《化学能转化为电能》实验教学设计

扬州   赵园园   邮箱：zhangnaonao2007@163.com

实验教学目标：

知识与技能：理解原电池原理，掌握形成原电池的条件。

过程与方法：通过原电池的形成条件、原电池的设计实验探究，初步了解控制实验条件的方法；通过比较各组实验现象，培养交流、分析、归纳能力；

情感、态度与价值观：在理论分析、实验探究求证原电池工作原理、形成条件中培养严谨、求实的科学态度。

实验教学设计的基本程序

采用

的教学方法，引导学生从身边走进化学，从化学走向社会。

实验内容：

实验名称：化学能转化为电能的探究性实验

实验仪器：铁架台、万用表、培养皿、胶头滴管、滤纸， 音乐贺卡，干电池，闹钟，小烧杯、碳棒、U 形管、药匙、200mL烧杯、两端带鳄鱼夹的导线等。

实验药品：分析纯锌粒，铜片，碳棒，L型铜丝，无水乙醇，1：10硫酸、果冻、饱和KCl溶液、1moL/L的ZnSO₄溶液、1moL/L的CuSO₄溶液、饱和硫酸钠溶液、紫色石蕊溶液、酚酞溶液等。

实验方法设计：装置及实验过程照片：

一、理解原电池原理

二、探究原电池形成条件

三、盐桥电池

图4“铜锌—硫酸”盐桥电池

四、设计氢氧燃料电池

图5 氢氧燃料电池

实验教学过程设计

一、理解原电池原理

[学生探究实验一]

1、将一粒锌粒和一根L型铜丝先后放入盛有稀硫酸的培养皿中，观察、记录实验现象；

2、将L型铜丝放在锌粒上，让两者接触，观察、记录实验现象，并与1中现象比较。

[设计意图：]将教材中的烧杯实验改成了培养皿实验：将一定量的稀硫酸加入培养皿中，放入锌粒与铜丝，当铜丝与锌粒不接触时，锌表面产生大量气泡，接触时，铜表面产生大量气泡。传统实验，当锌片与铜片用导线连接时，锌表面的气泡反而比铜表面的气泡多。与传统实验相比较：实验材料简单易得，现象非常明显，操作也很简单，便于学生分组探究。

[学生探究实验二]

3、将万用表的选择开关旋转到100mA档,万用表表笔正确连接干电池的正负极，观察万用表指针是否偏转；

4、将万用表的选择开关旋转到10mA档，，用万用表的黑笔接触锌粒、红笔接触铜丝，观察万用表指针是否偏转？

[交流分析，归纳小结] 结合上述两组对比实验，思考以下问题（1）铜丝和锌粒分别相当于干电池的什么极？（2）铜表面的气泡是什么？何以产生？（3）H⁺在铜丝表面获得电子，电子从何而来？（4）H⁺移动方向如何？（5）总结：电子的移动方向？电流的流向？（6）根据宏观-微观-符号三重表征，尝试书写实验4中两极反应？总结电极反应式和总反应式书写特点。

[设计意图:] 对比实验，学生对现象发出惊叹的同时，好奇心，求知欲被充分激发起来。接下来回到问题的本质。设计层层递进的问题链，引导学生解决问题。引导学生从微观的视角分析和解释物质的宏观变化，有效激发学生高水平的思维活动。从而解决什么是原电池，原电池让电子的转移变成电子的定向移动，将氧化还原反应的化学能转变为电能，产生电流。

二、探究原电池的形成条件

[学生探究实验三]有下列材料：Zn粒、Cu片、C棒，稀硫酸、硫酸铜、无水乙醇，请同学们设计类似于Cu、Zn、H₂SO₄原电池的装置。

实验探究哪些方案能够形成原电池，观察万用表的指针是否偏转？（锌粒重新取用, 调好万用表,黑笔接触Zn粒）

[小结] 形成原电池一般需要满足以下几个条件：两个电极(如金属+金属或金属+石墨棒)；电解质溶液或熔融电解质；形成闭合回路；有自发的氧化还原反应

[设计意图：]学生自己设计原电池，根据实验结果，得出形成原电池的一般条件。让学生主动学习，探究学习，合作学习，在合作交流中构建新知。

三、盐桥电池，提高电池能量转化率

[探究实验四]盐桥电池

1、用药匙取三小勺果冻放于U 形管的底部，将U 形管放入100℃ 的热水浴中加热至果冻溶解，U型管两端分别滴加3—4滴饱和KCl溶液，震荡，再将U 形管放入冷水浴中，果冻凝固，充当盐桥。

2、在U形管的两端分别加入1moL/L的ZnSO₄溶液，1moL/L的CuSO₄溶液，注意均匀加，防止一端溶液过多，导致盐桥松动。

3、将U形管固定于铁架台上。在加有ZnSO₄溶液的一端插入锌片，在加有CuSO₄溶液的一端插入铜片

4、使用鳄鱼夹，将电源正、负极与音乐贺卡的正、负极相连。

[设计意图：] 让学生真切感受到化学是一门实用的科学，从听觉、视觉角度感知化学能转化为了电能，在实验的不断改进、完善中感受科学探究的艰辛。也给学有余力的学生一个更开阔的思维空间。

四、运用知识，设计原电池

[探究实验五]氢氧燃料电池：借助于刚才使用的U型管，两端加入饱和硫酸钠溶液，将碳棒捆绑作为电极，连接电源的正负极，电解约30秒，断开电源，正确连接音乐贺卡的正、负极，氢氧燃料电池又成功制得，这样制得的燃料电池可持续放电1分钟以上。

[设计意图：]化学来源于生活，服务于生活，了解了原电池的工作原理，我们也可以利用身边的物品设计原电池，只要条件允许，自发的氧化还原反应，就可以设计成原电池，通过趣味实验，学生进一步完善知识体系，也为学有余力的学生提供更深层次的思考和发展的空间。

[结语]  电池已经诞生了200多年，各类电池层出不穷。有最环保木制电池、会呼吸的锂空气电池、20年寿命氚电池、柔性太阳能电池、环保又经济的生物电池、尼泊尔小伙的头发丝电池、还有新型纳米纤维电池，电池领域值得我们不断的去探索，去发现、去创新。

教学反思

本节课主要解决了三个问题：什么是原电池；如何形成原电池；如何设计原电池，在解决这些问题的过程中，又向学生渗透了提高电池放电量的方法：构成盐桥电池，增加电极材料与溶液的接触面积等。

教学过程中有以下几方面需要进一步思考的：

1、探究实验一，学生在研究原电池的形成条件时，极易将万用表的表针接触到电解质溶液，从而对实验产生干扰。我们能否这样去改进：将滤纸浸透电解质溶液放于培养皿中，但这时实验的环境发生了变化，是否也对实验产生干扰呢？

2、将果冻溶解，再配合少许氯化钾溶液，再凝固于U型管的底部构成的实验教具，不仅可以完成盐桥电池实验，还可以设计完成燃料电池，更可以探究电池水的实质，体现了一物多用的特点。

3、电池的放电量除了受到电极材料与溶液的接触面积的影响外，还有众多因素,比如电极材料本身，本节课没有涉及到这方面的研究。