盐桥原电池探究教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文,原电池论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、设计理念
原电池“盐桥”实验的介绍，大多数学生无法理解，知识掌握只能靠记忆，学生对化学的兴趣在太多的困难和记忆中慢慢消失。我们在教学中常采用科普教学的理念来处理教材，降低难度和增进学生的学习兴趣。但这样的兴趣往往只是感性和表层的接触，导致学生在思维过程中享受的乐趣和成功感却因教学内容过于难理解而增长缓慢。教学设计中注重兴趣材料的设计，更应注重难点的分散和化解，循序渐进设计每一个台阶，让学生在探究过程中理解掌握知识，培养学生的创新思维和创造力。
二、教学手段及方法
多媒体教学、边讲边做实验。
实验法、探究法、对比法。
三、教学重难点
重点：盐桥原电池工作原理及电极方程式。
难点：盐桥原电池原理的理解、盐桥作用。
四、教学思路与教学过程
师：同学们在必修2中学习过原电池，请回答原电池的构成条件。
（学生回答后，打出幻灯片1）
师［实验1[2]］：将锌片与铜片用导线连接起来，导线中间连接灵敏电流计，再将锌片与铜片插入稀硫酸的烧杯中（如下页图1）。持续观察电流计指针变化现象。（打出幻灯片2）
生：发现电流计指针开始时偏转很大，然后指针偏转逐渐减小，最终为零。
师：接入小灯泡重做此实验。
生：同样发现，小灯泡开始很亮，然后慢慢变弱，一会儿就熄灭了。
师［发散思维训练，思考探究1］：为什么
电流逐渐减弱？
师：在必修2的教学中只讲授了原电池的工作原理，强调了电子在导线中流动的回路。继续探究会发现一系列的问题。实验1中为什么电子流出的越来越少？分析其原理。（打出幻灯片3）
生：观看幻灯片3思考。
生：小灯泡开始很亮，然后慢慢变弱，一会儿就熄灭了；同时发现锌片表面逐渐被铜全部覆盖。问题依旧。
师：打出幻灯片5并分析。
师：打出幻灯片6。
师：介绍液接电势理论。（打出幻灯片9）
［资料介绍］液接电势理论：在讲原电池原理时只考虑了溶液中阴阳离子向两极移动形成导电和放电的问题，忽视了不同离子在溶液中移动的速率是不同的。因此，在正离子向负极移动，负离子向正极移动不一致的情况下，即正负离子移动偏向，就可能在两电极之间的溶液间形成电势差。在溶液接界处由于正负离子扩散迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层，这样产生的电势差称为液体接界扩散电势，简称液接电势。如果在极端的情况下，液接电势差可能会大到与两电极间的电势差刚好一样，但正负极相反，使原电池电动势为零。图1实验在做原电池原理演示时，出现电极一插下去时，电表指针迅速偏转，而后又慢慢回零的情况，就是这个问题。
师［收敛思维训练，思考题2］：哪些因素会导致原电池电流逐渐减弱？（打出幻灯片10）
［小结］原电池电流逐渐减弱有3种情况：①如图1实验有气体产生，氢气泡阻碍铜电极电子与铜离子结合；②如图2，原电池实验，形成锌片表面铜覆盖，阻碍锌失去电子；③如图3实验，阴阳离子迁移速率不同，形成的液接电势差与两电极间的电势差正负极相反，使原电池电压减小，电流逐渐减弱。
师：如何克服液接电势的问题？关键在于寻找到一种电解质的阴、阳离子在溶液中移动的速率相同或相近。搜索教学资料——“盐桥”。
［探究4］：“盐桥”——用以消除液体接界电势的一种装置。
师［实验4］：实验3的U型管内改注饱和KCl溶液（参见图4），电流计插入10mA表盘。
生：指针偏转显示6.5mA。电流持续稳定。虽然产生的电流很稳定可是却很小，为什么？
师：介绍盐桥的制作。（打出幻灯片11）
［资料介绍］盐桥的制作：
选择盐桥中电解质的原则是高浓度、正负离子迁移速率接近相等，且不与电池中溶液发生化学反应。常采用KCl、
饱和溶液。
琼脂－饱和KCl盐桥：烧杯中加入3g琼脂和97mL蒸馏水，在水浴上加热至完全溶解。然后加入30g KCl充分搅拌，KCl完全溶解后趁热用滴管或虹吸将此溶液加入已事先弯好的玻璃管中，静置待琼脂凝结后便可使用。
若无琼脂，也可以用脱脂棉将内装有氯化钾饱和溶液的U形管两端塞住来代替盐桥。
饱和KCl溶液的浓度高达4.2mol/L，当盐桥插入到浓度不大的两电解质溶液之间的界面时，产生了两个接界面，盐桥中
向外扩散就成为这两个接界面上离子扩散的主流。由于的扩散速率相近，使盐桥与两个溶液接触产生的液接电势均很小，且两者方向相反，故相互抵消后降至1～2mV。利用盐桥能基本上消除液接电势[3]。
师：盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。
生：既然盐桥的作用是沟通内电路，改用金属导线如何？
师［拓展思维训练，思考题4］：盐桥能否改用金属导线？
生：把盐桥改用铜导线，从理论上看，盐桥是离子移动的“桥梁”，中和电性使电池反应持续进行，金属丝没办法完成离子移动，电池的正负极又没有和铜导线连接，所以理论上判断铜导线不能起到闭合线路的作用。
师：为了解决这个问题，设计下列实验来验证。
［探究5］：“金桥”代替盐桥的原电池实验。
