原電池
課前準(zhǔn)備:學(xué)生課桌上放有盛稀硫酸的玻璃缸、電流汁、鋅片、銅片、導(dǎo)線。(兩人一組)]
[上課]
師:工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研、日常生產(chǎn)中,常常使用哪些電池?××同學(xué)。[指定學(xué)生]
生(1):蓄電池、干電池、溫差電池、氧化銀電池、高能電池等。
師:××同學(xué)[指生(1)]參加區(qū)里少年科技站活動,因此他解得很多,講得很好。
化學(xué)電池一般都是根據(jù)原電池原理制成的。為了更好地使用各種電池,并創(chuàng)造出更多更好的新電池,必須學(xué)習(xí)最簡單的電池,也就是學(xué)習(xí)原電池的構(gòu)造和它的工作原時。[板書:一、原電池]化學(xué)反應(yīng)時常伴隨著光、熱這樣一些現(xiàn)象。化學(xué)反應(yīng)是否有電流效應(yīng)呢?如果有的話,電流又是怎樣產(chǎn)生的呢?我們一起做一個實驗,請大家把書翻到154頁(實驗5-3)。大家都經(jīng)過預(yù)習(xí),具體操作不必多講,做實驗時請觀察三個現(xiàn)象,并認(rèn)真思考產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因,也可適當(dāng)?shù)卣归_一些討論。第一,鋅片、銅片平行插入盛有衡硫酸的玻璃缸里,仔細(xì)觀察鋅片上有沒有氣體?其次,拿導(dǎo)線把鋅片、銅片連接起來,再看一看銅片有沒有氣體產(chǎn)生?鋅片上現(xiàn)象有無變化?最后我們把鋅片、銅片連接一個電流計、看看電流計的指針有沒有偏轉(zhuǎn)?實驗結(jié)束以后,鋅片和銅片用自來水沖洗沖洗,放在塑料燒杯里。盛衡硫酸的玻璃缸仍放在桌子上。下面大家開始做實驗。[教師在黑板上畫上原有電池示意圖(圖1)]
[學(xué)生邊實驗邊開展討論;教師邊巡視邊進行個別指導(dǎo)。]
注意!連接電流計時,銅片上的導(dǎo)線接在電流計刻有正0.6處,鋅片上的導(dǎo)錢接在電池計刻有負(fù)的地方。[稍待片刻]好,全部結(jié)束,請大家迅速把鋅片、銅片用水沖洗一下,放在塑料燒杯里,玻璃缸、電流計、燒杯都放在桌子的正上方。
現(xiàn)在我們請同學(xué)匯報一下,在實驗時看到一些什么現(xiàn)象?××同學(xué)。[指定學(xué)生]
生(2):看到鋅片上面有氣泡,用導(dǎo)線連接起來,銅片上有氣泡。
師:連接導(dǎo)線前后,鋅片和銅片的現(xiàn)象各有什么不同?
生(2):連接導(dǎo)線前,鋅片上有氣泡,銅片上無氣泡;連接導(dǎo)線后,鋅片上氣泡減少,銅片上出現(xiàn)比較多的氣泡。
師:然后在導(dǎo)線中連接電流計,又看到什么現(xiàn)象?
生(2):電流計的指針有一些偏轉(zhuǎn)。
師:鋅片、銅片插入稀硫酸中,鋅片有氣泡產(chǎn)生,銅片上沒有氣泡產(chǎn)生,這是什么原因?×××同學(xué),[指定學(xué)生]你講講看。
生(3):鋅的活動性大,所以有氣泡;銅的活動性小,所以沒有氣泡產(chǎn)生。
師:大家想想,這樣回答完整嗎?×××同學(xué)。[指定學(xué)生]
生(4):在金屬活動性順序表中,鋅排在氫的前面,容易失去電子,能置換酸中的氫。
師:銅呢?
