4.2 原电池和化学电源 第1课时（教学设计）化学沪科版选择性必修1

该高中化学教学设计聚焦“原电池的工作原理”核心知识点，通过生活实例（如AED、手机电池）导入，衔接必修二原电池初步认知，引导学生从能量变化切入，对比单液与双液原电池，构建“现象观察-原理分析-模型提炼”的学习支架。 资料以锌铜原电池实验探究为主线，通过温度传感器测能量变化、盐桥作用微观分析等活动，培养宏观辨识与微观探析素养，结合原电池构成条件模型构建，发展科学思维。实验设计与生活应用结合，提升学生探究能力，为教师提供“实验-分析-应用”一体化教学方案，助力重难点突破。

4.2 原电池和化学电源 课时1 原电池的工作原理 一、知识目标 1.理解原电池的工作原理，能正确书写锌铜原电池的电极反应和总反应方程式。 2.了解单液原电池的缺点，掌握双液原电池的构成、工作原理及应用。 3.知道原电池的构成条件，能够根据氧化还原反应设计简单的原电池。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：通过实验探究，从宏观现象认识原电池的工作原理，从微观角度理解电子转移、离子迁移等过程。 2.证据推理与模型认知：通过对原电池实验现象的分析和推理，建立原电池的模型，理解原电池的构成条件和工作原理。 3.科学探究与创新意识：通过对原电池装置的优化探究，培养学生的创新思维和实践能力，体会科学探究在化学研究中的重要性。 一、教学重点 原电池的工作原理、双液原电池的构成和工作原理、原电池的构成条件。 二、教学难点 双液原电池中盐桥的作用、根据氧化还原反应设计原电池。 本节教学内容源自沪教版2020选择性必修1第四章《化学反应与电能》第一节《原电池》的课时1“原电池的工作原理”。该内容在化学反应原理体系中具有关键地位，它是对氧化还原反应本质的深化理解，也是后续学习各类化学电源和电解池的基础，起着承上启下的重要作用。 教材首先通过知识导航明确了学习目标，涵盖原电池工作原理的理解、电极反应和总反应方程式的书写、原电池构成条件的掌握以及简单原电池的设计等方面。接着以锌铜原电池为核心案例，从实验探究入手，逐步深入剖析原电池的工作原理。先探究锌和硫酸铜溶液反应中的能量变化，再对比单液原电池和双液原电池，引导学生认识到双液原电池的优势及盐桥的作用。最后总结原电池的构成条件和应用，如加快化学反应速率、比较金属活动性强弱等，并通过典型范例和技能实战巩固所学知识。 教学对象为高二阶段的学生，他们在必修二的学习中已经对原电池有了初步认识，知道将锌片、铜片置于稀硫酸中并以导线连接可组成原电池获得电流，具备了一定的氧化还原反应知识基础。然而，他们对原电池工作原理的理解还停留在表面，对于单液原电池的缺点以及双液原电池的构成和工作原理缺乏深入探究。 在思维能力方面，学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对于微观层面的电子转移、离子迁移等过程理解起来可能存在一定困难。但他们具有较强的好奇心和探究欲望，对化学实验充满兴趣，通过实验探究的方式能够激发他们的学习积极性。 此外，学生在知识应用和迁移能力上还有待提高，在面对实际问题时，可能难以灵活运用原电池的原理进行分析和解决。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的这些特点，结合实验和实例，引导学生逐步深入理解原电池的工作原理，培养他们的思维能力和知识应用能力。 教学环节一 课堂导入 【展示生活实例】同学们，在现代社会中，电能的应用无处不在，它极大地便利了我们的生活。大家看老师展示的这张图片，这是一个半自动体外除颤器（AED），它在关键时刻能够挽救患者的生命。而这个除颤器能正常工作，靠的就是内部的电池。这个电池是一次性免维护4.2Ah锂电池，它把化学能转变为电能，为设备提供动力。其实，像这样把化学能转变为电能的装置，就是能够实际应用的原电池，习惯上我们叫做电池。在我们的生活中，手机、电动车、手表等等都离不开电池。 【提出问题引导思考】那大家有没有想过，电池是如何把化学能转化为电能的呢？它的工作原理究竟是什么样的呢？今天，我们就一起来揭开原电池工作原理的神秘面纱。 【设计意图】 1. 