高中化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池第一節(jié)原電池教學(xué)內(nèi)容分析 1、教材分析本節(jié)課內(nèi)容是以必修第二冊(cè)第六章“化學(xué)能與能量”為基礎(chǔ)，進(jìn)一步介紹原電池的組成和工作原理，通過(guò)對(duì)原電池中閉合電路形成過(guò)程的分析，引出半電池、鹽橋、內(nèi)電路、外電路和電流衰減等概念，幫助學(xué)生對(duì)電化學(xué)的研究和應(yīng)用范圍形成一個(gè)概貌性的認(rèn)識(shí)。 2、學(xué)情分析 學(xué)生在必修第二冊(cè)中學(xué)習(xí)了由鋅、銅和稀硫酸溶液組成的簡(jiǎn)單原電池，初步了解了原電池原理。本節(jié)課將學(xué)習(xí)帶有鹽橋的較復(fù)雜的原電池，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)原電池的構(gòu)成和反應(yīng)原理。鹽橋原電池對(duì)學(xué)生而言不是一個(gè)普通的技術(shù)改進(jìn)問(wèn)題，而是一次思維模式的一個(gè)質(zhì)的突破，鹽橋原電池將氧化還原反應(yīng)分隔在兩個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行，通過(guò)特定的裝置實(shí)現(xiàn)電子的定向移動(dòng)，形成持續(xù)、穩(wěn)定的電流，提高原電池電流穩(wěn)定性。本節(jié)課的學(xué)習(xí)為學(xué)生認(rèn)識(shí)原電池工作原理和原電池原理的實(shí)用性開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)1、通過(guò)原電池實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)原電池構(gòu)成的基本要素，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。2、在分析鋅銅原電池的過(guò)程中，逐步建立原電池的系統(tǒng)分析思路，能建構(gòu)原電池思維模型并運(yùn)用思維模型分析其工作原理。3、了解電池的發(fā)展史，能從能量視角、守恒視角和帶電粒子運(yùn)動(dòng)視角分析電池的研發(fā)和利用，學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)責(zé)任意識(shí)和創(chuàng)新精神。教學(xué)重點(diǎn)：原電池構(gòu)成的基本要素，原電池的工作原理教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)流程：提升對(duì)電池的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生責(zé)任意識(shí)和創(chuàng)新精神建構(gòu)原電池思維模型并運(yùn)用思維模型分析其原理設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池，建立原電池的系統(tǒng)分析思路回顧原電池，認(rèn)識(shí)原電池構(gòu)成的基本要素環(huán)節(jié)4：應(yīng)用拓展，總結(jié)提升環(huán)節(jié)提升對(duì)電池的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生責(zé)任意識(shí)和創(chuàng)新精神建構(gòu)原電池思維模型并運(yùn)用思維模型分析其原理設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池，建立原電池的系統(tǒng)分析思路回顧原電池，認(rèn)識(shí)原電池構(gòu)成的基本要素環(huán)節(jié)4：應(yīng)用拓展，總結(jié)提升環(huán)節(jié)3：優(yōu)化電池，構(gòu)建模型環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，溫故知新環(huán)節(jié)2：設(shè)計(jì)電池，分析原理

教學(xué)過(guò)程：環(huán)節(jié)2：設(shè)計(jì)電池，分析原理教學(xué)活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【情景引入】播放電池發(fā)展史視頻，引發(fā)學(xué)生思考。觀看視頻，思考。創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣和求知欲。【知識(shí)回顧】？2.構(gòu)成原電池需要哪些條件？回憶必修第二冊(cè)所學(xué)原電池相關(guān)知識(shí)。復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，溫故知新。為設(shè)計(jì)和組裝原電池奠定基礎(chǔ)。一、設(shè)計(jì)原電池，探究單液原電池的不足【活動(dòng)1】根據(jù)反應(yīng)Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu設(shè)計(jì)鋅銅原電池，探究鋅銅單液原電池的不足。請(qǐng)用下列儀器和藥品設(shè)計(jì)并組裝一個(gè)鋅銅原電池。儀器：銅片、鋅片、燒杯、靈敏電流表、導(dǎo)線等。藥品：CuSO4溶液（1）在學(xué)案上畫(huà)出裝置圖，并分析工作原理。（2）根據(jù)設(shè)計(jì)的裝置圖組裝原電池并完成實(shí)驗(yàn)觀察并記錄現(xiàn)象，填寫下表。