生(4):銅排氫的后面,不能置換酸中的氫。
師:在金屬活動順序表中,鋅排氫的前面,鋅的化學(xué)性質(zhì)比氫活潑,鋅原子易失電子給硫酸溶液中的氫離子。鋅不斷溶解,鋅原子變成鋅離子,氫離子得到電子變成氫離子。兩上氫原子結(jié)合成氫分子,鋅片上有氣體即氫氣逸出。[板書]現(xiàn)在再考慮:為什么鋅片、銅片連接了導(dǎo)線以后,如果鋅片很純的話,鋅片上的氣泡很少。幾乎沒有,而銅片上的氣泡卻很多,什么道理?××同學(xué)。[指定學(xué)生]
生(5):鋅被氧化成鋅離子進入溶液,溶液中的氫離子從銅片獲得電子,被還原成氫原子。
師:同學(xué)們能回家預(yù)習(xí),很好。但回答問題要針對題意,經(jīng)過思考后用自己的語言來回答。大家看到銅片上氣泡很多,鋅片上氣泡少了,這是什么道理呢?××。[指定學(xué)生]
生(6):鋅原子失電子變成鋅離子,電子通過導(dǎo)線流向銅片上,氫離子在銅片上得電子,變成氫原子再組成氫分子。銅片上有很多氫氣泡。
[評述:在這類探索性實驗中,操作并不困難,重要的是觀察現(xiàn)象要細(xì)微,否則無收獲。在觀察到現(xiàn)象后,分析電子的流動和轉(zhuǎn)移的路線是重要的課題。一定要讓學(xué)生得到如下結(jié)論:鋅片與稀硫酸接解反應(yīng)時,電子是在鋅和氫離子之間直接轉(zhuǎn)換;而在鋅片用導(dǎo)線與插在稀硫酸時的銅片接連時,電子是由鋅片通過導(dǎo)線到達(dá)銅片后,在銅片上向氫離子轉(zhuǎn)移。在學(xué)生的回答中,有一句話最重要:“鋅原子失去的電子通過導(dǎo)線流到銅片上”,要特別強調(diào)。在電子通路得到控制后,原電池的使用才成為可能。]
師:鋅是比較活動的金屬,鋅片的鋅原子失電子變成鋅離子,溶解在溶液里。鋅原子失去電子通過導(dǎo)線流到銅片上,而溶液中的氫離子從銅片上得到電子變成氫原子,二年氫原子組成了氫分子。因此,在銅片上就有氣體出發(fā)。大家也可以考慮一下:鋅原子失電子變成二價鋅離子,氫離子得電子變成氫原子都是一些什么反應(yīng)呀?×××同學(xué)。[指定學(xué)生]
生(7):鋅原子失電子發(fā)生氧化反應(yīng),氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)。
師:鋅原子失去電子變二價鋅離子的反應(yīng)為氧化反應(yīng);氫離子得電子變氫原反應(yīng)是還原反應(yīng)。在導(dǎo)線中連接了電流計,大家都看到電流計的指針有偏轉(zhuǎn)的。說明導(dǎo)線里有電流通過,考慮一下上述實驗裝置,怎么會產(chǎn)生電流的?電子流動的方向,又是怎樣的呢?請同學(xué)們討論。
生(8):電流的產(chǎn)生是由于電子從鋅片流向銅片。
師:有誰補充?××[指定學(xué)生]
生(9):因為鋅片上電子多,鋅片、銅片之間有電勢差
師:產(chǎn)生電流的根本原因是什么?
[評述:產(chǎn)生電流的根本原因,在化學(xué)里是無法弄明白的。學(xué)生回答的產(chǎn)生電勢差的事實,也是根本原因之一,如果學(xué)生在高中電學(xué)里已學(xué)過這個原理,教師可提醒一下。如果學(xué)生的尚未學(xué)到,則化學(xué)教師可以輕輕帶過,待學(xué)生到物理學(xué)習(xí)中再深究。這里,也許只需突出氧化-還原反應(yīng)的自動變化。]
生(10):鋅片上鋅原子發(fā)生氧化反應(yīng),銅片上的氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),使導(dǎo)線中的電子從鋅片流向銅片。
師:鋅片、銅片上發(fā)生了氧化-還原反應(yīng),使電子從鋅片不斷地流向銅片而形成電流,這是上述裝置產(chǎn)生電流的根本原因。鋅比銅活動,容易失去電子,鋅片上的電子比銅片多,鋅片與銅片間有電勢差,電子從鋅片流向銅片。我們再看看上面的實驗裝置有什么特點?請大家翻開書,第155頁,第四行:“把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫原電池!蔽覀儎偛抛鰧嶒灥难b置就是原, 鋅、銅、衡硫酸組成的一個鋅銅原電池,F(xiàn)在大家可以搞清楚了,什么是原電池。
原電池中電子流出的這一極稱為負(fù)極;原電池電子流入的這一極稱為正級。鋅、銅原電池中鋅和銅各是什么極?