激发学生兴趣：通过展示生活中常见且至关重要的半自动体外除颤器以及提及各种常用的电子设备，让学生直观地感受到电池在生活中的广泛应用和重要性，从而激发他们对电池工作原理的好奇心和探索欲望，提高课堂参与度。 2. 联系生活实际：将抽象的原电池知识与生活实例紧密结合，使学生认识到化学知识在日常生活中的具体体现，让他们明白学习化学是为了更好地理解和解释生活现象，增加学习的动力和积极性。 3. 自然导入新课：以生活实例引发学生对电池工作原理的疑问，自然地过渡到本节课“原电池的工作原理”这一主题，让学生带着问题去学习，明确学习目标，提高学习的针对性和主动性。 教学任务一 原电池的工作原理 活动一 新课导入 【引入】电能是现代社会中应用广泛、使用方便的一种能源。化学电源是把化学能转变为电能的装置，是能够实际应用的原电池，习惯上叫做电池。现代生活离不开化学电源，比如我们看到的半自动体外除颤器，它就需要电池来供电。现在让我们一起走进原电池的世界，探索它的工作原理。 【问题】大家能举例说说生活中还有哪些地方用到了化学电源吗？ 【学生思考】学生积极发言，列举出手机电池、电动车电池、手表电池等。 【讲解】评价学生的回答，肯定学生的积极思考，并强调化学电源在生活中的重要性。指出我们接下来要深入学习原电池的工作原理，为理解化学电源的本质打下基础。 【对应训练1】下列关于化学电源的说法错误的是（ ） A. 化学电源是将化学能转化为电能的装置 B. 一次电池使用后不能再充电，二次电池可以多次充电使用 C. 化学电源的本质是氧化还原反应 D. 所有的化学反应都能设计成化学电源 【答案】D 【解析】只有能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，将化学能转化为电能，并非所有化学反应都能设计成化学电源，所以D选项错误。 【对应训练2】下列物品中，使用的不是化学电源的是（ ） A. 手电筒 B. 计算器 C. 太阳能热水器 D. 手机 【答案】C 【解析】太阳能热水器是将太阳能转化为热能，没有使用化学电源；而手电筒、计算器、手机通常都使用电池这种化学电源来供电，所以答案选C。 活动二 原电池工作原理实验探究 【引入】我们通过实验来探究锌和硫酸铜溶液反应中的能量变化，从而深入了解原电池的工作原理。 【问题】首先进行实验一，将温度传感器插入的溶液中，再向其中加入少量锌粉，大家预测一下会有什么现象发生？ 【学生思考】学生可能会回答溶液温度升高，因为锌和硫酸铜的反应是放热反应。 【教师演示】进行实验一，展示反应装置和温度变化曲线，记录实验现象。 【讲解】讲解实验现象，说明该反应中化学能转化为了热能，反应方程式为。接着提出问题：能不能将这个反应的化学能转化为电能呢？引出实验二。 【问题】在实验二中，将锌片、铜片分别插入的溶液和的溶液中，两个溶液用盐桥进行连接，金属片之间用导线连接，导线中间接入灵敏电流计，大家猜测会有什么现象？ 【学生思考】学生可能会回答灵敏电流计指针偏转，说明有电流产生。 【教师演示】进行实验二，展示灵敏电流计指针偏转的现象。 【讲解】分析实验现象，讲解电极反应和电池反应。负极反应为，正极反应为，电池反应为。强调原电池是将化学能转化为电能的装置。 【对应训练3】在上述实验二中，若将锌片换成铁片，其他条件不变，下列说法正确的是（ ） A. 铁片为正极 B. 正极反应为 C. 电池反应为 D. 灵敏电流计指针不会偏转 【答案】C 【解析】铁比铜活泼，铁作负极，负极反应为，铜作正极，正极反应为，电池反应为，会形成原电池，有电流产生，灵敏电流计指针会偏转，所以A、B、D选项错误，C选项正确。 活动三 原电池工作原理分析 【引入】我们已经通过实验了解了原电池能产生电流，接下来深入分析原电池的工作原理。 【问题】回顾必修二的知识，将锌片、铜片置于稀硫酸中并以导线连接起来组成原电池，写出该原电池的正极电极反应、负极电极反应和总反应方程式。 【学生思考】学生书写电极反应和总反应方程式：正极反应，负极反应，总反应方程式。 【讲解】展示锌铜原电池示意图，分析该原电池中存在的问题，由于氧化反应与还原反应并没有完全隔开，锌与其接触的稀硫酸发生反应，电流会逐渐衰减，反应方程式为。 【问题】为什么没有直接利用该装置作为化学电源呢？ 