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1、《原電池工作原理》信息化教學設計 教學主題 原電池工作原理（魯科版《化學反應原理》模塊第 1章第3節(jié)） 一、教材分析 1 .教材知識體系（如圖1、圖2所示） 8 他學艮度與瓶■文化 懼睫量拜肘為壬域4 [史者能英化為科A〕 [■忌&額■ 一位守效就日 |二.耳造此」 !『仲蚌■二卜岸酢:『.孚斌轉化?電南 圖1《化學反應原理》第1章教材知識體系圖 圖2 《化學反應原理》第1章第3節(jié)教材知識體系 “原電池的工作原理”處于《化學反應原理》模塊第 1章第3節(jié)，其它兩節(jié)依次為: 化學反應的熱效應、電

2、能轉化為化學能一電解。教材以“能量轉化”為主線，首先介紹如 何通過實驗測定方法和理論計算方法來定量描述化學反應的熱效應，其次介紹電能與化學 能相互轉化的具體形式一一電解和電池。先學熱化學后學電化學、先學電解后學原電池， 符合由易到難，由簡單到復雜的認知過程。第 3節(jié)《化學能轉化為電能一一電池》又包含 三部分內容，其先后順序分別為原電池的工作原理、化學電源、金屬的腐蝕與防護，先學 習原理，然后再學習原理的應用，體現(xiàn)了原理的價值和功能。 2 .學科價值 原電池作為化學電池的一種，不僅與物理學中的電學有重要的聯(lián)系，還與化學學科中 的幾大領域也有著密切的關聯(lián)。 通常人們都說原電池的本質就是

3、氧化還原反應， 但原電池之所以能夠產(chǎn)生電流是由于原 電池的兩極存在電勢差，而造成電勢差的原因就是兩極物質的結構不同，得失電子的能力 就不同。物質的結構決定著物質的性質（氧化性和還原性）和氧化還原電對的電極電勢， 從而影響了氧化還原反應的過程和反應的方向以及限度，實現(xiàn)了物質的化學能到電能的能 量轉化，這些維度的研究便形成了物理化學中可逆電池研究的基礎，而可逆電池的研究也 為這些維度的發(fā)展提供了理論指導，研究化學電池的科學家更關注的是如何設計出可以批 量生產(chǎn)的電池，這與材料科學的領域又有著密不可分的關系。 因此，原電池與化學學科的分支領域有著密切的聯(lián)系，例如，物質結構、物質性質、化 學反應、能

4、量轉化、反應方向和限度、分析化學、物理化學以及材料科學等。所以，有關 原電池的研究是非常有價值的，對于學生化學學科的學習也是有很大的幫助的。 二、學生分析 1 .學生認知起點及障礙點 通過初中化學和高中化學必修模塊的學習，學生已經(jīng)了解了氧化還原反應的知識，也 已經(jīng)初步認識到原電池的功能即將化學能轉化為電能，選修中又學習了熱化學和電解的知 識，從物質的反應、微粒的運動、能量的轉化等各個角度，為原電池的學習奠定了基礎。 但原電池內容涉及到發(fā)展學生對氧化還原反應、微粒觀的認識發(fā)展以及分析體系中化 學反應的基本思路的培養(yǎng)，這些都會對學生的認知發(fā)展帶來障礙。雖然關于原電池的知識 難度從必修到選修

5、階段是一個螺旋上升過程，但是由于學生關于電化學知識的欠缺、受到 物理學知識的影響以及對語言的錯誤理解，導致學生存在一定的認知障礙。例如，如何認 識電極材料與電極反應物的關系、電解質溶液與電極反應物的關系？如何認識原電池中氧 化反應、還原反應分開進行？怎樣從微觀視角分析原電池中微粒的運動與反應？ 2 .學生思維發(fā)展點 首先，可以發(fā)展對氧化還原反應的認識。在原電池中讓學生認識到電子可以在物質之 間轉移，也可以從外部得到和向外部輸出，實現(xiàn)氧化反應和還原反應在體系中的不同部位 發(fā)生。其次，對原電池原理的認識從宏觀到微觀逐漸深入。學生在必修階段了解到由于電 極活性的不同產(chǎn)生了電流，而進入到選修階段以