電流表讀數(shù)/mA鋅片銅片實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象20s30s40s結(jié)論【歸納】該原電池存在的缺點(diǎn)：【思考與交流】該電池電流衰減的原因是什么？如果要得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流，該如何改進(jìn)？小組討論，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的鋅銅原電池。分析鋅銅原電池的工作原理。組裝實(shí)驗(yàn)裝置觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象小組討論、交流，分析鋅銅單液原電池存在的不足，思考改進(jìn)的措施。通過(guò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單鋅銅原電池，幫助學(xué)生掌握原電池的工作原理。構(gòu)建單液原電池思維模型。通過(guò)組裝鋅銅原電池，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察能力。通過(guò)問(wèn)題討論與交流，歸納總結(jié)簡(jiǎn)單鋅銅原電池的缺陷，在觀察討論中體現(xiàn)宏觀辨識(shí)和微觀探析的核心素養(yǎng)。二、改進(jìn)原電池，提升電流穩(wěn)定性【活動(dòng)2】請(qǐng)對(duì)上述原電池裝置作適當(dāng)改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定電流的鋅銅原電池裝置。（1）組裝原電池并完成實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并填寫下表。電流表讀數(shù)/mA鋅片銅片實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象20s30s40s結(jié)論（2）在學(xué)案上畫(huà)出裝置圖，分析鹽橋原電池的工作原理。【歸納】從電流的大小與穩(wěn)定性角度比較單雙液原電池的優(yōu)缺點(diǎn)【思考與交流】使用鹽橋?yàn)槭裁措娏鲝?qiáng)度變??？如何改進(jìn)，增大電流強(qiáng)度？能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？小組討論、交流原電池的改進(jìn)方案。組裝原電池驗(yàn)證改進(jìn)方案。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析裝置的改進(jìn)效果。歸納總結(jié)鹽橋原電池的工作原理。小組討論、交流，分析鋅銅雙液原電池存在的不足，思考改進(jìn)的措施。構(gòu)建雙液原電池思維模型。讓學(xué)生體驗(yàn)問(wèn)題探究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力；提升學(xué)生證據(jù)推理和模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。三、優(yōu)化原電池，增大電流強(qiáng)度【視頻演示實(shí)驗(yàn)】鋅銅隔膜電池電流表讀數(shù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象【教師活動(dòng)】介紹離子交換膜及隔膜電池工作原理?！緫?yīng)用】趣味實(shí)驗(yàn)組裝隔膜電池讓掛鐘轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。【思考與交流】隔膜電池是不是完美的電池？我們心目中“更完美”的電池是怎樣的？觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析裝置的改進(jìn)效果。小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案小組討論、交流診斷并發(fā)展學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力水平及其對(duì)化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平。多角度分析實(shí)用電池的研發(fā)和利用，學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。【課堂小結(jié)】本節(jié)課的學(xué)習(xí)有什么收獲？進(jìn)行課堂小結(jié)培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力附：板書(shū)設(shè)計(jì)第一節(jié)原電池設(shè)計(jì)原電池，探究單液原電池的不足改進(jìn)原電池，提升電流穩(wěn)定性優(yōu)化原電池，增大電流強(qiáng)度附：教學(xué)詳案與教學(xué)反思1.情景引入播放一段電池發(fā)展史的視頻，讓學(xué)生初步了解電池的改進(jìn)歷程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并引出課題。師：電池發(fā)展至今已有200多年的歷史，在當(dāng)今社會(huì)也發(fā)揮著及其重要的作用。剛才我們通過(guò)視頻了解了電池的發(fā)展史，能不能歸納電池的發(fā)展大概經(jīng)歷了哪三個(gè)重要的階段？生：伏打電池、丹尼爾電池、鋰電池。生：一種溶液的電池、兩種溶液的電池、有隔膜的電池。師：同學(xué)們歸納得很好。