教学设计
课题 《原电池》 授课年级 高二年级
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
原电池原理与氧化还原反应相关知识、化学反应与能量知识紧密联系，通过认识原电池，理解化学科学与社会/科技和生活的重要联系，是化学基本知识、基本理论与实际生活相结合的最好体现，同时体现了时代性和创新性。
学习者分析
通过初中化学和高中化学必修模块的学习，学生已经了解了氧化还原反应的知识，也已经初步认识到原电池的功能即将化学能转化为电能，选修中又学习了热化学和电解的知识，从物质的反应、微粒的运动、能量的转化等各个角度，为原电池的学习奠定了基础。但原电池内容涉及到发展学生对氧化还原反应、微粒观的认识发展以及分析体系中化学反应的基本思路的培养，这些都会对学生的认知发展带来障碍。虽然关于原电池的知识难度从必修到选修阶段是一个螺旋上升过程，但是由于学生关于电化学知识的欠缺、受到物理学知识的影响以及对语言的错误理解，导致学生存在一定的认知障碍。例如，如何认识电极材料与电极反应物的关系、电解质溶液与电极反应物的关系？ 如何认识原电池中氧化反应、还原反应分开进行？ 怎样从微观视角分析原电池中微粒的运动与反应？
学习目标确定
1．掌握原电池的概念和盐桥电池的工作原理； 2．学会设计原电池； 3．体会盐桥电池的优点和应用。
学习重点难点
教学重点：了解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。 教学难点： ①原电池中盐桥的作用分析②从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。
学习评价设计
通过体验化学能转化为电能的探究过程，诊断学生对原电池工作原理的掌握程 度； 2.通过对单池原电池与盐桥原电池的设计对比，学会比较、评价设计方案； 3.通过自主探究根据现象设疑，根据疑问求解的模式，诊断并发展学生的证据推理 能力与模型认知素养。
学习活动设计
教师活动学生活动环节一：温故知新教师活动1 【新课导入】在我们日常生活当中我们的很多活动依靠电池为我们提供能量。大家看一下，这是常见的一些电池。我们在必修2中已经学习了把化学能转化为电能的装置原电池，那我们已经学习过的原电池是否能投入到实际应用中呢？今天我们就继续来研究有关原电池的相关知识。首先我们来回顾一下原电池的基础知识，请大家看投影（）。 【提问】在这里面是三、四、五这三个装置构成了原电池。大家再来思考一下，其他装置不能形成原电池的原因是什么？ 【小结】通过这位同学的介绍，我们熟悉了在这里要想形成一个原电池，结合我们高一的研究我们可以知道必须得满足这样几个条件：首先应该是以一个自发的氧化还原反应作为基础，从装置上来讲，他应该是有活泼性不同的两个电极，两个电极应该分别插入到电解质溶液中形成闭合的回路。 【提问】下面我们就以装置五为例来复习一下铜锌原电池的工作原理。学生活动1 回顾已学知识，完成学案 【思考回答】第三个属于原电池，还有第四个和第五个。 【思考回答】在第一个和第二个中它没有用两种活动性不同的金属或一种金属和能导电的非金属做电极；第二个石墨和硫酸不发生反应；第六个，电解质溶液一般是盐类溶液不会是有机溶液；第七个是没有形成闭合回路； 【书写】电极反应式和总反应式。活动意图说明：回顾必修2已学知识，借助学习脚手架，搭建旧知识与新知识之间连接的桥梁，引起学生的兴趣并引导学生发现单液原电池的不足。环节二：再探单液电池教师活动2 【教师提问】下面大家预测一下，装置五在工作的时候会产生哪些实验现象？ 【过渡】大家同不同意他的看法？那事实上是不是这样呢？下面呢我们就通过实验来验证一下。 【演示实验1】 将锌片和铜片分别用夹子夹好与电流表串联，再同时放入盛有CuSO4溶液的烧杯中。 根据所学知识和所观察的实验现象完成表格： 【问题1】为什么电流会逐渐减小？ 