生(集體):鋅片是負(fù)極;銅片是正極。
師:鋅、銅原電池中,鋅片是電子流出的稱為負(fù)極,銅片是電子流入的稱為正極。負(fù)極鋅片,正極銅片,各發(fā)生什么反應(yīng)?
生(集體):負(fù)極鋅片上發(fā)生氧化反應(yīng);正極銅片上的H+發(fā)生還原反應(yīng)。
師:負(fù)極鋅片,電極鋅本身被氧化正極銅片,H+在電極銅上被還原。鋅銅原電池中的電子,從負(fù)極鋅片流向正極銅片。
為了更好地學(xué)習(xí)原電池的工作原理,我們可以用電極方程式,表示原電池兩電極上所發(fā)生的反應(yīng)。電極方程怎樣寫法呢?寫電極方程式時,[指黑板上所寫的電極方程式應(yīng)寫清楚正極、負(fù)極;在電極后面括一個括號,寫電極材料名稱;然后再書寫原子(分子)或離子的符號,以及得失電子的數(shù)目;最后配平并在反應(yīng)物、生成物的符號間寫等號。]
[評述:電極方程式的書寫一定要規(guī)范,這有利于鞏固對電極反應(yīng)的氧化還原本質(zhì)的理解。]
[教師將放有的盛稀硫酸的玻璃缸,硫酸銅溶液的玻璃缸,酒精溶液的玻璃缸,鋅片、銅片、銀片、石墨棒以及導(dǎo)線的示教盤和大型電流計擺在講臺上。]
師:下面我再來做幾個實驗,請大家仔細(xì)觀察。這是鋅片、石墨棒,在玻璃缸里的是稀硫酸[出示實物],現(xiàn)在如果我把鋅片和石墨棒放在稀硫酸里,鋅片上有氣泡嗎?
生:有氣泡。
師:石墨棒上有氣泡嗎?
生:沒有。
師:現(xiàn)在我用一根導(dǎo)線,把鋅片和石墨棒連接起來。[教師演示]請×××同學(xué)[指定學(xué)生]代表大家來看一下,并向大家匯報看到的現(xiàn)象。
生(11):鋅片上氣泡減少,石墨棒上有氣泡產(chǎn)生。
師:把電流計連接在鋅片和石墨棒中間[教師演示],大家看看講臺上電流計指針,電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
下面我們做第二個實驗。這里有兩塊鋅片,玻璃缸里是稀硫酸[出示實物]把兩塊鋅片插入稀硫酸里[教師演示],兩塊鋅片有什么現(xiàn)象?
生:都有氣泡。
師:如果在兩塊鋅片間,連接一電流計[教師演示],大家看看,電流計的指針是否有偏轉(zhuǎn)?
生:沒有偏轉(zhuǎn)。
師:兩塊鋅片插入稀硫酸連接電流計,兩塊鋅片都有氣泡產(chǎn)生,電流計指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
下面我們做第三個實驗。這是一塊鋅片,這是一塊銀片,玻璃缸是硫酸銅溶液[出示實物],把鋅片、銀片插入硫酸銅溶液中,放置片刻后,取出銀片[教師演示],大家看看,銀片上有什么現(xiàn)象?
生(部分):變暗了;(部分):有暗紅色。
師:如果在鋅片、銀片中,連接一個電流計[教師演示],大家看看,電流計的指針是否有偏轉(zhuǎn)?
