第六章第一节 化学反应与能量变化：探究原电池及实验改进 教学设计 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

人教版高中化学必修二第六章第一节化学反应与能量变化：探究原电池及实验改进 1、 使用教材 新人教版高中化学必修二 第六章第一节：化学反应与能量变化——化学能转化为电能。 2、 实验器材和试剂 试剂：Cu片，Zn片，石墨，稀H2SO4，食用油，CH3CH2OH，KMnO4晶体。 仪器：灵敏电流计，塑料盒，导线若干。 3、 实验创新要点 1. 增加补充实验 由于教材缺乏原电池形成条件的探究，因此增加了五组实验，探究原电池的形成条件。 2. 实现离子移动的可视化 通过向电解质溶液中加入不参与反应的有色物质（KMnO4）,观察MnO4-的移动方向，实现离子移动的可视化 3. 改进实验，创新装置 通过改进装置，在同一装置中实现了电极和电解质溶液的快速转换,从而快速探究原电池的形成条件，提高实验效率。 四、实验原理 通过特定的装置使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，可以使氧化还原反应中转移的电子通过导体发生定向移动，形成电流，从而实现化学能向电能的转化。并将这种把化学能转化为电能的装置叫做原电池。 五、实验教学目标 1. 初步认识原电池概念、反应原理及形成条件，培养学生宏观辨识和微观探析能力。 2. 通过对原电池实验探究，引导学生从电子转移角度理解化学能转化为电能本质，培养学生逻辑推理，模型认知的能力。 3. 以问题为导向，改进装置并动手实验，培养学生科学探究与创新意识的学科素养。 4. 通过课后作业结合实用，完善认知，培养学生科学态度和社会责任。 六、实验教学内容 1. 认识原电池概念2. 理解原电池反应原理3. 原电池构成条件探究4. 改进探究实验。 七、实验教学过程 教学过程主要分为5个环节。 （一）创设情境，激发兴趣 首先进行人体电池（图1所示）和水果电池（图2所示）兴趣实验，激发学生学习兴趣，引出原电池概念。 图1 人体电池 图2 水果电池 （二）初识原理，构建原电池模型 学生分组完成实验6-3，首先将Cu片和Zn片插入稀H2SO4中，观察现象：Zn片上产生大量气泡，Cu片上没有。接着用导线连接Zn片与Cu片，并用导线在Zn片和Cu片之间串联灵敏电流计，观察现象（如图3和图4所示）：Cu片上产生大量气泡，同时电流表指针偏转。实验结束后，引导学生进行分析，Cu片上产生气泡的原因是由于生成了H2，并提出问题：Cu片表面为什么能产生H2？引导学生结合宏观现象进行微观推理，理解原电池的工作原理(如图5所示)并进行归纳总结。此环节通过构建原电池装置模型，培养学生宏观辨识与微观探析的学科核心素养。 图3 Cu-Zn-H2SO4原电池 图4 Cu-Zn-H2SO4原电池 图5 原电池工作原理图 接着提出问题：如何才能直观感受阴阳离子的移动方向呢？学生思考交流后回答道“可通过在电解质溶液中加入不参与反应的有色离子（MnO4-），观察有色离子的移动方向”，并动手实验探究。刚开始加入KMnO4晶体时，MnO4-的扩散方向是竖直向上（如图6所示），1分30秒后，MnO4-向Zn极发生了偏移（图7所示），证明了阴离子往负极移动。 图6 初始时MnO4-扩散图 图7 1.5分钟时MnO4-扩散图 （三）原电池形成条件的探究 通过设问，引导学生分析构成原电池的基本条件并进行以下五组实验探究：① Cu-Zn-无水乙醇（如图8所示）；②Cu-Cu-H2SO4（如图9所示）；③ Zn-Zn-H2SO4 （如图10所示）；④Cu-C-H2SO4（如图11所示）； ⑤Zn-C-H2SO4 （如图12所示）。其实验现象为：实验①——实验④电流表指针不偏转，实验⑤电流表指针发生偏转（如表1所示）。通过实验现象总结归纳出形成原电池的必要条件有：自发进行的氧化还原反应；形成闭合回路；电解质溶液；两个活泼性不同的电极。 图8 Cu-Zn-无水乙醇 图9 Cu-Cu-H2SO4 图10 Zn-Zn-H2SO4 图11 Cu-C-H2SO4 图12 Zn-C-H2SO4 表1 原电池形成条件探究结果记录 （四）发现不足，改进电池 为了引导学生改进实验，向学生提出问题：上述探究实验存在哪些不足?如何改进？学生思考后回答道“上述探究实验需要多次更换电极材料和电解质溶液，实验效率低”。因此学生通过现有实验试剂和仪器重新设计实验装置，其装置图如图13所示，采用的是塑料盒作为电解槽，并在电解槽上端固定好5根电极，分别是①Zn，②Cu，③Zn，④石墨，⑤Cu，使用的电解质溶液为稀H2SO4，非电解质溶液为食用油。操作过程如下：（1）连接电极只与食用油接触；（2）连接电极与稀H2SO4接触；（3）连接电极与稀H2SO4接触；（4）连接电极与稀H2SO4接触；（5）连接电极与稀H2SO4接触，并同时观察电流表偏转情况。其结果如图14所示。该装置不仅制作简单，而且实现了在同一装置中进行原电池形成条件的探究。通过此环节的改进实验，培养了学生科学探究与创新意识的学科素养。 图13 原电池装置改进图 图14 改进装置实验操作结果图 （五）结合实用，完善认知 通过环节五的课后作业，让学生结合实用，完善认知，培养学生的科学态度和社会责任。 八、实验效果评价 1. 本节内容以学生“主体” ，教师“主导”，问题导向，引导学生改进创新，提升了实验效率，加深了学生对原电池的认识和理解。 2. 该实验装置制作简单，成本低，体现可持续发展理念。 3. 该实验可进一步探究原电池的微型化设计。 学科网（北京）股份有限公司 $$