师:老师同学们好,请坐。欢迎大家来到科学实验室。电池在我们生活中随处可见,与我们息息相关。这节课我们一起制作简单的化学电池。要想将化学反应所释放的能量转化为电能,首先要选择一个合适的反应。下列反应,大家认为哪个有可能产生电流?为什么?会选第几个?哈哈哈,谁来说一说你选择的依据是什么?
生:(思考、讨论)
师:注意听。嗯,他说第一个反应需要在高温条件下进行,要求比较高。第二个反应没有电子的转移。所以,综合来看,第三个反应比较适合。
师:也就是说,我们选择反应的依据有两点。第一点,它必须是一个有电子转移的反应。什么样的反应呢?
生:氧化还原反应。
师:从能量转化的角度来看,它应该是一个吸收还是释放能量的过程?
生:释放。
师:两位同学请坐。所以,最终我们锁定了第三个反应。那么,请同学们思考,锌和稀硫酸在直接反应的时候,虽然有电子的转移,但是有电流产生吗?
生:没有。
师:为什么?
生:因为锌和稀硫酸直接反应时,电子的转移是无序的,而电流是电子的定向移动。
师:非常好。所以,为了产生定向移动的电流,我们的核心问题就是要解决将什么分开?
生:氧化反应与还原反应。
师:对,将氧化反应与还原反应分开进行,从而实现电子的……
生:定向移动。
师:那么,什么样的装置才能帮助我们实现这一目的呢?请同学们阅读资料卡片和老师提供的实验用品说明。下面请大家小组合作交流,将你们认为合理的装置画在白板上,开始。
生:(小组讨论、画图)
师:大家完成了吗?我们一起来看一下大家画出的装置图。大多数小组画的都是将锌和铜用导线连接,插入到稀硫酸溶液当中。当然,也有的小组画了两个烧杯。还有个小组,选用了……嗯,这个小组画了两个锌电极,对不对?大家的装置有相同的地方,也有不同的地方。那么,这些装置到底哪一个能够有电流产生呢?下面我们通过实验的方式来进行验证。同学们根据画出的装置图进行实验,观察是否有电流产生,如果没有,如何改进,继续尝试。在实验的时候可以尝试多组装置,另外一定要注意及时记录操作过程和实验现象。每个小组要有一位实验记录员,更换溶液时要将电极片进行冲洗,防止残留。明确了吗?
生:明确了。
师:好,我们下面开始实验。
生:(进行实验操作)
师:大家看到电流表指针发生偏转了吗?
生:看到了。
师:那么,能够使电流表指针发生偏转,就说明有电流产生。能够产生电的装置是怎样的?你看到了哪些现象?为什么会产生这样的现象?它的微观实质是什么?尝试着回答这样几个问题,给同学们一分钟的时间来整理思考。稍后找同学来进行展示。哪个小组拿着木板到前面来和大家说一说?
生:我们设计的这边是锌,这边是铜。观察到的现象是锌上面出现了大量的气泡,我们的解释是因为锌和稀硫酸直接接触,锌和里面的氢离子发生了反应,产生了大量的气泡。然后铜上面我们观察到了少量的气泡,并且看到了电流表指针偏转。我们的解释是因为锌上的电子转移到了铜上面,导致铜上的电子和溶液里面的氢离子反应,进一步产生了氢气,所以铜上产生了一些气泡。
师:回答得很好。谁是失电子的?
生:应该是锌。
师:谁得电子呢?
生:氢离子。
师:在哪里得电子?
生:在铜表面上。
师:OK,在铜表面看到了气泡。那电流的产生是由于什么?
生:电流产生是由于锌上的电子产生了定向移动,移动到铜的表面上。
师:非常好。电子从锌移动到铜上,那只有电子发生了移动吗?电解质溶液当中有没有离子的移动?
生:有。
师:继续来解释一下。
生:在锌失去电子之后,锌表面就产生了锌离子,会吸引溶液中的硫酸根阴离子向锌这边移动。而铜上面得到了电子,所以会吸引氢离子向铜片表面移动。
师:大家听明白了吗?他说得非常深刻,非常好。在这里要想有电流的产生,不仅有电子的移动,溶液当中还有阴阳离子的移动。那么,锌失去电子这个微观实质,我们可以用电极反应式来进行表达:锌失电子生成锌离子。那么,同样的电极反应式如何书写呢?大家尝试着写一写。大家来看一下他书写的顺序。
师:这里实际上参加反应的微粒是谁。好,我们一起对刚才的工作原理来进行梳理。在反应的过程中,锌失去电子,发生氧化反应,失去的电子通过导线到达铜表面。溶液中的谁在铜表面得电子发生还原反应?
生:氢离子。
师:所以铜上就看到了有氢气产生。溶液中的离子如何移动呢?溶液中的氢离子向正极移动,也就是向铜极移动。溶液中的硫酸根……
生:向负极移动。
师:对,通过外电路当中电子的定向移动,以及内电路当中阴阳离子的定向移动,这就构成了闭合回路,也就有电流产生了。那么像这样的装置我们称为原电池。在原电池当中,锌是电子流出的一极,做负极;铜是电子流入的一极,做正极。那么电子总是从负极……
生:向正极移动。
师:而电流的方向相反。
师:非常好。那么这就是这个原电池的总反应。通过总反应我们可以发现在这个反应的过程当中,氧化还原反应的实质有没有改变啊?
生:没有改变。
师:仅仅是将氧化反应和还原反应分开进行,也就达到了我们最开始要解决的问题。我们刚刚找了一个小组来展示了成功的装置,那么在刚刚实验的过程当中,大家有没有失败的经历呢?通过这些不成功的事实,我们能够说明构成原电池需要哪些条件,一起来看一下。比如说这个小组画了两个锌电极,先来说一说。王远,你们组。
