原电池教学设计
山西省太原市育英中学 谢莉娜
【情境导入】“嫦娥二号”卫星发射
（作为对祖国母亲61华诞的献礼，2010年10月1日18时59分57秒， “嫦娥二号”在西昌卫星发射中心由“长征三号丙”运载火箭发射升空。在脱离了“长征三号丙”运载火箭之后，嫦娥二号登上“环月轨道”后运行的能量来自于哪里呢？对！来自于其自身携带的太阳能展板电池。）
【投影】伏打电池图片、古巴格达的陶罐、太阳能电池
（实用电池的开端还得归功于1800年3月，意大利科学家伏打（Volta）发明的原电池，他发明的原电池由Zn和Ag做电极，由硫酸做电解质溶液，人们把这种电池叫做伏打电池。）
（比伏打电池还要早的电池是在伊拉克首都巴格达附近出土了一只高15厘米的小陶罐。科学家向其中注入葡萄酒、硫酸铜、亚硫酸和浓度为5％的醋等古代居民拥有的溶液，结果产生了电流，18天后才消失。）
（从古巴格达的陶罐到伏打电池的发明再到太阳能电池，电池的发展可谓日新月异，这节课，就让我们沿着科学家的足迹，以化学能转化为电能的原电池为起点，一起走进原电池发展进步的世界。）
【探究活动一】请将氧化还原反应：Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑设计成一个原电池，在实验用品中选择你设计实验所需要的物品，比一比，哪个组最先安装好实验装置，并记下微电流计指针的示数。
注意：
1、以四人为一小组，选出小组组长。
2、实验前金属片表面已用砂纸将其打磨，除去氧化膜。
3、金属片在烧杯中不要直接接触。
4、实验结束后不要将金属片从溶液中取出，让其继续发生反应。
（请同学们开始动手进行实验）
【投影】实验用品：两片金属锌、两片金属铜、硫酸溶液、导线、灵敏电流表、烧杯、砂纸、硫酸锌溶液。
（好，实验结束，请不要将金属片从溶液中取出，让其继续发生反应）
【提问】产生电流的小组请举手。
【过渡】我们请一个小组的代表汇报一下实验装置是怎样组装的以及出现什么样的实验现象？
（好，这位同学请你来回答）
【学生回答】选择金属锌做负极材料，金属铜做正极材料，硫酸做电解质溶液，用鳄鱼夹将金属锌与电源负极相连，用鳄鱼夹将金属铜与电源正极相连，将负极材料锌和正极材料铜，同时插入硫酸溶液中便会看到电流表指针发生偏转，金属锌和金属铜上都有氢气生成。
【板书】画出实验装置图。
（非常好，你的思路非常清楚，请坐）
【提问】请同学们标出电子和离子的转移方向，并写出该反应的电极反应式。
（好，这位同学请你在黑板上完成）
【板书】电极反应：
负极：Zn-2e- =Zn2+（氧化反应）
正极：2H++2e- = H2↑（还原反应）
总反应：Zn+ 2H+=Zn2++ H2↑
（同学们，你们书写的电极反应式和这位同学一样吗？）
【点评】在高中阶段我们认为氢离子和锌离子向正极发生移动，铜离子向负极发生移动。
【激疑】现在请同学们再来观察你组装的原电池装置，和刚才的实验现象有什么不同？
【学生回答】电流计的读数变小。
【激疑】为什么电流逐渐减小？
【学生猜测】第一种可能：氢离子浓度减小。
第二种可能：金属锌被消耗，其表面积变小。
【提示】请同学们将金属锌与铜同时从溶液中取出，再次插入到该溶液中，观察电流表示数的大小。
【现象】指针发生偏转，并且电流大小和和刚才的实验几乎相同。
【结论】说明电流的变小的原因除了这两种因素之外还有更重要的原因。
【投影】原电池微观分析图片。
（而当金属锌和金属铜插入到硫酸溶液中这种重要的原因来自于电解质溶液，在这个原电池装置中，金属锌失电子生成锌离子，电解质溶液也由硫酸溶液变成硫酸和硫酸锌的混和溶液，此时锌离子和氢离子都会向正极发生移动，但由于氢离子体积小，运动速度快，锌离子体积大，运动速度慢，所以在氢离子与锌离子之间产生了电势差，而这种电势差的产生使得负极与正极的电势差减小，所以电流变小）。
【提问】正因为氢离子和锌离子共存于同一溶液中，使原电池装置电流变小，那么如何将原电池装置进行改进，使硫酸和硫酸锌混合溶液分离，最终得到稳定的电流呢？请同学们重新设计原电池装置。
（小组讨论开始，好，讨论停止，我们请这一小组的代表来汇报。）
【小组汇报】选择金属锌做负极材料，金属铜做正极材料，硫酸锌和硫酸做电解质溶液，用鳄鱼夹将金属锌与电源负极相连，将负极材料锌插入装有硫酸锌溶液的小烧杯中，用鳄鱼夹将金属铜与电源正极相连，将正极材料铜插入装有硫酸溶液的小烧杯中。
（这位同学回答的非常条理，其他同学有补充吗？）
【提问】这样的装置组装好后，是原电池装置吗？
【小组汇报】不是，没有形成闭合回路。
【激疑】怎样才能形成闭合回路呢？请根据实验台上提供的仪器进行实验。
【探究活动二】请同学们选择一种方案进行实验，并记录实验现象。
【提问】好，我们请不同的小组汇报各自的结果。你们小组采用的是哪种方案，有什么样的实验现象。
【学生回答】汇报结果：
