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視頻標簽：原電池實驗,高效化與微型化,創新改進
所屬欄目：高中化學優質課視頻
視頻課題：高中化學人教版選修4化學反應原理第四章第一節《原電池實驗的高效化與微型化創新改進》
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高中化學人教版選修4化學反應原理第四章第一節《原電池實驗的高效化與微型化創新改進》
《原電池實驗的高效化與微型化創新改進》教學設計
一、教材分析
本節內容選自高中化學人教版選4《化學反應原理》的第四章第一節原電池的實驗內容。以化學必修2第二章第二節“化學能與電能”為基礎，將從科學概念的層面和定量的角度比較系統介紹原電池的組成和工作原理，為電解池學習做鋪墊,在原有知識基礎上起到一個承前啟后的作用，它是電化學學習的基礎內容也是核心內容，在生活中占有重要地位。學習本節內容，既可以加深對氧化還原理論的理解，又加深學生對電化學反應所遵循規律的了解；本節設計了一些創新實驗和科學探究活動，結合DIS數字化傳感系統，與信息技術有效結合，有利于學生增強探索化學反應原理的興趣。
二、學情分析
學生已掌握氧化還原反應理論、金屬活動性順序以及物理學中的電學知識；初步了解單液原電池和鹽橋原電池的優缺點。具備設計簡單化學實驗方案的能力，但創新思維還不成熟，缺乏多角度的綜合分析能力。
三、 設計思路
在學生理解原電池概念和構造的基礎上，讓學生動手實驗檢驗自己學過的知識。引導學生通過對改進原電池鹽橋為主線，結合原電池電流穩定性和電流大小、藥品用量三個方面，進行實驗探究，在問題驅動引導下，步步探究深入思考，養成學生“發現問題→分析問題→提出假設→實驗驗證”基本的科學素養，并結合DIS數字傳感技術，以實驗事實為依據，讓數據來說話，重視信息技術在課堂中的應用，切實提高了課堂的有效性，潛移默化中使學生完成概念建構，培養了學生的實事求是、嚴謹治學的科學態度。
四、教學目標
1、知識與技能：
①使學生理解原電池的化學原理，能初步設計簡單的原電池； ②掌握形成原電池的基本條件，并能將理論應用于實際；
2、過程與方法：利用問題驅動科學方法探究實驗創新設計改進方案；通過實驗不斷總結、發現、歸納知識的要點，培養學生的思維能力和創造能力。
3、情感態度與價值觀：通過實驗探究和問題討論，陪養學生的團隊協作精
神及創新、求實的科學態度，激發學生的研究興趣，培養積極探索和精益求精的科學態度。
重點：進一步了解原電池工作原理；
難點：原電池微型化高效化創新實驗方案的選擇與評價； 四、教學環境與準備
教學環境：教室多媒體教學系統、投影儀，學習網站，案例素材等。 多媒體設備：多媒體電腦，電子白板，高拍儀等
實驗儀器：每組DIS數字傳感系統，導線兩根，燒杯若干，銅電極，鋅電極，
濾紙，鑷子，陽離子交換膜、塑料薄膜、石英鐘表
化學藥品：硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液、飽和氯化鉀溶液
五、 教學過程
教學 環節
教師活動 學生活動 設計意圖 學情調查情境導入
播放“美國特斯拉電動跑車”視頻
觀看、 思考
學生在視頻中收到
極大的視覺沖擊，思考電動跑車這么優良的性能，和它的原電池是息息相關的，大大激發學生的學習熱情，帶著高漲的學習興趣進入
問題探究 根據反應：Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu，設計單液原電池和鹽橋原電池兩種原電池。
（1）選擇怎樣的正負極材料以及電解質溶液？畫出裝置簡圖
（2）寫出電極反應式，試分析工作原理
小組交流討論后，寫出電極反應式，學生代表回答問題
調動學生對原電池相
關知識的回顧。
從守恒觀、能量觀角度分析原電池的原理
分組 實驗 實驗探究一：比較單雙液原電池的優缺點 （學生分組實驗，教師巡視指導）
1、并根據學案的表格，記錄所觀察到的實驗現象。
2、根據學生所得到的實驗數據，總結單雙液原電池的優缺點。
預測實驗現象，觀
察并記錄
實驗現
象，總結
出單雙液原電池優缺點
通過實驗探究活動，讓學生體驗實驗探究的基本過程，認識實驗在化學研究和化學學習中的重要作用。
問題展示 合作探究
問題2：從微觀角度分析，單雙液原電池的外電路中電子移動方向和內電路中陰陽離子的移動方向 通過質疑、反問，引導學生發現真正的原因，并將解釋投影以引出下面問題。
問題3：雙液原電池電流小的原因是什么？
如何進行改進呢？
小組交流
討論，對
問題展開
分析
小組代表針對問題的可能原因發言
學生想到的解決方法：將鹽橋加寬變短