【学生思考】学生结合课件内容回答，如装置携带不方便，能量转化不充分；产生氢气容易爆炸，安全性差；电池电流电压容易受到硫酸浓度的影响而不稳定；硫酸本身是强烈腐蚀性的，安全性差；反应本身不好控制，容易发热起火等。 【讲解】总结学生的回答，强调需要对这种电池进行优化。 【对应训练4】在锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池中，下列说法正确的是（ ） A. 锌片作正极 B. 电子从铜片流向锌片 C. 溶液中向锌片移动 D. 该原电池能将化学能转化为电能 【答案】D 【解析】锌比铜活泼，锌片作负极，A选项错误；电子从负极（锌片）流向正极（铜片），B选项错误；溶液中阳离子（）向正极（铜片）移动，C选项错误；原电池的本质是将化学能转化为电能，所以D选项正确。 【对应训练5】下列关于原电池的说法正确的是（ ） A. 原电池中，负极发生还原反应 B. 原电池的两极必须是金属 C. 原电池工作时，电子从负极经导线流向正极 D. 原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动 【答案】C 【解析】原电池中，负极发生氧化反应，A选项错误；原电池的两极可以是金属和金属，也可以是金属和能导电的非金属等，B选项错误；原电池工作时，电子从负极经导线流向正极，C选项正确；溶液中的阳离子向正极移动，D选项错误。 活动四 原电池装置的优化——双液原电池 【引入】为了解决单液原电池存在的问题，我们来学习双液原电池。 【问题】双液原电池解决问题的核心是什么？ 【学生思考】学生回答使还原剂与氧化剂不直接接触。 【问题】在双液原电池中，两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路，该如何解决？ 【学生思考】学生可能回答使用盐桥。 【讲解】介绍盐桥，盐桥中通常装有含饱和溶液的琼胶，和可在其中自由移动。讲解盐桥的作用：①形成闭合回路；②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性；③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能。 【问题】分析双液原电池的工作原理，写出负极和正极的电极反应。 【学生思考】学生写出负极反应，正极反应。 【讲解】结合示意图，详细讲解双液原电池中电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。随着反应的进行，溶液中离子浓度增大，盐桥中的会移向溶液；溶液中离子浓度减小，盐桥中的会移向溶液。 【对应训练6】在双液原电池中，关于盐桥的说法错误的是（ ） A. 盐桥可以形成闭合回路 B. 盐桥中的离子可以自由移动 C. 盐桥可以提高电池的能量转化效率 D. 盐桥可以参与电极反应 【答案】D 【解析】盐桥的作用是形成闭合回路、平衡两侧溶液的电荷、避免电极与电解质溶液直接反应，提高电池的能量转化效率，但盐桥本身不参与电极反应，所以D选项错误。 【对应训练7】下列关于双液原电池的说法正确的是（ ） A. 双液原电池中，负极和正极的电极材料必须不同 B. 双液原电池中，溶液中的阴离子向正极移动 C. 双液原电池的工作原理与单液原电池相同 D. 双液原电池可以避免电池自损耗的问题 【答案】D 【解析】双液原电池中，相同电极材料在不同环境下也可构成原电池，A选项错误；溶液中的阴离子向负极移动，B选项错误；双液原电池通过盐桥解决了单液原电池氧化反应和还原反应未完全隔开的问题，工作原理有差异，C选项错误；双液原电池使氧化反应和还原反应分别在两极进行，避免了电池自损耗的问题，D选项正确。 活动五 双液原电池的应用 【引入】双液原电池有很多重要的应用，我们来学习一下。 【问题】双液原电池在加快化学反应速率方面的原理是什么？ 【学生思考】学生结合课件内容回答，原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减少，打破静电屏蔽效应，电子得以顺利从负极沿导线移向正极，使得反应速率增大。 【问题】如何利用原电池原理比较金属活动性强弱？ 【学生思考】学生回答一般情况下，两种金属分别作原电池的两极时，作负极的金属比较活泼，发生氧化反应；作正极的金属的活泼性相对较差，发生还原反应。