生:有偏轉(zhuǎn)。
師:鋅片、銀片插入硫酸銅溶液,連接電流計,鋅不斷溶解,銀片有暗紅色物色析出,電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
最后一個實驗,也就是第四個實驗。這是一塊鋅片、一塊銅片,玻璃缸里是酒精溶液[出示實物]。
現(xiàn)在我們把鋅片和銅片插入酒精溶液[教師演示],大家仔細(xì)觀察,有什么現(xiàn)象?
生:沒現(xiàn)象。
師:鋅片、銅片插入酒精溶液,鋅片、銅片都沒有現(xiàn)象。如果用導(dǎo)線把鋅片、銅片連接起來,鋅片、銅片上仍然沒有現(xiàn)象,F(xiàn)在我在鋅片、銅片間, 連接一個電流計[教師演示],大家看看,電流計指針是否有偏轉(zhuǎn)?
生:沒有偏轉(zhuǎn)。
師:鋅片、銅片插入酒精溶液,連接電流計,鋅片、銅片上沒有現(xiàn)象,電流計指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在請大家考慮:這四個實驗中,哪幾個既發(fā)生化學(xué)反應(yīng),又能產(chǎn)生電流?請×××同學(xué)回答。
生(12):第一和第三。
師:第一和第三個實驗。既發(fā)生化學(xué)反應(yīng),又能產(chǎn)生電流,這些裝置是原電池;第二個實驗發(fā)生化學(xué)反應(yīng),但無電流產(chǎn)生;第四個實驗既不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),也沒有電流產(chǎn)生,這些裝置都不是原電池。
現(xiàn)在請大家考慮:原電池由哪幾部分構(gòu)成?每部分用什么材料?材料有什么要求?也就是說,請臧克家總結(jié)歸納一下,構(gòu)成原電池要哪些條件?請×××同學(xué)講講看。
[評述:在了解原電池作用的 ,分析原電池的構(gòu)造。而且,教師對構(gòu)造的教學(xué)是通過四個實驗,讓學(xué)生自己去觀察、比較,然后獨立歸納出構(gòu)成原電池的條件。這是教師在能力培養(yǎng)的要求下,作出的別具匠心的安排。學(xué)生在通過這一過程的教學(xué)后,不僅獲得了知識,也提高了學(xué)習(xí)能力。]
生(13):第一是有兩種金屬;第二是有電解質(zhì);第三有要導(dǎo)線。
師:是否一定是兩種金屬?
生(13):也可以金屬和非金屬。
師:如果是兩種金屬,要求兩種怎樣的金屬?
生(13):一種金屬在金屬活動順序中排氫前面;一種排在氫的后面。
師:原電池可由兩種活潑不同的金屬作電極,一種金屬比較活潑,一種金屬比較不活潑,這是相對比較來說的。兩種金屬不一定要一種排在金屬活動順序表氫前,一種排在氫后面。如兩種金屬都排在金屬活動順序表氫后面,只要活動性不同也就可以。當(dāng)然也可以由一種金屬和一種非金屬作電極,非金屬主要是指石墨。如Zn-C是一種金屬和一種非金屬作電極;Zn-Ag是一種活潑的金屬與一種較不活潑的金屬作電極。兩電極必須插入電解質(zhì)溶液。注意!一定要溶液,電解質(zhì)溶液存在自由移動的離子,陽離子參加電極反應(yīng),如稀硫酸溶液中有自由移動的氫離子,H+參加電極反應(yīng);硫酸銅溶液中有自由移動的銅離子,Cu2+參加電極反應(yīng)。[稍停]