【小结】由此我们就可以看到像我们刚才那样简单的原电池是没有办法向外输出持续稳定的电流的。实际上大家刚才看到的这个现象就是装置五这个电池工作的最终结果，由此可以看出这样的原电池不能投入到实际应用当中。那我们来思考一下他不能投入实际应用的原因是没有得到稳定的电流，在这我们同时也发现这个电池不能持续稳定工作的原因就是锌片上有铜析出。学生活动2 【思考回答】电流表指针发生偏转；铜片表面有铜析出。 生1：锌片表面有铜析出。 生2：随着时间的延续，电流减小，电流不稳定。 生3：锌片表面逐渐被铜全部覆盖； 【讨论回答】锌片表面有铜析出，自己形成原电池，加快铜在锌表面的析出，锌片表面就逐渐会被铜覆盖，自身就可以形成原电池，减弱向外输出的电流。 活动意图说明：通过改进单液原电池，培养学生实验探究能力和分析解决问题的能力；以小组讨论的学习方式展开学习，培养学生合作探究精神；为学生架设桥梁，突破难点。环节三：探究双液-盐桥电池教师活动3 【交流·研讨一】如何改进原电池装置？ 教师不断通过问题引导学生分析电池的改进过程，逐渐由单液电池建构出盐桥电池； 【问题2】能否阻止Cu2+在锌片表面还原 【问题3】锌片应插入什么样的溶液中？ 【问题4】投影上的装置形成了原电池吗？ 该用什么样的物质连接装置的内电路呢？怎样能使电解质溶液连通构成原电池？ 【小结】我们需要一个能架在这两个烧杯上，并且为我们源源不断的提供离子的装置。那么大家思考一下这个装置我们怎么来进行设计。刚才有同学谈到了可以寻找一个搭在上面的，实际上大家可以注意我们在选择电解质溶液的时候还要考虑到这样一个问题，就是我们的这个原电池反应两极反应式同步进行的，那大家思考一下，要求这个装置他里面所承载的离子向外输出的时候迁移速率应该有什么样的特点？同步反应，迁移速率应该相等是吧。 【过渡】结合刚才我们的讨论，再来看一份资料。通过这个资料大家判断一下我们可以选择哪些物质构成的溶液来联通两个烧杯中的溶液。 【科学视野】 【引导】大家看一下老师手中拿的这个装置，这个装置就是装有饱和KCl和琼脂的一个装置，这个装置因为是起到联通两个电解质溶液的作用的，所以我们称之为盐桥。在这里面饱和KCl和琼脂我们制成了胶冻，制成胶冻的原因主要是为了防止溶液流出，下面我们就来试验一下，用这个盐桥能否联通两个溶液让他再次形成原电池。 【演示实验2】 用盐桥将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液的烧杯连接起来，然后将锌片和铜片分别用导线与电流表相连。 【观察提示】 1.电流表指针偏转情况，工作一段时间有无变化 2.电解质溶液的变化 3.电极表面的变化 4.取出盐桥后的变化 【分析讨论】通过这一现象大家可以看到，我们加了盐桥之后构成了闭合的回路，这实际上就是一个带盐桥的原电池。 【交流 · 研讨二】盐桥中离子移动方向和盐桥的作用？ 【过渡】下面我们来分析一下这个盐桥原电池的构成及工作原理。我们来看一张图片，在这里面大家可以看到，带盐桥的原电池实际上可以分为两部分，一部分是盐桥，另一部分是两个半电池。 【分析】两个半电池可以分成锌半电池和铜半电池，锌半电池做负极发生的是氧化反应，铜半电池做的是正极发生的是还原反应。接下来我们再来看一下它的导电过程，大家可以看到，这里分两部分，一部分是电子从锌出发，经过导线之后到达铜电极，它构成的是溶液外的电路简称外电路，另外一个是溶液内的电路，大家可以看到盐桥不断地向两个烧杯当中补充阴阳离子，在这里他会向锌半电池里补充阴离子是吧，向铜半电池中补充阳离子，由此大家可以看到实际上溶液内通过离子导电，而溶液外通过电子导电，这样它又构成了闭合回路，这就是带盐桥的原电池的工作原理。学生活动3 大家一起讨论： 生l：将Zn从CuSO4 中分离开来。 生2：不行，得放在其它电解质中，比如ZnSO4。 生3：不行。因为不能形成闭合回路。 事实上电流表指针也没有偏转。 