原電池裝置中化學能轉化為電能的實驗證明

2022-03-06 12:12:16 字數 1346 閱讀 6624

——原電池教學的磨課

我們學校的高中部規模很小,乙個年級只有一名化學教師,備課從來就不存在教研組磨課的事,如果要說「磨」課,也只有自己在教學中與學生磨,教學後與自己磨。

下面就原電池教學中我的一點經歷拿來交流一下,權作我的一次磨課經歷吧。

開始講原電池時,我總是通過下列裝置(圖形引自百度**庫讓學生看到電流錶中有電流通過,就引出原電池定義——化學能轉化為電能的裝置,學生的表情告訴我他們接受定義是被迫的。

於是再到原電池教學時我改從乙個學生非常熟悉的實驗——zn與2mol/l硫酸反應開始,實驗中學生觀察到的最顯著的現象就是zn粒表面有氣體產生。討論就此開始。

「實驗中可以觀察到有氣體產生,但在這顯性現象的背後隱藏著什麼不曾觀察或不易觀察到的現象呢?」

學生依據反應的離子方程思考發現不易覺察的是zn的溶解。

「反應是放熱的!」 實驗素養好的學生用手一摸試管馬上就意識到伴隨著物質變化,部分化學能轉化為熱能。

「請同學們再思考一下,是否還有其他潛在的變化我們不曾發現?」

由熟悉的置換反應以及對化學反應過程的理性思考,學生認識到這是乙個典型的氧化還原反應,因而反應過程必然伴隨著電子轉移。

2e-zn + 2h+ = zn2+ + h2

(隱性)zn溶解有氣體產生(顯性)

溶液溫度公升高(新的觀察角度)

電子轉移氧化還原反應(對反應的理性認識)

當標出反應中的電子轉移的方向與數目以後,能用實驗證明氧化還原反應過程中電子轉移麼?

學生回顧學習的氧化還原反應知識的情境,迅速講zn粒置於培養皿中,加入少量硫酸,講u形的cu絲一端觸抵zn粒 ,一端浸沒與硫酸,觀察到浸沒於酸液的一端有氣泡產生(如下圖)。即證明銅絲中有電流通過。

當問到「銅絲中有電流通過時,還發生了什麼?」學生頓感茫然。

於是實時引入下列實驗:取等質量的兩小塊mg條(邊實驗便解釋用mg條代替zn粒是因為反應速率較快,減少熱量損失,反應熱效應更明顯),各取15ml2mol/l的硫酸溶液,置於相同的燒杯(圖為手繪,差別較大)中,將兩小條mg條分別夾在銅絲彎成的螺旋線中(見下圖)。可以肯定的是銅絲中將有電子通過,b燒杯b端的銅絲上會有氣泡產生。

經測量,兩燒杯中溫度均有變化,記錄如下:

兩燒杯中mg條質量是相等的,那麼反應中放出的熱量也相等,為什麼溫度變化卻不同?

有同學認為:b燒杯中銅絲較長散熱較多,也有的認為b中多乙個螺旋狀銅絲吸熱較多。。。

這些分析都值得肯定,為此我又在a燒杯中增加乙個與b燒杯中相同的帶有螺旋cu絲的導線,此時a燒杯比b燒杯相當於多了乙個螺旋銅絲極,更加不利於a燒杯溫度公升高,再次實驗溶液溫度變化如下:

對比結果,可以清楚知道b燒杯缺失的那部分能量應當是電子從a端通過導線流向b端時轉化為電能,至此學生明明白白地「看見」了氧化還原反應中化學能轉化為電能。

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