思維建模：氧化劑和還原劑不直接接觸，也能夠發生氧化還原的反應。
完善原電池構成條件的知識，突破思維局限性。
培養學生的團隊意識和合作精神，讓學生體會團隊合作的智慧以及解決問題的高效率。
過渡
設疑
問題4：如何改進實驗得到高效化的原電池？ 引導：
1、展示圖片大壩攔截水的圖片，可以
U形管鹽橋變為直線型鹽橋
2、創新方案1：
（1）用培養皿代替燒杯；
（2）條狀凝膠柱代替U型管鹽橋；
小組交流討論 提出各種方案
承前啟后，通過步步設疑，深入探究，讓學生產生疑問，從而引起學生的思考。培養學生分析問題，并用實驗解決問題的能力 實驗探究二：雙液原電池高效化創新改進
1、 多媒體展示微課視頻：培養皿原電池探究實驗 2、 對比U形管鹽橋原電池，
培養皿原電池的優缺點是什么？（從電流大小、穩定性、藥品用量三個方面思考，并填寫學案表格）
學生觀看
并思考
學生通過對比兩組電
池，發散思維，為后面
創新改進打下基礎
過渡 設疑 問題5：培養皿原電池電流增大數倍，藥品用量大，能否設計更微型化的原電池？ 引導：
1、濾紙既可以吸收大量溶液，作為反應池； 2、創新方案2：
（1）濾紙條作為反應池；
（2）蘸有飽和KCl溶液濾紙當做鹽橋；
學生議論
紛紛，討
論得出創
新方案2
濾紙讓學生們腦洞大
開，開拓思維，增強學
生創新能力
實驗 探究
實驗探究三：雙液原電池微型化創新改進 1、 請各小組根據桌上提供的器材，設計一個能提供持續、穩定電流的濾紙微型化原電池。
2、 根據實驗現象，總結出濾紙微型化原電池的優缺點。（從電流大小、穩定性、藥品用量三個方面思考，并填寫學案表格）
各小組按照各自提出的方案，分組實驗
學生自己設計，能達到自己動手做實驗的能力，并能自己自主探究和學習，增強學生的自主學習的能動性。
過渡 設疑
問題6：微型化原電池要品用量大大降低但 電流又降低了，能否設計出既高效又微型化的原電池？
引導：
1、展示課本74頁《化學電源》中，紐扣式鋅銀電池截面紐扣式銀鋅電池圖片。同學們觀察到兩電極中間為浸了KOH溶液的隔板，因此紐扣電池體積雖小能量卻很大！ 2、創新方案3：
（1）中間為隔膜，兩邊為銅鋅電極，隔膜與電極間為電解質溶液。
（2）隔膜可以采用以下三種材料：陽離子交換膜、蘸有飽和氯化鉀溶液的濾紙、塑料薄膜，并分組實驗探究。
學生議論紛紛，討論得出創新方案3，將原電池改進為夾心式的原電池，中間可以采用陽離子交換膜
理論聯系實際，用紐扣電池引導同學們思考將中間的鹽橋改進為陽離子交換膜，既縮短了鹽橋的距離，又增大了截面積，減小原電池內阻，增大電流。 一是將課堂化學實驗微型化改進。試劑用量少，可多次重復使用，符合綠色化學理念； 二是借助數字化實驗系統，讓實驗數據來說話。
合作 學習 成果 匯報
實驗探究四：原電池高效化微型化創新再改進
1、 各小組根據創新方案三，按照步驟探究實驗：夾心式原電池創新改進。并分組探討，中間隔膜為陽離子交換膜、蘸有飽和KCl溶液的濾紙、塑料薄膜的實驗現象（從電流大小、穩定性、藥品用量三個方面思考，并填寫學案表格）。 2、學生小組談論，代表發言每個小組的實驗現象及結果
3、微觀角度原因探究：夾心式原電池中中間隔膜采取不同材料，微觀粒子是如何運動的？
引導：
內電路中陽離子交換膜僅可以透過陽離子、蘸有飽和KCl溶液的濾紙可以透過任何離子、塑料薄膜不能透過任何離子
小組內交流討論后，小組代表匯報實驗情況
小組交流討論，小組代表回答問題
培養學生的團隊意識和合作精神。
通過上面的實驗探究，學生對原電池的構造及運行有進一步的了解，在此基礎上，落實本節課的知識性教學目標，理解膜電池的工作原理，為生活中的電化學和高考電化學知識打下基礎
知識
梳理 歸納總結
1、 原電池改進思路是什么？ 2、 本節課改進的主線是什么？
3、陽離子交換膜原電池主要有哪些優點？ 思考、答
題
通過對本節課探究實驗的反思歸納，引導同學們思考改進后的原
電池的的優點，聯系生
活實際，理論聯系實
際，明白科學探究的意義，增強求是創新精
神。
學以致用 角色
提升
問題：根據上述實驗結論，利用所提供的材料，組裝”完美”的電池，使石英表工作？
引導：
1、 有同學直接把改進后的電池，石英表沒
用轉動起來？ 2、 引導可以從串聯、增大截面積等方面思
考
通過本節課的學習，同學們已經學會“提出問題、解決問題”的方法和思想，進一步引導：般陽中學的下一屆科技節，你能夠創
學生小組討論，思考、交流討論，同學們根據本節課的思考，踴躍參加，解決問題。
通過學生們的努力，石英表終于轉動起來了，學習正確的科技觀念可以指導我們的生活和學習，培養“學以致用”的學習觀。
深刻體會出化學的美，化學的魅，“化學就在身邊”的情感態度.
