4.1.1《原电池原理研究与装置改进》(教学设计)-2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修一

电化学单元整体教学 第 1 课时 原电池原理研究与装置改进(教学设计) 【教材分析】 “原电池原理研究与装置改进”是人教版选择性必修 1（2019 版）《化学反应原理》第四章“化学反应与电能”的第一节第一课时，通过必修第二册第六章第一节的学习，学生已经能够从能量转化和装置构成认识原电池，并且能够从原理的角度认识到氧化反应和还原反应要分开在两极同时进行，电子要定向移动，初步建立了原电池的认识模型。本课时的教学重点在于利用原电池的认识模型从原理维度进一步认识氧化反应和还原反应彻底分开后电子定向移动的原因，认识反应物到产物的过程以及盐桥和溶液中离子的移动。本课时内容分为原电池的工作原理和化学电源两部分，引导学生从氧化还原角度分析、解释原电池的工作原理，从实际生活角度去认识原电池，从能源应用和社会价值角度体会化学电池的创新。对于第一部分原电池工作原理，为了改进单液原电池电流衰减，能量转化率低这一关键问题，可以教材中安排了实验，并结合图示分析、说明双液原电池的工作原理和盐桥的作用，进一步理解原电池的认知模型。对于第二部分化学电源，则是依次介绍锌锰干电池、铅蓄电池、锂离子电池和燃料电池的工作原理、性能及应用。从单液原电池到双液原电池，再到氢氧燃料电池正好体现了原电池技术上更新换代的情境进阶，也体现了原电池装置模型的认知进阶，还体现了从简单原电池工作原理的分析到解决复杂电源相关问题的思维进阶。。 【学情分析】 高一通过对必修第二册第六章第一节的学习，已经构建了原电池的认识模型，知道单液原电池的能量转化，构成原电池的原理要素和装置要素。但由于学生对原电池的工作原理还缺乏深入的理解，原电池知识还没有达到熟练掌握的程度，难以将真实问题与认识模型进行关联，对于陌生证据的推理意识较弱；单液原电池中氧化反应和还原反应并未彻底分开，电流逐渐衰减等问题，学生还存在疑惑，需要引导学生进行装置的改进。通过本节课的学习，让学生学会自主利用原电池模型从不同维度去分析、解释真实问题，并能设计实验验证猜想。 【教学流程】 教学环节 任务驱动线 学生发展线 【核心素养目标】 1.通过对单液、双液原电池工作原理的分析，建构原电池认知的理论模型。（化学观念） 2.基于电池发展路上遇到的实际问题，通过实验探究，不断改进原电池装置。（科学思维） 3.通过实验探究，提高学生分析解决实际问题的能力，培养学生的责任意识和创新精神。（科学探究与实践） 4.通过锂电池诺贝尔化学奖和比亚迪的“刀片电池”，激发学生的创新意识，增强民族自信心。（科学态度与责任） 教学重难点 让学生理解金属腐蚀的原理是什么，如何采取有效措施延缓金属的腐蚀；构建原电池认识模型实验探究装置改进 【评价任务】 1.课堂提问和讨论，考查学生对知识的理解和掌握程度。 2.实验设计、操作评价，诊断并发展学生化学实验探究的水平，观察学生实验操作的规范性和准确性。 3.原电池装置改进的设计评价，诊断并发展学生对原电池认识模型的结构化水平。 4.锂离子电池的原理分析和中国新能源领域的成就，诊断并发展学生对电化学认识模型的结构化水平和化学价值的认识水平。 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 一、创设 情境，引 入问题 二、设计 实验，探 究单液原 电 池 缺 点，建构 原电池认 知模型 三、改进 装置，设 计实验， 探究双液 原电池的 缺点 四、探究 高效化学 电源的制 作 五 、总结提升 【视频】电池发展之路 【引入】电池种类繁多，即便是今天最先进的锂离子电池，它的工作原理与 200 多年前的伏打堆电池在本质上没有任何区别。电能是如何实现化学能转化为电能的？ 【任务一：单液原电池】 【前置作业】根据镁与稀硫酸的反应及提供的实验用品，设计一个原电池，并画出简易装置。 