6、后，認識到本質上是由于電勢差的存在； 第三，讓學生對體系中的微粒認識上升到微觀的、相互作用的、動態(tài)的認識。學生在必修 階段知道微粒在體系中是不斷運動的，而通過原電池原理的學習，讓學生認識到體系中微 粒的運動方向和運動規(guī)律，以及使微粒定向運動的動力來源。 三、教學目標 ⑴知識與技能：了解原電池原理，知道原電池中電子、離子的運動方向、電極反應之間 的關系；能寫出簡單電池的電極反應式和電池反應式。 ⑵過程與方法：通過銅鋅原電池電流形成過程的探究，認識到微粒運動（導線中電子 和溶液中陰陽離子的運動）和物質變化（電極反應）的內在聯(lián)系；通過比較分析單液電池 和雙液電池的異同，拓展對化學反應的認識，更

7、加深刻理解原電池。 ⑶情感態(tài)度與價值觀：通過學習原電池的功能，體會原電池對于解決能源問題的意義； 通過探究實驗，比較單液電池和雙液電池，體會科學研究對于人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要 四、教學環(huán)境 詢易多媒體教學環(huán)境 移動學習 匚北他 今互式多媒體教學環(huán)境 今絡多媒體環(huán)境教學環(huán)境 五、信息技術應用思路 （突出三個方面：使用哪些技術？在哪些教學環(huán)節(jié)如何使用這些技 術？使用這些技術的預期效果是？） 200字 在課堂情景展示、各原電7裝置展示環(huán)節(jié)，用 PPT展示精美圖片、簡單動畫引導學生思 考、理解問題。 在實驗探究環(huán)節(jié)中， 一方面利用手持技術測量鋅粉加入前后硫酸銅溶液的溫度變化 ，

8、學 生能更直接感受氧化還原反應中的熱效應 ；另一方面使用平板電腦拍攝實驗現(xiàn)象并展示 ，便 于存留瞬間實驗現(xiàn)象并進行分析。 微課“有鹽橋的原電池工作原理”用于課前預習，提升學生自主學習能力。 六、教學流程設計（可加行） 教學環(huán)節(jié) 教師活動 學生活動 信息技術 支持 導入 【設疑】 1 .氫氣是很重要的能源物質， 在氧氣中燃燒生成水，同時產(chǎn)生大 量的熱；在通電的條件下，水可以 電解生成氫氣和氧氣。試分析這兩 個反應的能量轉化。 2 .氫氣和氧氣化合生成水釋放 的能量能否直接轉化為電能？氫氧 燃料電池直接將氫氣和氧氣化合釋 放的能量直接轉化為電能的。日常 生活中用到的化學電

9、源跟氫氧燃料 電池一樣，都是根據(jù)原電池原理制 造的。 3 .原電池是怎樣將化學能轉變 為電能的呢？怎樣設一個原電池 呢？ 本節(jié)課我們就通過銅鋅原電池 實例探究來學習這些知識。 學生傾聽后，思考回答 兩個反應的能量轉化情 況。 觀察圖片，產(chǎn)生聯(lián)想。 PPT展示問 題情境 PPT氫氧燃 料電池裝 置圖 活動探究 【介紹】先請同學們完成卜面的活 動探究任務。 【設計普實施實驗】 實驗1.分別用溫度計 1.手持技 術測量實  【W(wǎng)1 “活動探究”任務：見教材P19.“活 動探究”欄目 【指導】 巡回指導學生探究過程，糾正錯誤 認識，解答學生疑問。 【評價】 組

