一切皆有可能——高中化学“原电池”

任德珍

一、引言

学科的核心素养已经成为现代教育的热门话题！它对提高学生的科学素养、促进学生全面发展有着不可替代的作用。实验课程是化学课中重要的社会实践的内容，不仅学生可以在动手实践中学习到化学知识，换可以提高学生学习化学的兴趣。

二、背景

高二学生具有感性认识丰富，理性认识稳步发展的认知特点，而且学生此前已在必修2的学习中有了一定的基础。本节内容是在《必修2》中第二章第二节《化学能与电能》的基础上，进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对电池效率的探究，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念，从本质上了解原电池的工作原理，是在必修2基础上的深化。本节课试图以“教师实验引导，学生自主探究，自主分析设计”的学习方式学习。

三、问题

1、激发学生兴趣，增强动手能力

实验是在实现高中化学课程目标具有不可替代的作用。所谓化学课堂实验是指在化学教学中教师或学生根据一定的化学实验目的，运用一定的化学实验仪器、设备和装置等物质手段，在课堂人为的实验条件下，改变实验现象的状态和性质，从而获得化学教学目的的一种教学实践活动。如何引发学生对本科实验的兴趣，激发其内在动力学习本课呢？如何激发学生的创造力，让学生自己动手做自己力所能及的实验小成果呢？

四、问题的解决

“今天的生活已经离不开电了，那第一个电池是谁发明的呢？”上课一开始，我向学生们提出了这个问题。“爱迪生！”“瓦特！”学生们积极回答着，在一片回答声中，化学课代表自信满满的答道“伏打”。“对。”我对课代表传去一个鼓励的眼神，“800年，伏达发明了第一个电池，它是用盐水和金属片做的。因为当时没有验电器，伏达是用自己的五官来感知电的存在。那么我们已经知道原电池是将（ ）能转化为（ ）能的装置。”“化学能转化为电能”学生很快的回答道。“原电池是将化学能转化为电能的装置。那么，我们这节课在必修2的基础上来继续探寻原电池的工作原理。原电池是将化学能转化为电能的装置。那么什么样的反应能被我们应用获得电能呢？”“氧化还原反应，并且要放热。”“自发反应。”学生略微思考后回答。

“那假如老师给你提供Zn，CuSO4 ，Cu，你能否设计一个简单的电池呢？请大家在学案上设计，请一位同学在黑板上完成。”听完我的问题，学生们纷纷讨论起来，通过思考、讨论，学生很快的在学案上完成了自己的任务。根据黑板上同学画好的电池，我问道“Zn、CuSO4、Cu构成了闭合电路，电流表有什么作用？”“检测有电流产生”学生异口同声道。“电流表是用来检测有没有电流产生。好了，那么这个电池到底成功不成功，我们得用实验验来证明。”

学生们以Zn |CuSO4|Cu为材料，组成原电池。“这个应该放在这里”“不对不对，我觉得应该这样……”在七嘴八舌中，学生们都完成了自己的原电池。“我找位同学说一下，这设计成功吗？有电流吗？”“有电流。”“你能给大家说一下它的工作原理吗？它是怎样产生的电流？”“电子从Zn电极通过外电路转向Cu电极。”“请问电子从哪来的，怎么来的？”学生思考了一会，说道“Zn-2e-= Zn2+，在Cu片上， Cu2+得到电子生成Cu，Cu2+ + 2e-= Cu。”“那就是说铜电极板质量就要增加，锌电极板质量就要减小。请问Cu2+移动到右侧铜极板了，哪种粒子往锌电极移动呢？”“SO42-”“Zn失电子沿外电路移动到Cu片，形成了电子定向移动，而在溶液内Cu2+移向Cu片， SO42-移向Zn片，离子也在定向运动，这样构成了一个闭合回路，就使我们获得了电流。”我“趁热打铁”的总结。

