《原电池》情境教学案例研究

周丹丹

摘要：中学化学中对于原电池的工作原理的认识在理论和实际上存在一定的误差，外电路中电子如何移动，需要我们用更形象科学的解释引导学生学习，从而达到由抽象到具体的转化。

关键词：氧化还原反应；原电池；电子转移

在中学化学教学中，教师作为先行组织者在情境教学中所呈现给学生的引导材料，必须有架设新旧认识之间桥梁的作用。高中化学必修1已经学过氧化还原反应，一般在新课标高中化学教学中我们认为所有原电池都发生了氧化还原反应。但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子，发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子，发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动（即：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动）和外部导线中电子的定向移动（电子由负极移向正极）构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，从而实现化学能向电能的转化。但是，这个理论是片面的，需要注意，在大环境下非氧化还原反应一样可以设计成原电池。

情境教学中我们以Zn-Cu原电池为例，可用如下电池符号表示： （-）Zn（s）∣稀H2SO4∣Cu（s） （+）。教师往往会结合原电池动画介绍导线中的电子转移：锌失去电子，电子沿着导线转移到铜，然后H+在铜表面得电子变成H2。两极反应：负极：Zn-2eZn2+ （氧化反应） 正极：2H++2eH2↑（还原反应） 总反应是：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 。在演示實验中我们看到的现象是：锌表面溶解，铜片表面有气泡冒出，电流表指针发生偏转。

无论在微观上还是宏观上似乎都给学生了一个合理的解释----化学能是如何转化成电能的。而在学习中，学生往往会有这样的疑惑，锌上的电子为什么会流向铜？电子发生定向移动的驱动力是什么？我们的讲解很容易让学生误以为氢离子得的电子来源于锌，实际上电子在金属中定向移动的平均速率很小，经过10cm的导线需要近3小时，如果氢离子得的电子来源于锌，那么在铜表面经过数小时后才会观察到气泡。但实际上，在铜和锌两极接通瞬间，就可以观察到气泡。显然，上述对外电路中电子移动的解释不尽合理。为此，可以把电极材料和导线想象成一个充满电子的管道，一旦构成回路，还原剂失电子给负极材料（即管道的一头），那么正极材料（即管道的另一头）就会将相应数量的电子转移给氧化剂。电子导体电流的形成更像是电子间向一个方向的接力，而非沿导线的迁移，这样的解释就比较科学。基于微观认识的抽象性和教师认知的局限性，这种误解在所难免。

参考文献：

【1】陈益、孙夕礼.促进学生认识发展的学科教学认识的构建--以“原电池”为例【J】.化学教育（中英文），2018，39（1）：27-32

【2】原电池360百科

（作者单位：陕西省商南县鹿城中学 726300）