生4：内电路是通过离子导电的，应该可以用电解质溶液连接两烧杯； KCl 学生在出乎意料的现象中惊奇，惊喜，接着困惑。学生的兴趣一下又被提起来了。 学生：哇，有电了。 学生：有了，指针偏转了!而且偏转稳定，偏转还大了呢! 学生对这个盐桥进行分析推理，理出思路进行语言组织。 观察现象 1.有盐桥存在时电流表指针偏移；2.铜片表面有铜析出；3.锌片逐渐溶解；4.随着时间的延续，能产生持续稳定的电流；5.取出盐桥无电流产生； （1）联通两个溶液，形成闭合回路。 （2）使两个溶液保持电中性，从而使电极反应持续进行。 活动意图说明：为学生提供展示其探究成果的机会，使用不同形式和呈现方式帮助学生构建自己的意义解释和表达。实验现象科学抽象为其原理方程式，从直观的现象到抽象的原理方程式，使学生将二者联系起来、建立双液原电池的模型。环节四：盐桥变膜-认识离子交换膜电池教师活动4 【过渡】大家刚才在观察的时候可能还发现这样一个现象，那就是我们引入了盐桥之后电流确实很稳定了，但是我们发现电流强度怎么样？ 【导入】在我们实际应用电池的过程当中我们并不能找到盐桥的影子，最主要的原因是盐桥的内阻太大了，所以实际的生产选择了一种离子交换膜。 【展示】大家可以看一下，这就是把我们刚才锌铜电池中的盐桥换成了离子交换膜的结构。电流稳定且变大。 【拓展】离子交换膜可以选择性的让某些离子通过，同时也可以把两份反应物隔开。所以在我们的实际电池中我们采用的都是这种离子交换膜。比如说我们即将要学习到的氢氧燃料电池，它所采用的也是一种离子交换膜。这是我们在日常生活中能够用到的一些膜。 【结束语】通过学习我们发现从最简单的原电池到有盐桥的原电池再到我们实际应用的原电池，我们可以体会到这样一点，当我们把一个化学原理从理论变成应用的时候，它不是一帆风顺的，它需要经过一定的阶段，克服一些困难。 【设问】电池发展到今天已经和普及很成熟，那么是不是意味着今天的电池就发展到了尽头呢？那么未来的电池发展趋势又是什么呢？大家可以课后去查阅相关资料。学生活动4 变小了； 活动意图说明：运用所学知识解决实际问题，巩固所学知识。激发学生兴趣，尝试解决现实问题，获得自我效能感。了解原电池在生活中的运用，将理论联系实际，培养一定的科学观和社会观。给学生提供验证预期问题的机会，鼓励学生将模型应用到新的情境中。环节五：设想未来电池的发展教师活动5 【结束语】通过学习我们发现从最简单的原电池到有盐桥的原电池再到我们实际应用的原电池，我们可以体会到这样一点，当我们把一个化学原理从理论变成应用的时候，它不是一帆风顺的，它需要经过一定的阶段，克服一些困难。 【设问】电池发展到今天已经和普及很成熟，那么是不是意味着今天的电池就发展到了尽头呢？那么未来的电池发展趋势又是什么呢？大家可以课后去查阅相关资料。学生活动5 学生根据生活中的经历举例生活中的电池 学生回答，肯定不是，譬如我们生活中的电池日益更新，学生畅谈未来电池的发展趋势活动意图说明：总结课堂重点难点，让学生重新回忆、梳理本节内容，使各部分的知识相互融合形成完整的认知体系。通过课后查阅资料，相互讨论、相互借鉴和学习，逐步提升认知水平和学习能力。
板书设计教学设计
课题 《化学电源》 授课年级 高二年级
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
原电池的核心要素是以发生在电子导体间（比如金属与离子导体），以电解质溶液接触界面上的氧化还原反应为基础，从而实现化学能与电能的相互转化。与旧教材相比，表述更为严谨贴切。此外，新教材更加突出思路和方法的引导，更突显培养学生的学科素养。新教材更加突出要求学生在理解原电池工作原理的基础上，能自行分析解释电池的工作原理，并设计简单的原电池。 新教材突出对原电池模型的构建和认识，突出方法，模型研究的视角构建。引导学生关注生产、生活、科技及国防等领域中的能量变化，关注科技前沿社会热点问题。
学习者分析