電池的發(fā)展大概經(jīng)歷了三個(gè)重要的階段，1800年伏打電堆誕生，是人類歷史上的第一塊電池，但很可惜當(dāng)時(shí)并沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)橹挥昧艘环N電解質(zhì)溶液，我們把這類電池稱為單液原電池。1836年丹尼爾改進(jìn)了伏打電堆，將一種電解質(zhì)溶液改為兩種電解質(zhì)溶液，我們稱之為雙液原電池。1991年隨著鋰離子電池量產(chǎn)化，帶來(lái)了電池行業(yè)的飛速發(fā)展，這類電池主要構(gòu)件就是一個(gè)正極、一個(gè)負(fù)極、一個(gè)隔膜，我們稱之為隔膜電池。師：那么伏打電堆為什么沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用，丹尼爾電池又有什么不足之處，隔膜電池就是完美的嗎？帶著這些疑問(wèn)，這節(jié)課我們就沿著科學(xué)家的足跡來(lái)初步體驗(yàn)電池的改進(jìn)之路，在實(shí)驗(yàn)探究中找尋答案。2.設(shè)計(jì)原電池，探究單液原電池的不足根據(jù)Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu這個(gè)氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)鋅銅單液原電池，并分析工作原理。師：從能量視角，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。從守恒視角，正極得到的電子與負(fù)極失去的電子相等。從運(yùn)動(dòng)的視角，電子從負(fù)極經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流到正極，溶液中陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極?！緦W(xué)生分組實(shí)驗(yàn)】4溶液中，連接好靈敏電流表，觀察兩極的現(xiàn)象及電流表讀數(shù)的變化，并討論分析出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因。時(shí)間/s20253035404550靈敏電流表讀數(shù)/mA師：請(qǐng)一位同學(xué)描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象生：鋅片、銅片表面都有銅析出，電流表的讀數(shù)開(kāi)始很大，后來(lái)逐漸變小。師：與預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否一致？生：不一致。預(yù)期的現(xiàn)象是鋅片溶解，銅片表面有銅析出，電流表的讀數(shù)沒(méi)想到會(huì)減小，而且后來(lái)衰減得很快。師：那同學(xué)們能不能根據(jù)鋅片銅片表面的現(xiàn)象來(lái)分析電流衰減的原因呢？生：鋅片表面有銅析出，說(shuō)明鋅與硫酸銅溶液直接發(fā)生了反應(yīng)，這部分電子沒(méi)有經(jīng)過(guò)導(dǎo)線，使得電流衰減。而鋅片表面析出銅也會(huì)構(gòu)成鋅銅微電池加快銅在鋅片表面析出，當(dāng)銅析出太多就覆蓋了鋅，從而阻止鋅與硫酸銅溶液的反應(yīng)導(dǎo)致后來(lái)電流衰減很快。師：如何改進(jìn)單液原電池，解決電流衰減的問(wèn)題呢？生：可以把Zn電極和CuSO4溶液分開(kāi)，中間用鹽橋連接。師：那什么是鹽橋？鹽橋的作用又是什么呢？生：鹽橋是裝有飽和氯化鉀溶液的瓊膠，鉀離子和氯離子可以在其中自由移動(dòng)，起到連通內(nèi)電路的作用。師：大家討論分析得很好!雙液原電池是利用鹽橋?qū)⒄?fù)電極區(qū)分開(kāi)，達(dá)到阻止Zn電極和CuSO4溶液反應(yīng)的目的，那么這樣改進(jìn)后的電池能不能解決單液原電池電流衰減的缺點(diǎn)呢?接下來(lái)我們一起繼續(xù)實(shí)驗(yàn)探究。3.改進(jìn)原電池，提升電流穩(wěn)定性1836年丹尼爾將Zn置于ZnSO4溶液中，Cu置于CuSO4溶液中，并用鹽橋?qū)煞蓦娊赓|(zhì)溶液連接，制成了第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的雙液原電池。那么改進(jìn)后的雙液原電池是否就是完美的電池了呢?44溶液中，并放入鹽橋連接兩溶液。實(shí)驗(yàn)裝置圖及數(shù)據(jù)如圖所示。時(shí)間/s20253035404550靈敏電流表讀數(shù)/mA師：請(qǐng)一位同學(xué)描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。生：鋅片表面沒(méi)有銅析出，銅片表面有銅析出，電流表讀數(shù)一直穩(wěn)定不變。師：那鹽橋原電池的電流為什么這么穩(wěn)定呢？請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析鹽橋原電池的工作原理。師：雙液原電池將一個(gè)氧化還原反應(yīng)分成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，在兩個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行，構(gòu)成兩個(gè)半電池，鋅半電池為負(fù)極，銅半電池為正極。中間通過(guò)鹽橋連接，鹽橋中的氯離子向負(fù)極區(qū)移動(dòng)，鉀離子向正極區(qū)移動(dòng)，形成閉合的回路，同時(shí)平衡電荷。師：與單液原電池相比,雙液原電池具有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？