我们小组采用的是方案一：在空U型管中灌上饱和氯化钾溶液。实验现象是电流计指针发生偏转，说明有电流产生。
我们小组采用的是方案二：用脱脂棉蘸上饱和氯化钾溶液搭在两个小烧杯的溶液中。实验现象是电流计指针发生偏转，说明有电流产生。
我们小组采用的是方案三：用纸巾蘸上饱和氯化钾溶液搭在两个小烧杯的溶液中。实验现象是电流计指针发生偏转，说明有电流产生。
我们小组采用的是方案四：在U型管中灌上琼脂饱和氯化钾溶液。实验现象是电流计指针发生偏转，说明有电流产生。
【教师点评】同学们的思路都非常好。我们在两个烧杯的电解质溶液间搭了一座桥，目的是为了让离子自由移动，构成闭合回路，我们把这样的装置叫做盐桥。在实验台上老师为大家准备了饱和氯化钾这种电解质溶液，因为在这个实验中，饱和氯化钾溶液效果最好。
【提问】请写出该原电池反应的电极反应式。
【学生回答】电极反应式。
【板书】电极反应：
负极：Zn-2e- =Zn2+（氧化反应）
正极：2H++2e- = H2↑（还原反应）
总反应：Zn+ 2H+=Zn2++ H2↑
【提问】在这样的装置中电子和离子又是如何运动的？小组讨论。
【学生回答】电子从负极出发沿外电路流向正极。锌在负极失电子生成锌离子，锌离子运动到负极溶液中，使负极溶液中正电荷增多，盐桥中的氯离子向负极的电解质溶液移动，使溶液呈电中性，铜离子在正极铜片上得电子，生成氢气铜单质，使得正极溶液中铜离子减少，溶液中负电荷增多，盐桥中的钾离子向正极的电解质溶液移动，使溶液呈电中性。
【提问】盐桥的作用是什么？
【学生回答】（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。
（2）平衡电荷。
【提问】对比这两个原电池装置，有哪些相同点和不同点？改进后的原电池装置又有哪些优点？
【学生回答】相同点：电极反应本质相同。
不同点：两个原电池的构造不同，单液电池中负极材料金属锌直接与硫酸铜溶液接触，双液电池中负极材料金属锌不与硫酸铜溶液接触。
优点：改进后的原电池装置产生了持久、稳定的电流，避免了负极材料金属锌直接与硫酸接触，减少了金属锌的消耗。提高了电池的利用效率。
【提问】请同学们完成这道练习。
依据氧化还原反应：
2Ag++Cu=Cu2++ 2Ag
设计的原电池如图所示。请回答下列问题：
（1）电极X的材料是_____；电解质溶液Y是________。
（2）银电极为电池的______极，发生的电极反应为 ；X电极上发生的电极反应为____________。
（3）外电路中的电子是从________电极流向_______电极。
（好，我们请一位同学说出你的答案）
【总结】通过这节课的学习我们可以深切的感受到原电池在构造和原理上的发展，让两个半反应分别在不同的电极处发生反应，通过盐桥的架设，得到了稳定、持久的电流。使低效的电池发展成为高效的电池。
（课后请请同学们课后查阅有关双液蓄电池的资料并将单液蓄电池和双液蓄电池进行对比，分析其优缺点。）
（感谢同学们这节课精彩的表现，祝同学们学习进步，学业有成！）
课件14张PPT。123
4请将氧化还原反应：Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 ↑
设计成一个原电池，在实验用品中选择你设计实验
所需要的物品,并记下电流表指针的示数。
注意：
1、以四人为一小组，选出小组组长。
2、金属片表面已经打磨好，除去了氧化膜。
3、金属片在烧杯中不要直接接触。
5 实验药品及器材：
两片金属锌、两片金属铜、硫酸溶液、导线、灵敏电流表、烧杯、砂纸、硫酸锌溶液
67实验现象：灵敏电流计指针迅速变小思考：为什么原电池电流会迅速变小?8e-9 请重新设计原电池装置，将硫酸与硫酸锌溶
液分离，得到持续稳定的电流。10实验药品及器材：
饱和氯化钾溶液、硫酸溶液、硫酸锌溶液、灵敏电流
表、导线、烧杯、脱脂棉、纸巾、空U型管11 SO42－Zn2+e－
e－SO42－H+K+H2ZnK+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－Cl－K+K+Cl－K+K+K+Cl－Cl－K+Cl－Cl－Cl－ZnSO4H2SO412依据氧化还原反应：
2Ag++Cu=Cu2++ 2Ag
设计的原电池如图
所示。请回答下列问题：
（1）电极X的材料是_____；电解质溶液Y是________。
（2）银电极为电池的______极，发生的电极反应为 ；X电极上发生的电极反应为____________。
（3）外电路中的电子是从________电极流向_______电极。CuAgNO3正 Ag+ + e- =AgCu - 2e- =Cu2+XY13
请同学们课后查阅有关双液蓄电池的资料
并将单液蓄电池和双液蓄电池进行对比，分
析其优缺点。14