并举例说明，如有两种金属和，用导线连接插入稀硫酸中，观察到极溶解，极上有气泡产生，根据原电池原理，金属活泼性大于。 【讲解】总结学生的回答，强调双液原电池在加快反应速率和比较金属活动性强弱方面的重要应用。 【对应训练8】将铁片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，下列说法正确的是（ ） A. 铁片作正极 B. 铜片上有气泡产生 C. 溶液中的向铁片移动 D. 该装置不能加快铁与稀硫酸的反应速率 【答案】B 【解析】铁比铜活泼，铁片作负极，A选项错误；铜片作正极，溶液中的在铜片上得到电子生成氢气，所以铜片上有气泡产生，B选项正确；溶液中的向正极（铜片）移动，C选项错误；该装置形成了原电池，可以加快铁与稀硫酸的反应速率，D选项错误。 【对应训练9】有、、三种金属，把和用导线连接后插入稀硫酸中，溶解，上有气泡产生；把和用导线连接后插入稀硫酸中，上有气泡产生。则这三种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】把和用导线连接后插入稀硫酸中，溶解，上有气泡产生，说明作负极，作正极，金属活动性；把和用导线连接后插入稀硫酸中，上有气泡产生，说明作负极，作正极，金属活动性。所以这三种金属的活动性由强到弱的顺序是，答案选A。 4.2 原电池和化学电源 课时1 原电池的工作原理 一、原电池的工作原理 1. 实验探究 · 锌和硫酸铜溶液反应能量变化 · 实验一：锌粉与硫酸铜溶液反应测温度 · 实验二：锌铜盐桥连接硫酸铜和硫酸锌溶液 · 锌铜稀硫酸原电池 · 正极反应：2H⁺＋2e⁻＝H₂↑ · 负极反应：Zn－2e⁻＝Zn²⁺ · 总反应：Zn＋H₂SO₄＝ZnSO₄＋H₂↑ 2. 单液原电池 · 缺点：氧化还原反应未完全隔开，电流衰减 · 未作化学电源原因：装置不便、能量转化不充分、安全性差等 3. 双液原电池 · 构成：锌片、铜片、硫酸锌溶液、硫酸铜溶液、盐桥、导线 · 工作原理 · 负极：Zn－2e⁻＝Zn²⁺ · 正极：Cu²⁺＋2e⁻＝Cu · 电池反应：Zn＋CuSO₄＝ZnSO₄＋Cu · 盐桥作用 · 形成闭合回路 · 平衡两侧溶液电荷，保持电中性 · 避免电极与电解质溶液直接反应，提高能量转化效率 · 应用 · 加快化学反应速率 · 比较金属活动性强弱 二、原电池的构成条件 1. 活动性不同的两块电极材料 · 金属电极 · 惰性电极 · 气体电极 2. 电极均与电解质溶液接触 3. 形成闭合回路 4. 能自发进行的氧化还原反应 1.下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是（ ） 【答案】A 【解析】要在铜电极上产生气泡，需形成原电池，且铜作正极，溶液中的氢离子在铜电极上得电子生成氢气。A选项符合原电池构成条件，锌作负极，铜作正极，氢离子在铜极得电子产生氢气；B选项未形成闭合回路，不能构成原电池；C选项两电极均为铜，不能形成电势差，无法构成原电池；D选项没有自发的氧化还原反应发生，不能构成原电池。所以答案选A。 2.有关电化学知识的描述正确的是（ ） A. CaO＋H₂O = Ca(OH)₂，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能 B. 某原电池反应为Cu＋2AgNO₃ = Cu(NO₃)₂＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含KCl饱和溶液的琼胶 C. 原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D. 从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 【答案】D 【解析】A选项，原电池反应必须是氧化还原反应，而CaO＋H₂O = Ca(OH)₂不是氧化还原反应，不能设计成原电池，A错误；B选项，盐桥中若用含KCl饱和溶液的琼胶，Cl⁻会与Ag⁺反应生成AgCl沉淀，破坏原电池反应，B错误；C选项，原电池的两极可以是活动性不同的两种金属，也可以是一种金属和一种能导电的非金属（如石墨），C错误；D选项，能自发进行的氧化还原反应有电子转移，符合原电池的原理，理论上都可设计成原电池，D正确。