通过以前章节的学习，学生已经掌握了化学反应的自发性以及原电池的原理等理论知识，对一些简单的原电池的工作原理已经有一定的分析能力，但是对于陌生的化学电源模型的反应原理以及电极反应产物的分析，电极反应式的书写还存在困难。
学习目标确定
1.能深入了解原电池的反应原理； 2.能根据原电池的工作原理分析陌生的化学电源模型的工作原理； 3.能书写化学电源的电极反应方程式。
学习重点难点
教学重点：化学电源中一次电池、二次电池的反应原理、性能及其应用。 教学难点：化学电源电极反应方程式的书写。
学习评价设计
1.通过对原电池反应原理的讨论，诊断学生对原电池概念的掌握程度； 2.通过对陌生的化学电源组成、结构和工作原理的分析对比研究，认识不同电池的优点和缺陷，诊断并发展学生的分析推理能力； 3.通过对化学电源电极反应方程式的书写，诊断并发展学生的证据推理能力与模型认知素养。
学习活动设计
教师活动学生活动环节一：建立模型教师活动1 【教师提问】科学家在依据原电池的原理设计化学电源时要综合考虑全面分析哪些因素？ 【教师提问】在日常生活和学习中，大家用过哪些电池？使用电池时是否关注过电池上的标识吗？这些电池在工作的过程中是否发生化学反应，这些化学反应的类型是什么？ 【教师讲解】最初的普通锌锰干电池使用寿命短，科学家研究了使用寿命更长，现在广泛使用的碱性锌锰干电池，考虑到干电池无法充电，研究人员研发了可反复使用的二次电池，电池在需求和创意的推动下，不断的向更新的方向发展，而这些化学电源的雏形都是原电池。学生活动1 根据生活经验，认识原电池和化学电源的差别，分析科学家设计化学电源时要必须解决的问题，比如比能量、原料、安全、成本及环保等。 列举日常生活中常用的化学电源。 根据已学的原电池知识，结合生活中的实际理解，对化学电源的要求与发展趋势有初步认识。活动意图说明：通过介绍化学电源的发展史，让学生了解常见的化学电源的类型及工作原理，感受化学的实用性与魅力。环节二：认识模型教师活动2 【教师讲解】一次电池就是放电后不可再重复使用的电池。随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物质逐渐被消耗，这些物质消耗到一定程度时电池就不能继续使用。一次电池中电解质溶液制成胶状不流动，也叫做干电池，市售的一次电池品种很多，除了普通锌锰电池，还有碱性锌锰电池，银锌电池等等。 普通锌锰电池是最早进入市场实用的电池，电池中部由二氧化锰糊状物，插入石墨棒作为电极材料，电池的外壳锌筒作为还原剂，在这两部分中间填充了由淀粉固化的氯化铵作为电解质溶液。 普通锌锰电池工作原理存在争议，其中一种观点认为，锌锰电池在放电时发生的主要反应为锌和氯化铵和二氧化锰反应生成二氯二氨合锌和氢氧化氧锰。 现在请大家结合资料和电池构造示意图，分析电极反应中的活性物质、电极材料和离子导体分别是什么，并写出正负极的电极反应方程式。 学生活动2 观察普通锌锰电池的构造，根据已有知识书写电极反应方程式。 对自己及其他同学书写的电极反应方程式给予评价。活动意图说明：通过对碱性锌锰电池的介绍，引导学生用原电池的相关知识理解一次电池的工作原理。环节三：应用模型、评价模型教师活动3 【课堂练习】让学生观察图中的细节，如介质、内容物等，书写电极反应方程式。 【教师评价】用实物投影展示学生练习，结合学生书写给予评价。 【教师提问】普通锌锰电池曾长期占有市场，但是随着时代的进步，它逐渐被其他电池替代，你认为可能的原因是什么？ 【教师讲解】从普通锌锰干电池的结构示意图可以看出，它的优点是结构相对简单，因此易于生产，价格低廉，这使得他曾经在干电池市场上占有很大的份额，但是它的缺点就是存在自放电的情况。电池在不使用时，锌会逐渐被酸性的电解质溶液氧化，所以存放时间较短。现在大家看到的就是放置不同时间后的普通干电池，可以看出它电池的腐蚀情况。 