作出屬于你自己的小發明，小創造？期待大家的精彩表現！
歸納總結
1、 生活中的膜電池
改進后膜電池就是生活中常見電池的最基本模型（包括正極、負極、隔膜、電解質，在加漂亮的外殼）
請舉例我們生活中常見的電池。
2、 高考中的膜電池
膜電池也是我們高考中的熱點與難點
3、通過本節課，你收獲了什么？
同學們舉出很多生活中的電池：電動車鋰離子電池、手機電池、電腦電池等等；
通過類比歸納，構建模型，用實驗數據來說話，提高學生科學探究精神。
讓學生體驗科學，得出“科學只有不斷探索，科技才會更加進步！讓我們的生活才更加美好”的科學道理！
達 標 檢 測 鞏 固 提 高
A級
1.原電池中發生的反應一定是（ ） A．化合反應 B.置換反應
C．非氧化還原反應D.氧化還原反應
2.下列各變化中屬于原電池反應的是（ ）
A、在空氣中金屬鋁表面迅速氧化形成保護層
B、鍍鋅鐵表面有劃損時，仍然能阻止鐵被氧化
C、紅熱的鐵絲與冷水接觸，表面形成藍黑色保護層
D、濃硝酸比稀硝酸更能氧化金屬銅3.如圖所示的裝置中，在產生電流時，以下說法不正確的是（ ） A．Fe是負極，C是正極 B．負極反應式為：Fe－3e－= Fe3＋
C．內電路中陰離子移向FeCl2溶液 D．電流由石墨電極流向Fe電極
4.銅鋅原電池（右圖）工作時，下列敘述正確的是（ ）
A．正極反應為：Zn－2e－= Zn2＋ B．電池反應為：Zn＋Cu2＋= Zn2＋＋Cu C．在外電路中，電子從正極流向負極
限時答題
根據題目難易分類設計習題，限時訓練，當堂檢測學生的課堂效果，根據反饋情況再有選擇的布置作業D．鹽橋中的K＋移向ZnSO4溶液
B級
依據氧化還原反應：
2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池，如圖所示。 請回答下列問題：
(1)電極X的材料是________；電解質溶液Y是________。 (2)銀電極為電池的________極，發生的電極反應為
____________________________；X電極上發生的電極反應為
____________________________。
(3)外電路中的電子是從________極流向______極。 C級
2.[2014·新課標全國卷Ⅰ，27(4)]H3PO2也可用電滲析法制備。“四室電滲析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：
(1)寫出陽極的電極反應式：____________________________________。 (2)分析產品室可得到H3PO2的原因：____________________________________。 (3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去陽極室與產品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產品室。
課后 限時答題
課后 限時答題
鞏固對重難點的理解；
鞏固對重難點的理解；
其缺點是產品中混有____________雜質。該雜質產生的原因是___________________。
課堂
風采
小組評價
根據本節課中的小組得分，評出本節課
的冠軍、亞軍、季軍小組，并給予掌聲鼓勵
和水果鼓勵！
通過評價，幫助學生正
確地認識自己的態度、能力、知識等方面的成就和問題，增強自尊心與自信心，改進學習方法，提高學習質量。
新課鏈接預習指導
化學電池是一類應用范圍廣、實用性強的電源，小到手表、單放機、兒童玩具，大到航空航天、衛星通訊，幾乎無處不在。在日常生活和學習中，你用過哪些電池？你知道哪些是一次電池、二次電池和燃料電池嗎？讓我們一起走進“電池大PK”
---《化學電源》這節課，一起探索其中的奧秘吧？
重難點問題聚焦:
1、認識一次電池、二次電池和燃料電池的反應原理、性能及其應用。
2、掌握電極反應和原電池總反應方程式的書寫。
分發預學
案
完成教學環節，查缺補漏，鞏固提高。 指出下節課的重難點問題，為學生的預習做出明確的指導。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