現(xiàn)在總結(jié)一下,歸納一下:“構(gòu)成原電池的條件”,請記錄:[學(xué)生記錄]第一,必須有活動性不同的兩種金屬,或金屬和非金屬作電極;第二,兩電極直接插入電解質(zhì)溶液;第三,正常工作的原電池兩電極,必須用導(dǎo)線連接起來。實驗一、三的裝置是原電池,它們完全符合構(gòu)成原電池的三個條件。實驗二、四的裝置不是原電池。實驗二,兩塊鋅片是同種金屬,不符合必須要有活動性不同的兩種金屬作電極的條件;實驗四的酒精溶液是非電解持溶解,不符合兩電極必須插入電解質(zhì)溶液的條件。
下面請大家再進一步研究一下:(1)Zn、C、稀H2SO4,(2)Zn、Ag、CuSO4溶液--這兩個原電池的工作原理。鋅片、石墨棒插入稀硫酸,用導(dǎo)線連接后,石墨棒上產(chǎn)生什么氣體?怎樣會產(chǎn)生的?鋅片上發(fā)生了什么變化?怎樣會發(fā)生的?××同學(xué)。[指定學(xué)生]
[評述:這里重復(fù)地研究原電池的工作原理,教學(xué)要求與前面是不同的。上課開始階段的研究,屬于識記水平,只讓學(xué)生識記一下,獲得初步理解;現(xiàn)在研究原電池工作原理,則要求學(xué)生從簡單應(yīng)用,達(dá)到直接應(yīng)用的學(xué)習(xí)水平。教師可以在觀察學(xué)生應(yīng)用的現(xiàn)場,了解學(xué)生是否已經(jīng)真懂,而且可以對學(xué)生難免出現(xiàn)的一些錯誤,及時作出糾正。例如,在電解質(zhì)為硫酸銅溶液時,正極上究竟是什么物質(zhì)發(fā)生了還原反應(yīng),這是原理的應(yīng)用。課堂上的條件很好,有實驗可以觀察,也有條件作理論分析,糾正學(xué)生錯誤是并不困難的。在這里,任課教師安排教學(xué)時,考慮得到周到,要求學(xué)生會操作,會口述和會正確書寫電極反應(yīng)式,這類教學(xué)是很細(xì)膩的。]
生(14):石墨棒上有氫氣產(chǎn)生,硫酸溶液中的氫離子,在石墨棒得到電子變成氫原子,兩個氫原子進一步變成氫分子。
師:這是什么反應(yīng)?
生(14):還原反應(yīng)。
師:鋅片上發(fā)生什么變化呢?
生(14):鋅不斷溶解。
師:鋅片上的鋅原子失去電子變?yōu)殇\離子,進入溶液。這是什么反應(yīng)?
生(14):氧化反應(yīng)。
師:鋅、碳原電池中,哪個電極為正極?哪個電極為負(fù)極?×××同學(xué)。[指定學(xué)生]
生(15):鋅片是負(fù)極,鋅片上有電子流出;石墨棒是正極,電子流入石墨棒。
師:鋅片、銀片插入硫酸銅溶液,用導(dǎo)線連接后,銀片上生成暗紅色物質(zhì)是什么?怎樣會產(chǎn)生的?鋅片上發(fā)生了什么變化?怎樣會發(fā)生的?×××同學(xué)。[指定學(xué)生]
生(16):銀片上有銅產(chǎn)生,硫酸銅溶液中的銅離子,從銀片上得到電了,變成銅原子,銅附在銀片上。鋅不斷溶解,鋅片上鋅原子失電子變鋅離子,進入溶解。
師:負(fù)極鋅片上鋅原子失電子變成鋅離子,是什么反應(yīng)?
生(集體):氧化反應(yīng)。
師:正極銀片上銅離子得到電子,變成銅原子,是什么反應(yīng)?
生(集體):還原反應(yīng)。
師:下面請大家在紙上做練習(xí)。
在圖上標(biāo)明正負(fù)極和電子轉(zhuǎn)移方向,寫出電極方程式。
師:我們分析一下,看看做得對不對。鋅是負(fù)極,銀是正極,電子從負(fù)極鋅片流向正極銀片,對嗎?
生(集體):對。
師:負(fù)極鋅片,鋅原子失電子成鋅離子,正極銀片上氫離子得電子變成氧原子,結(jié)合成氫分子。對嗎?