10、織學生展示探究結果，并展開討 論。得出結論。 1 .鋅與硫酸銅溶液的反應是放 熱反應。也就是說該反應是釋放能 量的反應。 2 .模仿必修學過的原電池，將 銅片和鋅片分別用導線連接檢流計 后平行插入到硫酸銅溶液中，發(fā)現(xiàn) 檢流計指針偏轉，什將金屬片插 入溶液中，檢流計指針不偏轉。檢 流計指針發(fā)生偏轉，說明電路中有 電流產(chǎn)生。這套裝置就是銅鋅原電 池裝置1。 測量鋅粉加入前后硫酸 銅溶液的溫度，記錄數(shù) 據(jù)。比較分析，得出結 論，該反應是放熱反應。 實驗2.根據(jù)所學原電 池的知識，設計銅鋅原 電池，實現(xiàn)將化學能轉 化為電能。 驗1溫度 變化 2.平板電 腦拍攝實 驗現(xiàn)象。 原理探究 【問

11、題1】根據(jù)上面的實驗現(xiàn)象和教 材P20.“圖1 — 3 — 2”討論該電池 的工作原理。 提示：討論一下問題 1 .電流的方向是什么？ 2 .電路中是何種微粒運動形 成電流的？其運動方向是怎樣的？ 3 .電池中發(fā)生了怎樣的反 應？ 【總結】 1 .該電池的組成和工作原理 2 .電極反應和電池總反應 小組交流研討，得出結 論。 1 .通過檢流計的指針偏 轉方1可可以判斷電路中 的電流方1可。電流在外 電路中是從銅片流出， 流入鋅片的；電解質溶 液中是從鋅片流向銅片 的。 2 .在導線中是電子導 電；電解質溶液中是陰 陽離子導電。根據(jù)電流 方向可以判斷其運動方 向。 3 .鋅

12、片上電子流出說明 鋅失去了電子變成了鋅 離了進入溶液，發(fā)生了 氧化反應；銅離子在銅 片上得到電子發(fā)生還原 反應。 PPT常見化 學電源的 化學反應 【問題2】讓學生觀察比較教材 “圖 1—3—2”和“圖1—3—3”，分析鋅 粉和硫酸銅溶液反應和銅鋅原電池 【分析比較，交流研討】 1.鋅粉和硫酸銅溶液的 反應是銅離子和鋅片表 PPT銅鋅原 電池裝置 原理圖  反應后何異同？ 【總結】通過比較分析得出結論： 1 . 鋅粉和硫酸銅溶液的反應 是銅離子和鋅片表面鋅原子直接接 觸發(fā)生電子轉移的反應，溶解的鋅 離子和銅離子相互碰撞阻礙反應發(fā) 生，反應雜亂無章；原電池反應， 兩個反應

13、分別在兩極發(fā)生，反應的 后序性強，反應的要快。 2 .能量轉化的形式/、同。 面鋅原子直接接觸發(fā)生 電子轉移的反應 2.原電池中，兩個反應 分別在兩極發(fā)生 【問題3】實驗室用鋅和稀硫酸制取 氫氣時，為了加快反應速率，常在 稀硫酸中加入少許硫酸銅粉末，其 原理是什么？ 【遷移應用】 形成了原電池，是反應 的后序性加強，反應速 率加快。 【總結提升】在銅鋅原電池的裝置 中，如果將硫酸銅溶液換成稀硫酸， 所得到的裝置也是原電池。通過分 析電極反應，我們可以得到，類似 象金屬跟溶液這樣的反應，我們可 以如何構造一個原電池呢？ 【交流研討】 得出金屬和溶液反應的 原電池設計方

14、法。 PPT銅鋅原 電池工作 原理 原電池構 造，反應式 【問題4】如果將電池的銅片換成鎂 片，將硫酸銅溶液換為硫酸鋅溶液， 鋅片上將發(fā)生怎樣的反應？ 【遷移應用】 根據(jù)學過的銅鋅原電池 的工作原理，分析轉變 后的電池的電極反應。 【問題5】如果仔細觀察，同學們做 實驗的銅鋅原電池中，電池工作一 段時間后，鋅片上也有少量的紅色 物質析出，這是為什么呢？ 還可以用什么實驗證明你的結論 呢？ 【活動探究】 1 .電池工作時，鋅和銅 都浸在硫酸銅溶液中， 鋅片跟銅離子能夠接 觸，所以可以直接發(fā)生 電子的傳遞，發(fā)生置換 反應，在鋅片表面上析 出銅。 2 .因為這部分反應沒有