学生活动3 联系生活实际讨论交流活动意图说明：介绍普通锌锰电池的构造图，让学生练习书写化学电源的电极反应方程式，并对常用的化学电源的优缺点进行评价，提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议。环节四：认识模型教师活动4 【教师讲解】人们为了解决这些问题，经历了漫长的研究过程，直到二十世纪五十年代左右，在普通锌锰电池的基础上，研制出了碱性锌锰电池。与普通锌锰干池比，碱性锌锰电池不仅容量高，寿命长，还能实现大电流连续放电。 碱性锌锰干电池中部填充锌粉和氢氧化钾糊状混合物，电池外部填充了二氧化锰和石墨粉的混合，外侧包括金属壳做电解质材料。两种混合物之间用离子型导电隔膜分割，电池中发生的总反应是锌和二氧化锰和水，生成氢氧化氧锰和氢氧化锌。 【教师讲解】不论是普通锌锰电池，还是碱性锌锰电池，都属于一次电池，一次电池不能充电，使用后只能弃取，还有可能造成环境污染。所以人们为了能够节约资源和成本，设计并制造了可充电的二次电池。 二次电池又称为可充电电池或蓄电池，可以反复充电和放电，是电池发展的一个重要方向。二次电池放电时是一个原电池，将化学能转化为电能，充电时是一个电解时，外加直流电源，使电池内发生的电池反应的逆反应，将电能转化为化学能存储起来。 生活中我们经常能接触到的镍氢充电电池，手机电池、铅蓄电池和新能源汽车主流动力电池都是二次电池。学生活动4 变小了； 活动意图说明：通过对铅蓄电池的介绍，在理解二次电池放电原理的基础上，引导学生思考二次电池的充电过程，为后续电解池知识的学习做铺垫。环节五：应用模型、评价模型教师活动5 【课堂练习】现在请大家结合资料和电池构造示意图，分析电极反应中的活性物质、电极材料和离子导体分别是什么，并写出正负极的电极反应方程式。 【教师讲解】与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池中的活性物质，电极材料和离子导体都进行了改进，将锌片改为锌粉，增加了反应的接触面积，加快反应速率，提高单位时间通过截面的电量，从而增大电流，用导电性更好电解质溶液KOH，减小电池的内阻，增大工作时的电流，提高电池的电压。 【教师讲解】铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，深灰色所示的正极板，板上覆盖有二氧化铅。浅灰色所示的负极板上覆盖有铅单质。硫酸作为电解质溶液，铅蓄电池的电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉，在生产生活中使用广泛。例如铅蓄电池多用于启动和维持汽车用电系统的正常运转。 【课堂练习】给出铅酸蓄电池的构造示意图，讲解铅酸蓄电池放电时的工作原理，让学生书写电极反应方程式，并对学生的书写进行评价。 铅蓄电池放电的总反应式铅和二氧化铅和硫酸生成硫酸铅和水。其中硫酸铅难溶于水，充电的反应是上述反应的逆过程。与书写碱性性锰干电池电极反应的方法相同。根据总反应可知，铅是还原剂，失去电子氢元素的化合价升高变为正二价。在有硫酸根离子的环境中生成难溶物硫酸铅附着在负极材料上。 【课堂讨论】从铅酸蓄电池的结构来说，这个电池的优点体现在电流稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。但铅酸蓄电池也存在单位质量输出的电能少（比能量低），废弃电池污染环境等缺点，因此适用范围受到限制。学生活动5 观察碱性锌锰电池的构造，根据已有知识书写电极反应方程式。 对自己及其他同学书写的电极反应方程式给予评价。 联系生活实际讨论交流 观察铅酸蓄电池的构造，根据已有知识书写电极反应方程式。 活动意图说明：介绍铅蓄电池的回收工艺，让学生练习书写化学电源的电极反应方程式，并对常用的化学电源的优缺点进行评价，提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议。
板书设计