生(集體):不對。 [議論紛紛]
師:不對在什么地方?×××同學(xué)。[指定學(xué)生]
生(18):正極銀片上,銅離子得電子變成銅原子。
師:實驗證明,正極銀片上有銅生成,從理論上來看,為什么是銅而不是氫氣呢?硫酸銅溶液中有較多的銅離子和極少量的氫離子,在金屬活動順序表中,銅排在氫后面,氫原子比銅原子容易失電子,而銅離子比氫離子容易得出電子,因此,應(yīng)該銅離子得電子生成銅原子。[板書]
現(xiàn)在我們來總結(jié)一下原電池的化學(xué)原理。大家一起看書,第155頁第五行:“原電池電子流出的一極是負(fù)極(如鋅片),電極被氧化”。Zn、Cu原電池,負(fù)極是鋅片,而一般原電池負(fù)極是相對活潑的金屬,相對活潑的金屬的原子,容易失去電子,電子流出,電極本身被氧化。在書上鋅片邊上可寫上:“相對活潑的金屬”。再往下看:“電子流入的一極是正極H+在電極上被還原!盳n、Cu原電池,正極是銅片,H+在正極上被還原,而一般原電池,正極是相對不活潑的金屬或非的石墨,電了通過導(dǎo)線流入正極,電解質(zhì)溶液中的陽離子,在正及得到電子被還原。大家在書上銅邊上寫上:“相對不活潑金屬或非的石墨”;氫離子邊上寫:陽離子。
原電池從外電路來看,電子從負(fù)極流向正極;從內(nèi)電路來看,負(fù)極金屬原子失去電子被氧化,正極陽離子得電子被還原。內(nèi)電路兩極上發(fā)生氧化-還原反應(yīng),外電路兩極電子定向流動,產(chǎn)生電流,化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>
回家認(rèn)真復(fù)習(xí)原電池。預(yù)習(xí)金屬的腐蝕和防護。完成書面作業(yè)160頁第一題和補充題:畫原電池的示意圖,標(biāo)出正負(fù)極和電子流動方向,寫出電極方程式,并注意反應(yīng)所屬類型。做實驗并進行思考,準(zhǔn)備課堂討論:161頁第二題。今天中午和放學(xué)后開放實驗室,請大家自己選擇時間到實驗室做實驗。
[下課]
[ 附]板書
1.什么是原電池
2.權(quán)成原電池的條件
3.原電池的工作原理
[評述:這是一堂原電池概念的理論課。教學(xué)要求明白,教學(xué)過程很有層次和節(jié)奏,貫徹了由表及里、由易到難的教學(xué)原則。而且,本堂課體現(xiàn)了學(xué)生是教學(xué)中的主體精神,實驗是由學(xué)生獨立進行或觀察的,結(jié)論是由學(xué)生自己得到的。把教學(xué)中大多采用的驗證性實驗,改為探索性實驗,把觀察實驗過程和抽象思維過程結(jié)合起來,有利于發(fā)展學(xué)生的能力。
在教學(xué)中,教師的主體任務(wù)是向?qū)W生提出問題、揭露矛盾、引導(dǎo)思考、組織活動(或?qū)嶒灒⒔獯鹨呻y和指引進一步學(xué)習(xí)的途徑。教師不能代替學(xué)生去學(xué)習(xí)。用“喂”和“填”的辦法進行教學(xué),雖然可以使學(xué)生學(xué)起來輕易一些,但正因為輕易了,就妨礙了學(xué)生的鉆研精神的培養(yǎng)和自學(xué)能力的提高。本堂課的教學(xué)基本上避免了“代替學(xué)習(xí)”的舊模式。同時,也反對了所謂“放手讓學(xué)生自己去探索”,模糊教學(xué)的具體目標(biāo)的做法,防止走向另一個極端。它保持了教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位的較好的統(tǒng)一。
學(xué)生在回答問題時,不可能十全十美,會出現(xiàn)一些曲折。在班級教學(xué)中,各個學(xué)生的學(xué)習(xí)能力不可能完全一致,教師要善于利用這些曲折去“借題發(fā)揮”,幫助一部分設(shè)疑、解難,使這些學(xué)生跟上全班水平。在教學(xué)中的一些“迂回”,有時對學(xué)習(xí)水平較高的學(xué)生也是需要的,可以使他們在“回旋”中培養(yǎng)再現(xiàn)性思維和創(chuàng)造性思維。在這個問題上,如何掌握“火侯”,這是教師的教學(xué)的教學(xué)藝術(shù)。本堂課的教學(xué),在這方面似可更放手一些。
未來的文盲將不是那些不識字的人,而是沒有學(xué)會怎樣學(xué)習(xí)的人。]
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