师［实验5］：将图4中的盐桥换为金桥——Φ2mm铜导线，并接上电流表，装置及溶液见图5。
（打出幻灯片14）
图5 铜导线代替盐桥的原电池
生：当把盐桥换为铜导线实验时，我们惊奇地发现，电流表指针同样发生偏转，两表指针偏转方向相反，且产生的电流较大（指针偏转显示10mA以上，比使用盐桥大，然后迅速减小到6mA，再慢慢减小为零）。此实验证明了铜导线中确实有电流通过。
师：当把盐桥换为铜导线实验时，电流表显示实验产生的电流比使用盐桥大，这是为什么？
实际情况是：外电路Zn-Cu原电池作为电解池的电源，内电路铜导线形成了电解池的两极（图5变型如图6，A处为虚拟Zn-Cu原电池，B、C两池实际为串联的两个电解池）。
图6 原电池作电源形成的电解
（打出幻灯片15）
解释：①、④两极自发反应形成电源的两极，整体看起来C池、B池为串联的两个电解池。为什么会形成串联的两个电解池？铜导线导电的过程和结果概述如下。
［实验5］的铜导线与［实验4］的盐桥不同，这是一个原电池、电解池自耗的过程，金属导线实际不能代替盐桥使用。
师［拓展思维训练，思考题5］：同学们明白了盐桥原电池的工作原理及现象。现在请回答为什么盐桥原电池电流稳定了却很小呢？这样的原电池有实用价值吗？
生：［强烈的求知欲，调动原有知识提出各种假想］根据物理学知识，电流与导线面积成正此，若使用多根盐桥，电流应该增大。
师：答案肯定。实际生活中原电池有着广泛的应用。有实用价值的原电池是采取了什么措施克服了盐桥原电池的缺陷呢？请同学们课后查阅资料——原电池隔膜的应用。
师生：小结本节教学的探究过程与知识点。
五、教学反思与设计论证
(1)教学过程反思
本节课的设计与教学过程有三点体会：①教学观念的转变。在素质教育教学中，知识的传授不再是最终目的，而应使其成为一种载体，让学生掌握方法并亲身体验感受，将知识传授变成为培养学生可持续发展的学习能力，将知识内化为学生自身的基本素养。实现这一目标，探究式教学是教学操作的最佳模式。②探究式教学对教师是一种巨大的挑战。如何指导学生很快进入角色，找到很好的切入点成为最大的难题，教育者应积极研讨教学方式、方法。本节课的设计通过5个探究过程展开盐桥原电池的知识传授，知识台阶逐级递进，分散和化解了教学难点。③教师的主导地位和主导作用。“主导”多为“引导”，是帮助学生顺利地进行探究活动，而不是让他们机械地完成实验。针对学生的“创作”灵感和思维的发散（如“金桥”代“盐桥”的实验），教师应能收放自如，逐步让学生成为真正独立的探究者[4]。
(2)单液原电池有教学基础，不再作探究
原电池的构成条件及其原理已在必修2学习，课始引入中复习一下作为新课铺垫是必要的，而教师教学用书[3]实验4-1-1再作构成条件的探究，是没有必要的。探究1中引入必修2的实验，侧重于发现电流逐渐减弱的现象，为盐桥概念的引入搭设梯台。
(3)关于液接电势概念引入的论证
在选修4化学反应原理的教学中，盐桥知识是难点。只有引入液接电势的概念，才能讲清盐桥的作用，如果只介绍表面现象如“形成闭合回路”等，更会引起学生的误解。教学中应强调液接电势的概念只作为资料介绍，任由学生接受多少。教学设计中注意难点的分散和化解，循序渐进设计每一个台阶，让学生在探究过程中理解知识。从教学实践看，学生的潜力是巨大的。教师的作用就是有效地引导学生，把潜力最大限度地发挥出来。大量信息的传输，有助于学生的思维的扩展、开发。建议试用液接电势概念解释盐桥的作用。
(4)引入“金桥”实验有利于培养发散思维
金桥铜导线代替盐桥的原电池实验，作为学生拓展思维训练，很有必要。关于这一课题网上讨论很多，只要在百度网输入“盐桥”一词，便可见到学生的讨论。作为他们课外交流的场所，教师应经常去浏览一下，能够抓住问题的关键所在，在教学中给以正确的指导。实际在教学中他们也会积极主动提出一些“奇怪”言论，这正是创新的火花，是创新思维训练的好题材。
(5)关于铜导线两极发生电解反应的论证
实验5的原理与结论是否正确，可用下列实验来证明。
［实验6］：在实验5中（图5）C池铜导线c顶端用长滴管注入酚酞试液，B池铜导线b顶端用长滴管注入石蕊试液，观察现象。
理论推测实验6的现象应能观察到铜导线两顶端附近的溶液均呈红色，均有气泡生成，C池内有白色沉淀生成。实际上，由于Zn-Cu原电池的微弱，且不能产生持续电流（实验5观察到的现象是电流迅速减小到6mA，再慢慢减小），实验6设计的理论现象很难观察到。若把Zn-Cu原电池电流变大，即使用外加电源，是否能有现象？
［实验7］使用低压学生电源（调至8V），Zn作负极，Cu作正极，按照实验6操作，按照图7接通线路，观察现象。
图7 低压学生电源代替原电池进行铜导线代替盐桥的实验
观察到铜导线两顶端附近的溶液均呈红色，均有气泡生成，
杯内有白色沉淀生成。证明铜导线c顶端有
产生；铜导线b顶端有
产生。证明铜导线在“导电”时发生了电极反应。
罗畅等老师在《电解饱和食盐水的意外现象及其探究》[5]一文中介绍，“在电解池的电解质溶液中放入一根金属棒或碳棒时，就相当于将原来的电解池转变为2个串联的电解池”，与本文的铜导线“金桥”实验（图7）类似，可为佐证。