張新勇

摘 要：化學(xué)課程分模塊教學(xué)，模塊間的脫節(jié)之處比較多，整合教學(xué)資源，創(chuàng)造性使用教材是化學(xué)教學(xué)的要求。將必修2的“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”與選修《化學(xué)反應(yīng)原理》的“原電池的工作原理”進(jìn)行整合教學(xué)，形成解決原電池問題的一般思路與方法，有利于促進(jìn)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：原電池;整合教學(xué)設(shè)計(jì);證據(jù)推理與模型認(rèn)知

一、整合思路分析

原電池的工作原理是發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的重要載體。蘇教版必修2的“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”以鋅銅單液電池為例讓學(xué)生建立最簡單的原電池模型認(rèn)知，并通過證據(jù)推理讓學(xué)生初步認(rèn)識原電池的工作原理。蘇教版選修《化學(xué)反應(yīng)原理》的“原電池的工作原理”以帶鹽橋的鋅銅雙液電池為例發(fā)展學(xué)生的原電池模型認(rèn)知，提升學(xué)生對原電池的工作原理的認(rèn)識。但是，學(xué)生在必修2的學(xué)習(xí)過程中，由于單液電池的特點(diǎn)，產(chǎn)生諸多疑問，如：Zn片表面為什么有氣泡產(chǎn)生？原電池兩極材料的活潑性一定要不相同嗎？在學(xué)習(xí)選修《化學(xué)反應(yīng)原理》時(shí)，由于時(shí)間跨度較長，已學(xué)內(nèi)容遺忘率高，教師往往先將必修2的單液電池復(fù)習(xí)一遍，再引入雙液電池，一方面占用了課時(shí)，另一方面將單液電池模型和雙液電池模型分開教學(xué)，造成知識凌亂，不利于建立統(tǒng)一的原電池模型認(rèn)知。

為此，我們將蘇教版必修2的“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”與蘇教版選修《化學(xué)反應(yīng)原理》的“原電池的工作原理”整合成一個(gè)教學(xué)課時(shí)，以雙液電池模型為例讓學(xué)生認(rèn)識原電池的工作原理和構(gòu)成條件，再指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用原電池的構(gòu)成條件認(rèn)識單液電池模型并比較兩種模型的優(yōu)缺點(diǎn)。通過知識應(yīng)用幫助學(xué)生建立原電池的工作原理、形成條件及其相互關(guān)系的本質(zhì)認(rèn)識，形成解決原電池問題的一般思路和方法，從而促進(jìn)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”這一核心素養(yǎng)的提升。

二、整合教學(xué)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

【情境素材】各種化學(xué)電源，電子產(chǎn)品圖片。

【問題1】通過練習(xí)認(rèn)識化學(xué)電源是如何產(chǎn)生電的。

（1）氧化還原反應(yīng)：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，請寫出還原劑發(fā)生的半反應(yīng)、氧化劑發(fā)生的半反應(yīng)。（2）回顧電流的定義，如何讓電子形成電流？

【總結(jié)】Zn-2e-=Zn2+;Cu2++2e-=Cu。如果還原劑失去的電子通過導(dǎo)線傳遞給氧化劑，電子在導(dǎo)線上定向移動形成電流，就產(chǎn)生了電。

環(huán)節(jié)2：分析概括，初建模型

【實(shí)驗(yàn)1】Zn棒插入到CuSO4溶液中。

分析：Zn與Cu2+直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，Zn失去的電子直接傳遞給Cu2+，放出熱量，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。

【實(shí)驗(yàn)2】帶鹽橋的鋅銅雙液電池。

【提供資料】鹽橋中通常裝有含KCl飽和溶液的瓊脂，離子在鹽橋中能移動。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。

【問題2】（1）靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，可以推出哪些結(jié)論？（2）體系中的四種物質(zhì)（Zn、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、Cu），哪些物質(zhì)之間可能發(fā)生氧化還原反應(yīng)？指出還原劑發(fā)生的半反應(yīng)、氧化劑發(fā)生的半反應(yīng)。

引導(dǎo)學(xué)生從氧化還原反應(yīng)角度分析原電池的反應(yīng)，幫助學(xué)生構(gòu)建書寫兩極反應(yīng)式的一般思路。進(jìn)一步分析：Zn失去電子生成Zn2+，雖然Zn與ZnSO4溶液直接接觸，但是二者之間不能發(fā)生反應(yīng)，即Zn失去的電子不能直接傳遞給Zn2+，失去的電子通過導(dǎo)線到達(dá)Cu棒的表面，在Cu棒的表面電子與CuSO4溶液中的Cu2+接觸，Cu2+得電子生成Cu。

【實(shí)驗(yàn)3】在實(shí)驗(yàn)2的裝置中取出鹽橋。

【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】靈敏電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)。

指出鹽橋的作用：保持兩溶液呈電中性;形成閉合回路。

【總結(jié)】原電池的工作原理：（1）定義;（2）能量轉(zhuǎn)化;（3）兩極名稱;（4）兩極反應(yīng)式;（5）導(dǎo)線上電子流向;（6）鹽橋中離子移向。

【問題3】請思考以下問題：（1）導(dǎo)線的作用是什么;（2）Zn棒的作用是什么;（3）Cu棒的作用是什么;（4）CuSO4溶液的作用是什么;（5）ZnSO4溶液的作用是什么;（6）鹽橋的作用是什么。

通過以上問題幫助學(xué)生總結(jié)帶鹽橋的雙液電池中各個(gè)部分的作用，為引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)原電池的一般構(gòu)成條件作鋪墊。

【問題4】請總結(jié)原電池的構(gòu)成條件？

【總結(jié)】原電池的構(gòu)成條件：1、自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng);2、形成閉合回路;3、兩個(gè)電極;4、自由移動的離子。

環(huán)節(jié)3：整合應(yīng)用，完善模型

【實(shí)驗(yàn)4】鋅銅單液電池。

【問題5】請根據(jù)原電池的構(gòu)成條件和工作原理分析此裝置能產(chǎn)生電流的原理？

【問題6】Zn棒表面有少量氣泡產(chǎn)生的原因可能是什么？

分析：（1）一方面Zn與稀硫酸直接接觸，部分Zn失去的電子在Zn棒表面被溶液中的H+直接獲得，在Zn棒表面產(chǎn)生氣泡，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。（2）另一方面由于Zn比Cu活潑，部分Zn失去的電子通過導(dǎo)線傳遞到Cu棒的表面，溶液中的H+在Cu棒表面得電子產(chǎn)生氫氣，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。（3）在相同時(shí)間內(nèi)，Cu棒表面產(chǎn)生的氣泡比Zn棒表面產(chǎn)生的氣泡多，說明原電池反應(yīng)的速率比普通反應(yīng)速率快。

【問題7】跟單液電池比較，帶鹽橋的雙液電池有哪些優(yōu)點(diǎn)？

雙液電池的能量轉(zhuǎn)化率更高、能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流。

【實(shí)驗(yàn)5】將實(shí)驗(yàn)4的Cu棒改為Zn棒。

靈敏電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)。兩極的Zn棒都參加反應(yīng)失去電子，兩極的Zn棒失電子能力相同，電子無法通過導(dǎo)線從一極流向另一極，不能產(chǎn)生電流，不能構(gòu)成原電池。

【強(qiáng)調(diào)】（1）當(dāng)電極本身參加反應(yīng)時(shí)，如果兩極材料相同，不能構(gòu)成原電池。（2）當(dāng)電極本身不參加反應(yīng)時(shí)，兩極材料相同或不相同，都可能構(gòu)成原電池。