15、產(chǎn)生電流，反應放出的 能量應該以熱能的形式 釋放出來。所以可以用 測量溶液溫度變化的實 驗來證明上述結論。 展示 平板電腦 所拍攝實 驗現(xiàn)象比 較結果 展示 新電池的 電極反應 和電池反 應 【問題6】通過剛才的討論，我們得 知，我們使用的原電池，反應的能 量并沒有完全轉變?yōu)殡娔?。那么?沒有辦法解決這個問題呢？ 請同學們先閱讀“資料?在 【觀察思考】 1 .閱讀“資料在線”，了 解“鹽橋”的概念和作 用。 2 .記錄實驗現(xiàn)象：鹽橋 微課：有鹽 橋的原電 池工作原 理  線”欄目給大家的信息一一鹽橋， 然后仔細觀察卜面的演示實驗，回 答相關的問題。（教材P21 “

16、觀 察?思考”欄目。注意閱讀資料） 插入前沒有電流，插入 后產(chǎn)生電流。 3 .與單液電池相比，氧 化劑和還原劑不再直接 接觸。 4 .通過本活動，對原電 池的構造和反應后J更 加深刻的認識。 【問題7】裝置中的鋅片換成附一 層鋅的石墨棒，能否形成原電池？ 兩個電極材料的作用是什么？ 電極材料和電解質溶液必須參加電 極反應嗎？ 【交流研討】 PPT1.問題 2.雙液電 池 本節(jié)小結 【問題8】通過本節(jié)探究，總結分析 1 .構成電池的基本要素有哪些？ 2 .如果設一個原電池，需要解決 哪些問題？ 一、構成電池的基本要 素是： 1 .電解材料 2 .電解質溶液 3

17、 .形成閉合回路 4 .自發(fā)進行的氧化還原 反應。 二、設一個原電池， 需要解決的問題是 1 .根據(jù)反應選擇合適的 電解材料和電解質溶 液，將氧化劑和還原劑 分別置于兩極上并進入 電解質溶液中。 2 .連接裝置形成閉合回 路。 PPTW：本 節(jié)小結 當堂檢測 將氯化鐵溶液和銅的反應設計成原 電池，畫出裝置圖。 遷移應用 根據(jù)原電池的構成要素 設計原電池。 PPTW： 情境材料 交流研討 的結果 七、教學特色（如為個性化教學所做的調整，為自主學習所做的支持、對學生能力的培養(yǎng) 的設計，教與學方式的創(chuàng)新等） 200字左右 (1)從學生熟知的氫能源和化學電源入手設置情

18、境，體現(xiàn)本章“能量轉化”主線，利 用新的任務驅動學生產(chǎn)生學習的興趣和動力。 (2)充分利用活動資源，層層設計問題，促使學生在利用已有知識解決問題并發(fā)現(xiàn)問 題學習新知，充分體現(xiàn)探究功能，學生在思考的過程中，對知識逐漸加深認識的同時，培 養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)造能力。 (3)充分注意教學素材的挖掘，利用 “問題”驅動知識學習的深入展開，形成科學 嚴密的知識學習證據(jù)鏈條，為形成正確的認識奠定基礎。同時也解決了單雙液原電池的教 學設計問題，實際上都是學習原電池的證據(jù)鏈條上不同層次的具體體現(xiàn)。從這個角度來說， 只有正確全面的分析，才能設計出科學合理的教學設計。 (4)多種信息技術手段的使用，如手持技術、平板電腦拍攝、微課、 PPT等對于教學 重難點的攻克更為簡便。