及,北京奥运,为环保、节能,实现零排放,大功率电瓶公交车已经成了北京市主要交通工具,原电池的应用已深入社会方方面面,那么原电池的原理是什么?应用怎样?高中化学作了深入解析,为帮助教学,本人就原电池原理及其应用一节的教学进行了探索。
　　
　　一、本节教学内容浅析
　　
　　从教学内容分析,这一节是对金属的性质与电解质溶液知识的融合。通过学习要求达到对有关“电解质溶液的酸碱性、化学反应的能量变化、氧化还原反应、金属的性质及活动性强弱比较”等知识的整合。从教材的逻辑结构分析,教材内容的安排顺序是根据学生已有的金属性质知识设计实验,创设学习情景,引发认知冲突,并通过对铜锌原电池实验的分析,领悟原电池的组成和原理。通过本节的学习有助于学生实现理论与实践的结合,由感性认识向理性认识的飞跃。
　　
　　二、理论引导
　　
　　学习理论认为学生认知发展的基本过程是:认知的发展就是认知结构的发展,学习者的认知结构是通过同化和顺化而不断发展。当学习者遇到新的刺激时总是试图用原有的认知结构去同化,若获得成功,便得到暂时的平衡;若无法用原有的认知结构同化,学习者便会做出顺化,即调节原有认知结构或重建新的认知结构,直至达到认知上的新平衡。同化与顺化平衡的不断发展,促进学习者认知结构的不断发展。显然,在中学课堂教学中提倡“自主探究”的教学方式,对于促进学生知识的主动建构具有重要的意义。
　　
　　三、基本思路
　　
　　根据以上对教材的分析和对学习理论的认识,本节教材的第一课时教学组织的基本思路如下:
　　1.针对教材实际创设教学情景
　　根据学生已有的金属性质等知识,通过实验演示铁、铜与稀硫酸的反应或学生动手操作,引导学生观察实验现象并发现当铜与铁连接后插入稀硫酸中,铜片表面有气泡产生,引发认知冲突产生认知需要。
　　2.根据教材实际,进行问题探究
　　按照科学探究的一般过程,结合学生已有的知识和相关学科知识,引导学生提出猜想(铜片上产生气泡的可能原因),设计实验验证猜想,分析概括形成原电池的概念。再对铜锌原电池构成进行分析,继续通过问题探究的方式,获得原电池的构成条件和原电池正负极的判断规则。
　　3.积极评价与反思相结合
　　要求学生运用原电池概念与原理,判断原电池的正负极,书写原电池的电极反应式,并根据给定的材料设计原电池。通过学生交流、合作与探究,自主建构知识。
　　
　　四、教学过程的实施
　　
　　1.课题的引入
　　在前面我们已学习了碱金属、镁、铝和铁等金属的性质,它们具有哪些共性呢?若将铁片、铜片分别插入稀硫酸中会有什么现象发生?为什么?若用导线将铁片和铜片连接起来再插入稀硫酸中,发生的现象会有什么不同?
　　指导学生动手实验,观察实验现象,发现实验问题。铜在金属活动性顺序表中排在氢后面,不能置换出酸中的氢,当用导线将铁片和铜片连接起来再插入稀硫酸中,铜片上有气体产生。经实验验证此气体是氢气。为什么铜片上会有氢气产生呢?
　　2.问题的产生与解决
　　合作交流、分析讨论、归纳综合,提出如下假设。
　　假设1.铜在铁的作用下,能跟稀硫酸反应置换出酸中的氢,本身失去电子被氧化。
　　假设2.稀硫酸电离产生的H+从铜片上获得了由铁片传递过来的电子,发生还原反应生成H2。
　　(实验对上述问题的检验)
　　实验1:分别称量铜片插入稀硫酸前和插入稀硫酸一段时间后的质量,比较铜片质量的变化。
　　实验2:(若氢离子从铜片上获得的电子是由铁片传递过来的,则电子的定向移动必产生电流。)在铁片与铜片之间接入一只灵敏电流计,再将铁片和铜片平行插入稀硫酸中,观察电流计指针是否发生偏转?
　　现象和结论:
　　实验1:铜片插入稀硫酸前后质量无变化。说明铜没有参与氧化还原反应,否定了假设1。
　　实验2:电流计指针发生了偏转并偏向于铜片。说明电路中有电流,证明H+从铜片上得到的电子是由铁片传递过来的。即当铁、铜用导线连接并平行插入稀硫酸后,两金属上发生的变化是:
　　铁:Fe-2e-=Fe2+(发生氧化反应)
　　铜:2H++2e-=H2↑(发生还原反应)
　　结果是将Fe与H+间直接转移的电子,通过导线和铜片间接转移,将化学能转化为电能。像这种将化学能转化为电能的装置叫原电池。
　　(1)原电池:将化学能转化为电能的装置
　　(2)原电池构成条件
　　①构成原电池的两个电极活泼性不同。从物理学角度看,电子流出的极为负极。从实验(电流计指针的偏转)现象分析,指针背离的极为负极。从化学角度判断,较活泼的,失去电子发生氧化反应的极为负极。则相反意义的极为正极。
　　②电解质溶液,参与氧化还原反应、沟通电极和内电路的电流回路。
　　③构成闭合回路。外电路电流方向是由原电池的正极经电流计流向原电池的负极。内电路由原电池的负极通过电解质电离产生的阴阳离子的定向移动与正极相连。
　　3.教学评价总结
　　引导学生运用形成原电池的原理并归纳获得原电池的构成条件,判断某些装置能否构成原电池和原电池的正负极,书写电极反应式。并对学生的活动情况作出相应的评价。
　　学生个体的反思。对原电池概念的形成过程进行深入思考,根据实验中观察到的现象,结合逻辑分析,提出自己的观点,加深对原电池原理及构成的理解。学生全体的反思。要求从发现问题,提出假设,设计实验进行探究,到分析概括形成相应结论,整理知识,课堂小结,内化为自身的知识结构。
　　
　　参考文献:
　　1.《化学大纲》人教版.2006
　　2.《高中化学第二册教师用书》人教版.2007
　　作者单位:江西宜春市奉新冶城职校

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