生：雙液原電池工作一段時(shí)間電流很穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，但電流強(qiáng)度很小。師：請(qǐng)同學(xué)們對(duì)比單液原電池和雙液原電池的裝置圖，分析雙液原電池電流小的可能原因是什么？生：在電極和電解質(zhì)溶液濃度不變的情況下，可能是鹽橋使離子運(yùn)動(dòng)的距離拉長(zhǎng)了，離子運(yùn)動(dòng)的通道也變窄了，從而導(dǎo)致電流強(qiáng)度變小。師：能不能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證我們的推測(cè)呢？生：可以設(shè)計(jì)不同內(nèi)徑和間距的鹽橋來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。44溶液中，并放入不同內(nèi)徑和間距的鹽橋連接兩溶液。部分實(shí)驗(yàn)裝置圖及數(shù)據(jù)如圖所示。外徑mm6153045間距mm203550353535電流讀數(shù)mA外徑mm615鹽橋數(shù)量123123電流讀數(shù)mA師：因?yàn)殡娏鲝?qiáng)度太小，雙液原電池也不是理想的化學(xué)電源。但雙液原電池解決了單液原電池電流不穩(wěn)定的難題，更重要的是它證實(shí)了氧化劑和還原劑在不直接接觸的情況下也可以發(fā)生反應(yīng)，為后來(lái)實(shí)用電池的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。師：那后來(lái)電池的發(fā)展方向又是怎樣的呢？是如何解決電流小的問(wèn)題的呢？首先我們來(lái)討論雙液原電池電流小的原因是什么？如何改進(jìn)呢？請(qǐng)同學(xué)們討論。生：雙液原電池電流小的原因是加了鹽橋后離子運(yùn)動(dòng)的距離變長(zhǎng)，通道變窄。改進(jìn)的話要使通道變寬，距離變短。師：下面我們看看鹽橋的改進(jìn)過(guò)程，鹽橋的通道變寬，距離變短，再變寬再變短，最后就成了一塊膜，有鹽橋的原電池就改進(jìn)成了隔膜電池。4.優(yōu)化原電池，增大電流強(qiáng)度科學(xué)技術(shù)不斷向前發(fā)展，科學(xué)家們研發(fā)出了新的替代材料，既實(shí)現(xiàn)分隔正負(fù)電極區(qū)并不減小離子運(yùn)動(dòng)通道，又允許溶液中特定的離子來(lái)平衡兩電極區(qū)溶液的電荷，這就是離子交換膜。師：離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對(duì)溶液里的離子具有選擇透過(guò)能力的高分子膜。離子交換膜有多種，如陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜等。【演示實(shí)驗(yàn)】取一塊玻璃片，依次放上Cu片、滴有硫酸銅溶液的濾紙條、陽(yáng)離子交換膜莫、滴有硫酸鋅溶液的濾紙條、Zn片，再放上另一玻璃片壓緊。將Zn片和Cu片用導(dǎo)線與靈敏電流表相連，實(shí)驗(yàn)裝置圖及數(shù)據(jù)如圖所示。時(shí)間/s20253035404550靈敏電流表讀數(shù)/mA師：同學(xué)們看到了什么現(xiàn)象？生：電流強(qiáng)度很大，也很穩(wěn)定。師：離子交換膜有著和鹽橋類似的作用，連通內(nèi)電路，平衡電荷。但離子交換膜使離子運(yùn)動(dòng)的通道更寬，距離更短，所以電流強(qiáng)度更大。師：日常生活中的堿性鋅錳干電池、鋰離子電池都是隔膜電池，隔膜的應(yīng)用在高考題中也經(jīng)常出現(xiàn)?！救の秾?shí)驗(yàn)】下面我們學(xué)以致用，這里有一塊鐘沒(méi)有電池不能工作，能不能利用所提供的材料組裝隔膜電池使鐘轉(zhuǎn)起來(lái)。師：這兩位同學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力很強(qiáng)。師：這節(jié)課我們討論了單液原電池、雙液原電池和隔膜電池的工作原理，依據(jù)原電池構(gòu)成的基本要素，明確了原電池的分析思路，構(gòu)建了三種原電池的基本思維模型。其實(shí)電池的發(fā)展之路就是科學(xué)家不斷探索，科技不斷進(jìn)步，材料不斷創(chuàng)新的發(fā)展之路。那發(fā)展至今的隔膜電池是不是就是完美的呢？生：并不完美。比如我們現(xiàn)在使用的電池，充滿電需要一個(gè)多小時(shí)，大概只用一兩天。新能源汽車價(jià)格還比較貴，電池的成本很高。師：沒(méi)有最完美，只有更完美。我們心目中“更完美”的電池是怎么樣的呢？生：體積更小，重量更輕，價(jià)格更便宜，電池容量大，充電快，能彎曲折疊，可太陽(yáng)能充電，綠色環(huán)?！窘Y(jié)束語(yǔ)】同學(xué)們的想法都很好。我相信只要大家現(xiàn)在努力學(xué)好化學(xué)知識(shí)，隨著科技的進(jìn)步和材料的發(fā)展，我們一定可以創(chuàng)造出“更完美”的電池。教學(xué)反思本節(jié)課以原電池工作效率為教學(xué)主線，以化學(xué)史為輔線，循序漸進(jìn)，層層遞進(jìn)。從設(shè)計(jì)熟悉的單液原電池開(kāi)始，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題（電流會(huì)衰減），分析問(wèn)題（電流衰減的原因），解決問(wèn)題（使用鹽橋），很自然地過(guò)渡到雙液原電池。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題