原电池实验的改进与拓展
——原电池实验教学实录

郑丽霞

(广东省佛山市第一中学化学科组 528000)

一、实验教学目标

【知识与技能目标】理解原电池的定义，探究原电池的效率.

【过程与方法目标】通过步步深入的实验探究，提高实验分析能力.

【培养学生化学核心素养目标】化学课堂教学是培养学生化学核心素养的重要载体，在教学中创设相关情境，培养学生“提出问题—猜想与假设—实验验证—分析与论证—得出结论”的科学探究方法；同时培养学生喜爱探究、乐于探究、善于探究，不断追求科学发展的精神.

二、实验内容设计

本实验是对选修四第四章第一节原电池实验4-1的改进拓展.力图解决两个问题：

1.单池原电池存在缺陷导致原电池效率不高，如何改进Zn-Cu-CuSO4原电池装置，才能实现高效稳定地对外输送电能？

2.如何实现在持续、稳定对外输出电能的基础上加大电流？

【实验重点】证明：原电池是将化学能转化为电能的装置.

【实验难点】证明：化学能越大，原电池转化得到的电能越大.

为了解决上述问题，突出重点，突破难点，构建了三个实验模型：

单池原电池(如图1)：证明化学能转化为电能了.但在实现能量转化过程中存在矛盾，因为氧化剂与还原剂没有隔开，部分反应直接发生，化学能不能全部转化为电能，且电流不稳定、不能持续供电.

双池原电池(如图2)：是对单池原电池的改进，氧化剂与还原剂近乎完全隔开，利用盐桥连接，克服了化学能的损失，实现化学能全部转化为电能，为原电池持续、稳定得产生电流创造了必要的条件.

多反应双池原电池(如图3)：一个化学反应提供的化学能是有限的，若能设计多个化学反应同时进行，产生的化学能越多，转化得到的电能就越多.这将为原电池原理的实用性开发奠定理论基础，使能源的综合利用得到进一步发展.

以上三个实验模型实现了对原电池探究的步步深入，让学生对原电池的定义——将化学能转化为电能的装置有了更深入的理解，拓展了学生的思维，培养了学生不断追求科学发展的精神.

三、教学过程实录

笔者将本次课整体设计为四个部分：1.导入新课；2.基础回顾；3.探究原电池的效率；4.总结所学知识.

探究原电池的效率揭示原电池的原理是本节课的重难点.

第一部分：导入新课

在这个部分使用了知识联系生活策略，通过介绍生活中出现的高科技原电池，提高学生探究原电池原理的兴趣.

第二部分：基础回顾

引导学生回顾必修二第二章第二节所学的关于原电池的定义、组成条件、工作原理.

【实验验证】学生实验1

表2 实验1现象

【分析与论证】由实验1现象(见表2)分析得出：

单池原电池的不足之处：(1)电流不稳定；

(2)锌片所失电子没有全部形成电流，效率不高.

问题根源：Zn与CuSO4溶液的直接接触，存在直接的化学反应，化学能没有全部转化为电能.

【结论】单池原电池能将化学能转化为电能，但存在缺陷效率不高.

②称取2，4-D粉末1g溶于500mL清水配成2g·L-1的母液，再用清水分别稀释成质量浓度为2×10-11、2×10-10、2×10-9、2×10-8、2×10-7、2×10-6g·L-1的2，4-D溶液。

第三部分：探究原电池的效率

【提出问题】单池原电池存在缺陷导致原电池效率不高，如何改进Zn-Cu-CuSO4原电池装置，才能实现高效稳定地对外输送电能？

【猜想与假设】将氧化剂与还原剂分开为两个半电池，避免直接的化学反应，两个半电池用盐桥连接，从而实现化学能全部转化为电能.

【实验验证】学生实验2，现象见表3.

表3 实验2现象

【分析与论证】单池原电池与双池原电池对比：1.总反应，电极反应都相同.2.导线中电子流向相同.3.阳离子和阴离子流向相同.4.装置构成不同，效率不同.

【结论】双池原电池实现高效稳定地对外输送电能.

【延伸拓展】如何实现在持续、稳定对外输出电能的基础上加大电流？是不是化学反应提供的化学能越多，原电池就能转化得更多的电能呢？

【猜想与假设】在双池原电池的基础上加多一个化学反应，提供更多的化学能，若电流表指针偏转幅度增大，则说明化学能越大，转化得到的电能越大.

【实验验证】学生实验3,现象见表4.

表4 实验3现象

【分析与论证】多反应双池原电池与双池原电池对比：

1.导线中电子流向相同.

2.阳离子和阴离子流向相同.

3.总反应不同，化学能增大，效率不同.

【结论】化学能越大，转化得到的电能越大.

第四部分：总结所学知识

1.深入理解原电池的定义：将化学能转化为电能的装置，化学能越大，转化得电能越大.

2.学习“提出问题—猜想与假设—实验验证—分析与论证—得出结论”的科学探究方法.

3.发扬喜爱探究、乐于探究、善于探究，不断追求科学发展的精神.

四、实验设计亮点与教学反思

1.实验创新并在教学中的融合应用.创新性地设计了实验3对原电池定义进行更深入地挖掘，通过直观清晰的实验现象增强学生对原电池的感性认知和探究性体验，提高学生分析问题与解决问题的能力.

2.发挥实验教学的育人功能.实验1、2、3层层递进，对原电池的探究越来越深入，学生的思维得到全面发展，探究结果振奋人心，实现在认知活动中培养和提升学生的化学核心素养.

3.体现实验教学的设计思路.整个教学设计都贯穿培养学生科学探究能力和化学迁移思维的教学思想.运用实验探究解决问题，实验探究紧扣“提出问题—猜想与假设—实验验证—分析与论证—得出结论”的科学探究方法，以实验现象和数据说话，科学严谨，体现化学学科特色.