4.1原电池教学设计2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第一节 原电池 教学设计 教学目标 （1）能从能量转化和氧化还原反应两个视角理解原电池的工作原理，说出原电池的概念与构成要素； （2）能通过实验现象分析锌铜原电池中电子的转移路径，会书写简单原电池的电极反应式和电池总反应方程式； （3）能依据一个自发的氧化还原反应设计简单的原电池，判断电极材料、电解质溶液及电子、离子的移动方向； （4）通过"实验观察—提出问题—分析推理—建构模型"的探究过程，发展证据推理与模型认知的化学核心素养，体会化学电源在生产生活中的应用价值。 教学重难点 教学重点：原电池的工作原理，电极反应式的书写方法。 教学难点：从微观粒子运动的角度理解原电池中电子经导线定向移动、离子在电解质溶液中定向移动形成闭合回路的过程。 教学准备 PPT课件、锌片、铜片、石墨棒、0.5 mol/L 溶液、稀硫酸、乙醇、灵敏电流表、导线、烧杯。 教学流程设计 一 问题引入 电池的发明是人类追求数百年的梦想。1780年，意大利医生伽伐尼在解剖青蛙时发现，用铜钩和铁镊子触碰蛙腿会引起肌肉抽搐；1800年，伏打受此启发，把锌片和铜片交替叠放并浸入盐水中，制成了人类历史上第一个能产生持续电流的装置——"伏打电堆"。 问题 1：伏打电堆中的电流是怎样产生的？其中蕴含着怎样的能量转化？ 问题 2：我们在化学必修第二册中已经初步认识了铜锌稀硫酸原电池，它是把化学能转化为电能的装置。氧化还原反应中有电子转移，这种转移能不能经导线完成，把化学能直接转化为电能？ 师生活动：学生回忆必修阶段所学，回顾氧化还原反应的本质是电子的转移；教师指出原电池是各种化学电源的雏形，本节课将深入研究其工作原理。 二 创设情境，探究发现 （一）原电池的概念与实验探究 1 情境 1：将锌片插入稀硫酸中，锌片表面有气泡产生，反应的离子方程式为： 该反应是自发的氧化还原反应，Zn 失去电子被氧化，溶液中的 H+ 得到电子被还原，电子直接由 Zn 转移给 H+，化学能以热能的形式释放，得不到电流。 情境 2：把锌片和铜片同时插入稀硫酸中，两片互不接触。锌片表面有气泡，铜片表面无气泡。此时用导线把锌片、铜片与灵敏电流表串联起来，可以观察到什么现象？ 【演示实验】实验步骤：①将铜片插入稀硫酸中，观察现象；②再将锌片插入稀硫酸中（两片互不接触），观察现象；③用导线将锌片、铜片和灵敏电流表连接起来，观察电流表指针及两电极表面的变化。 实验现象：电流表指针发生偏转；锌片逐渐溶解，铜片表面有大量气泡产生。 教师活动：提出问题并让学生讨论。 问题 3：电流表指针偏转说明了什么？铜片上的气泡是什么气体？它是怎样产生的？电子是怎样流动的？ 学生活动：观察实验，思考并分组讨论。 2 交流形成概念： 在教师启发点拨下归纳得出实验现象的微观解释： （1）电流表指针偏转，说明导线中有电流通过，即有电子由锌片经导线定向移动到铜片，该装置构成了一个电源； （2）锌片逐渐溶解，说明 Zn 失去电子变成 进入溶液，发生氧化反应，故锌片为负极； （3）铜片表面产生气泡，说明溶液中的 移向铜片，在铜片表面得到电子变成氢原子，氢原子两两结合成 逸出，发生还原反应，故铜片为正极； （4）氧化反应与还原反应被分开在两个电极上进行，电子经导线定向移动形成电流，化学能转化为电能。 定义：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。 图1 铜锌稀硫酸原电池装置示意图 （二）原电池的工作原理 以铜锌稀硫酸原电池为例，电极反应式与总反应如下： 负极（锌片，氧化反应）： 正极（铜片，还原反应）： 电池总反应（氧化还原反应）： 两式相加即得总反应，说明电极反应式中得失电子的数目相等。负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应；电子从负极经导线流向正极，电流方向与之相反；溶液中的阳离子移向正极，阴离子移向负极，共同形成闭合回路。 教师活动：利用微观动画演示上述过程，引导学生从宏观辨识走向微观探析。 学生活动：结合动画归纳原电池工作原理，并完成表格。 三 变式思考，解决问题 （三）原电池的构成要素 问题 4：根据铜锌稀硫酸原电池的装置及工作原理，小组讨论：要形成原电池需要哪几个组成部分？ 学生活动：分组讨论并归纳。 归纳：①两个活泼性不同的电极；②电解质溶液；③导线（连接两极，构成闭合回路）；④能自发进行的氧化还原反应（提供能量来源）。 变式思考 1：下列装置能否构成原电池？为什么？ （1）锌片、铜片平行插入乙醇中；（2）锌片、锌片插入稀硫酸中并用导线连接；（3）锌片、铜片插入稀硫酸中但不连接；（4）锌片、铜片用导线相连后插入 溶液中。 解析：（1）乙醇是非电解质，不能构成原电池；（2）两电极材料相同，不能产生电势差，不能构成原电池；（3）没有形成闭合回路，不能构成原电池；（4）能构成原电池，Zn 比 Cu 活泼，Zn 作负极，溶液中的 在正极得电子。 变式思考 2：写出（4）中电池的电极反应式。 解析：负极发生氧化反应：；正极发生还原反应：。 总反应：。 书写电极反应式的注意事项：①反应物或生成物是气体时需标注"↑"或"↓"；②得失电子数要守恒，两极得失电子总数相等；③电极反应式用电荷守恒和质量守恒检查。 （四）延伸 例.原电池把氧化还原反应分在两个电极上进行，使电子的转移经导线完成，这正是化学能直接转化为电能的关键。依据一个自发的氧化还原反应，选择适当的电极材料和电解质溶液，就可以设计出相应的原电池。例如，依据反应： 可设计如下原电池：铜作负极，石墨（或铂）作正极，电解质溶液选用 溶液，用导线连接两极并串联灵敏电流表。工作时，Cu 在负极失去电子被氧化，溶液中的 在正极得到电子被还原，化学能转化为电能。 思考：若将负极材料换成锌片，电解质溶液仍为 溶液，电极反应式应如何书写？哪种方案更好？请说明理由。 （五）小结及作业 本节课你有哪些收获？从能量视角和守恒视角分别说一说原电池的工作原理，体会"宏观辨识与微观探析"的化学思想。 作业：1. 完成教材本节课后练习；2. 依据反应 ，画出原电池装置示意图，标注电子流动方向和离子移动方向，并写出电极反应式。 学科网（北京）股份有限公司 $