“你能说说你观察到的数据是如何变化的吗？”“从1.06V——0.83V”“示数不稳定，忽大忽小。”学生面露疑色。“有同学观察到：在不断衰竭。有同学观察到：在不断反复。我还想请同学们回答，你觉得这个现象是不是说明这个电池存在问题呢？这个问题可能是什么原因导至的呢？你能给出解释吗？”学生们讨论后，有一位同学回答“ Zn片直接和CuSO4（aq）接触发生反应。”“你的意思是左侧锌极板上也出现了Cu，那这样的话电流就不稳了。那真的出现了Cu么？请大家仔细观察一下Zn片。”“有Cu生成。”“那么这个电池是存在很多问题：大家观察到的电压电流不稳定。我们知道Cu2+在Cu上得e-，外电路就有电子的定向移动，那请问Cu2+ 在锌片上得e-，这一部分e-能否发生定向移动，被我们利用产生电流呢？ ”“不能。”我接着问道，“这种现象的存在会使这种电池的效率怎样呢？”“降低。”“效率降低。所以存在的第二个问题是效率低。即Zn片的利率低。”我解释道。“同学们，我们平常使用的电池的最大优点就是便携式 。用我们就接上它 ，不用 我们就断开。那么，我们如果把这个电路断开一下的话，大家观察一下会怎么样？”“继续反应。”“断开之后Zn和CuSO4溶液继续反应，那它就更没用了，这就是第三个问题开路损耗。”

“这么多的毛病，看来电池要改进，那么关键要改进的是什么问题？这些问题的根源在哪里？”听到我的问题，学生们的兴趣一下激发了出来，纷纷跃跃欲试，想要找到解决的办法。“带电离子的定向移动能形成电流。可以用电解质溶液连接。”一个学生自信的给出解决方案。这不就是盐桥实验么、我正好引出下一个实验，“盐桥实验”。“同学们，这次怎样，搭上盐桥之后怎样，情况改变了吗？”“改变了，好神奇。”学生兴奋起来，我赶紧解释道“当我们用一个盐溶液给它搭一个盐桥之后，由于Zn失去e-变成Zn2+，进入溶液。而电子将沿导线定向移动到Cu片。这时候，Zn片发生了氧化反应;当电子移动到Cu片以后，Cu2+获得电子，生成了Cu，这时候发生了还原反应。”“下面我们学习几个概念 1.把电子定向移动的路径叫外电路。 2.把离子定向运动的路径叫内电路。3.我们把Zn和Zn2+共同构成的部分叫电池的一半，叫“半电池”。4.另外一個Cu和Cu2+构成的是另一个“半电池”5.这两个半电池被盐桥连接。”

“大家看，它是不是很像平常的电池了，这么好的电池不用多可惜呀？那大家小试一下身手。我们常见的贺卡的工作电压是2V，你有什么办法在实验2的基础上让贺卡稳定的工作起来。”学生们纷纷动手，尝试各种方法，做成了自己独特的贺卡。“这节课我们学习了盐桥电池，盐桥电池带给我们新鲜了吗？它是不是更接近我们生活电源。那么盐桥电池是不是最好的呢？你要拿它去用，是不是有点麻烦呢？现在电池日新月异。比如这个电池，看看你的手指头，感觉一下，3×3×1mm，把它植入人体中，做一个部件，是不是很棒，因为它不占地盘啊。那你说这是不是极致呢？ ”“不是。”“那个新电池发明者会是你吗？大点说，会是你吗？有可能吗？ 上完这节课告诉我，你觉得有可能吗？”“有！”学生们激动地回答道。“所以送给大家一句话，一块儿读出来，一切皆有可能。”

五、反思与讨论

本节课首先引导学生回顾和复习了原电池概念，然后再以实验情景再现为题材，以师生互动的活动方式对原电池的原理进行了探讨，这个过程的设计主要以学生对实验描述的思考、师生问答的模式推进探讨原电池原理，充分发挥学生的能动性，体现学生的主体地位。