实验探究：单液原电池的缺点 【实验】根据提供的实验用品 （镁条、碳棒、稀硫酸、烧杯、导线、小风扇、灵敏电流计）设计实验探究单液原电池的缺点。 【总结】工欲善其事必先利其 器，为了更清晰地理解原电池的本质，完成原电池认知模型，并用化学用语描述。 【提问】镁条上一直产生大量气泡的原因是什么？ 观看了解电池发展历程，及 遇到的实际问题 【引导】结合单液原电池装置结构分析。 【实验】通过数字化电流传感器采集的单液原电池电流数据变化直观地感受微观反应过程。 【追问】如何避免氢离子在镁条上放电，提高电能转化效率？ 【任务二：双液原电池】 改进装置，提高供电效率 【提问】氧化反应和还原反应被彻底分隔开，氧化剂与还原剂不直接接触，反应如何引发？电子定向移动的原因又是什么？ 【文献支持】 实验探究：双液原电池的优缺点 【实验】根据提供的实验用品 镁条、碳棒、稀硫酸、烧杯、 导线、小风扇、灵敏电流计）设计实验探究双液原电池的优缺点。 【实验】通过数字化电流传感器采集的双液原电池电流数据，直观地感受变化。 【提问】双液原电池电流减小原因是什么？ 【引导】运用物理知识，根据电阻决定式，从双液原电池盐桥中离子迁移距离和离子迁移通道横截面积两个角度思考讨论。 【任务三：高效化学电源制作】改进装置，提高供电效率 【介绍】生活中常见的银锌纽扣电池结构设计 【实验】根据提供的实验用品 （镁片、碳片、稀硫酸、烧杯、导线、小风扇、滤纸、纸巾）类比纽扣电池结构设计纸片电池，验证实验设计。 【发现问题】镁片上有气泡产 生，如何进一步改进装置？ 【补充】离子交换膜：一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。 【对点训练】锂离子电池是一种非常先进的隔膜电池，通过训练，在真实情境中感受锂离子电池的用途。科技前沿，播放视频，锂电池的发展和应用。 学生板演 学生预测实验现象。 根据设计方案，实验验证。 观察现象，得出结论 【迁移、建模】 回答：镁条直接与氢离子接触，镁条失去的电子没有及时转移到导线中，被溶液中的氢离子直接得到。 总结单液原电池初始电流 大，但是电流衰减明显。 分享设计方案，改进单液原电池装置 学生预测实验现象。 阅读理解 从电极电势角度总结出 原 电池电流产生本质是两极 之间存在电势差。 根据设计方案，实验验证。 观察现象，得出结论 总结双液原电池电流稳定，但是电流较小。 小组讨论，得出结论。 类比纽扣电池结构，讨论交流，设计改进电池装置，分享设计方案 观察现象，得出结论 思考讨论 改进装置，设计隔膜电池，同时改进单液、双液原电池的缺点 学生分析讲解 观看、倾听 引入真实情景，培养学生的学习兴趣 和社会责任感。 引导学生从微粒观和变化观的角度分析化学变化。 从情景中提取关键要素，建立与原电池认识模型的关 联。 提升发现问题，分析解决问题的能力 体会寻找证据的路和方法，培养证据推理的核心素 养。 诊断学生对电化学认识模型装置维度的认识水平。 提升发现问题，分析解决问题的能力 学会寻找证据的思路和方法，培养证 据推理的核心素养通过动手实验提高学生的操作能力、 观察能力、归纳总结能力，提升学生思考问题能力 采用数字化手持技术 ，利用直观地数 据变化感受微观变化，培养学生宏观辨识与微观探析的核心素养。 诊断学生对数据的处理能力，培养学 生证据推理的能力和创新思维。 提升对原电池认识模型迁移应用的能力，科学理性地认 识原电池工作原理，指出提高电池供电效率的发展方 向，激发学生的创新意识，动手实践能力 应用模型分析问题学会利用电化学认识模型解决生活中 的实际问题深入理解原电池原理在解决实际问题中的 优势。 体会电池的重要性，感受科技的强大，增强民族自信 心，培养学生的社会责任感。 【板书设计】 原电池原理研究与装置改进 一、单液原电池 二、双液原电池 三、高效化学电源的制备 学科网（北京）股份有限公司 $$