《原電池》情境教學(xué)案例研究

周丹丹

摘要：中學(xué)化學(xué)中對于原電池的工作原理的認(rèn)識在理論和實(shí)際上存在一定的誤差，外電路中電子如何移動，需要我們用更形象科學(xué)的解釋引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，從而達(dá)到由抽象到具體的轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞：氧化還原反應(yīng)；原電池；電子轉(zhuǎn)移

在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，教師作為先行組織者在情境教學(xué)中所呈現(xiàn)給學(xué)生的引導(dǎo)材料，必須有架設(shè)新舊認(rèn)識之間橋梁的作用。高中化學(xué)必修1已經(jīng)學(xué)過氧化還原反應(yīng)，一般在新課標(biāo)高中化學(xué)教學(xué)中我們認(rèn)為所有原電池都發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。但區(qū)別于一般的氧化還原反應(yīng)的是，電子轉(zhuǎn)移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的，而是還原劑在負(fù)極上失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電子通過外電路輸送到正極上，氧化劑在正極上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉(zhuǎn)移。兩極之間溶液中離子的定向移動（即：陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動）和外部導(dǎo)線中電子的定向移動（電子由負(fù)極移向正極）構(gòu)成了閉合回路，使兩個(gè)電極反應(yīng)不斷進(jìn)行，發(fā)生有序的電子轉(zhuǎn)移過程，產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化。但是，這個(gè)理論是片面的，需要注意，在大環(huán)境下非氧化還原反應(yīng)一樣可以設(shè)計(jì)成原電池。

情境教學(xué)中我們以Zn-Cu原電池為例，可用如下電池符號表示： （-）Zn（s）∣稀H2SO4∣Cu（s） （+）。教師往往會結(jié)合原電池動畫介紹導(dǎo)線中的電子轉(zhuǎn)移：鋅失去電子，電子沿著導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到銅，然后H+在銅表面得電子變成H2。兩極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2eZn2+ （氧化反應(yīng)） 正極：2H++2eH2↑（還原反應(yīng)） 總反應(yīng)是：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 。在演示實(shí)驗(yàn)中我們看到的現(xiàn)象是：鋅表面溶解，銅片表面有氣泡冒出，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

無論在微觀上還是宏觀上似乎都給學(xué)生了一個(gè)合理的解釋----化學(xué)能是如何轉(zhuǎn)化成電能的。而在學(xué)習(xí)中，學(xué)生往往會有這樣的疑惑，鋅上的電子為什么會流向銅？電子發(fā)生定向移動的驅(qū)動力是什么？我們的講解很容易讓學(xué)生誤以為氫離子得的電子來源于鋅，實(shí)際上電子在金屬中定向移動的平均速率很小，經(jīng)過10cm的導(dǎo)線需要近3小時(shí)，如果氫離子得的電子來源于鋅，那么在銅表面經(jīng)過數(shù)小時(shí)后才會觀察到氣泡。但實(shí)際上，在銅和鋅兩極接通瞬間，就可以觀察到氣泡。顯然，上述對外電路中電子移動的解釋不盡合理。為此，可以把電極材料和導(dǎo)線想象成一個(gè)充滿電子的管道，一旦構(gòu)成回路，還原劑失電子給負(fù)極材料（即管道的一頭），那么正極材料（即管道的另一頭）就會將相應(yīng)數(shù)量的電子轉(zhuǎn)移給氧化劑。電子導(dǎo)體電流的形成更像是電子間向一個(gè)方向的接力，而非沿導(dǎo)線的遷移，這樣的解釋就比較科學(xué)。基于微觀認(rèn)識的抽象性和教師認(rèn)知的局限性，這種誤解在所難免。

參考文獻(xiàn)：

【1】陳益、孫夕禮.促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的學(xué)科教學(xué)認(rèn)識的構(gòu)建--以“原電池”為例【J】.化學(xué)教育（中英文），2018，39（1）：27-32

【2】原電池360百科

（作者單位：陜西省商南縣鹿城中學(xué) 726300）