所以答案选D。 3.铜锌原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是（ ） A. 正极反应为Zn－2e⁻ = Zn²⁺ B. 电池反应为Zn＋Cu²⁺ = Zn²⁺＋Cu C. 在外电路中，电子从铜极流向锌极 D. 盐桥中的K⁺移向ZnSO₄溶液 【答案】B 【解析】A选项，锌比铜活泼，锌作负极，负极反应为Zn－2e⁻ = Zn²⁺，铜作正极，正极反应为Cu²⁺＋2e⁻ = Cu，A错误；B选项，电池反应就是锌与铜离子的置换反应，即Zn＋Cu²⁺ = Zn²⁺＋Cu，B正确；C选项，在外电路中，电子从负极（锌极）流向正极（铜极），C错误；D选项，随着反应进行，ZnSO₄溶液中Zn²⁺浓度增大，为保持溶液电中性，盐桥中的Cl⁻移向ZnSO₄溶液，K⁺移向CuSO₄溶液，D错误。所以答案选B。 4.如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入M的浓溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验过程中，不考虑两球的浮力变化）（ ） A. 当M为CuSO₄、杠杆为导体时，A端低，B端高 B. 当M为AgNO₃、杠杆为导体时，A端高，B端低 C. 当M为盐酸、杠杆为导体时，A端高，B端低 D. 当M为CuSO₄、杠杆为绝缘体时，A端低、B端高 【答案】A 【解析】A选项，当M为CuSO₄、杠杆为导体时，形成原电池，铁作负极，发生反应Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu，铁球质量减小，铜球上有铜析出，质量增加，所以A端低，B端高，A正确；B选项，当M为AgNO₃、杠杆为导体时，形成原电池，铁和铜都能与AgNO₃反应，但铁更活泼，先反应，铁球质量减小，铜球上也会有银析出，质量增加，应该是A端低，B端高，B错误；C选项，当M为盐酸、杠杆为导体时，形成原电池，铁作负极，发生反应Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑，铁球质量减小，铜不与盐酸反应，质量不变，所以A端低，B端高，C错误；D选项，当M为CuSO₄、杠杆为绝缘体时，铁与CuSO₄反应，铁球质量减小，铜球不反应，质量不变，应该是A端高，B端低，D错误。所以答案选A。 5.某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl₃ = ZnCl₂＋2FeCl₂，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是（ ） A. Zn为负极，发生还原反应 B. b电极反应式为2Fe³⁺＋2e⁻ = 2Fe²⁺ C. 电子流动方向是a电极→FeCl₃溶液→b电极 D. 电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜 【答案】D 【解析】A选项，在该原电池中，锌失电子发生氧化反应，Zn为负极，A错误；B选项，b电极为正极，电极反应式为Fe³⁺＋e⁻ = Fe²⁺，B错误；C选项，电子在外电路中流动，不经过溶液，电子流动方向是a电极（负极）通过导线流向b电极（正极），C错误；D选项，正极材料只要能导电且不与电解质溶液反应即可，石墨、铂电极、铜都符合要求，D正确。所以答案选D。 在本次教学中，通过实验探究引导学生理解原电池的工作原理，取得了一定的教学效果。学生对实验表现出较高的兴趣，能积极参与讨论和思考。但在教学过程中也发现了一些问题，例如部分学生对双液原电池中盐桥的作用理解不够深入，在讲解时应结合动画或更直观的比喻帮助学生理解。在时间把控上，练习题讲解稍显仓促，导致部分学生对解题思路掌握不够扎实。今后教学中，要更加合理安排时间，强化重点知识的讲解和练习，多关注学生的反馈，及时调整教学方法，以提高教学质量。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $