品味化学电源发展史螺旋式认识原电池原理摘要：以“化学电源”发展史为课堂教学素材，遵循课堂教学的科学发展观，从能量与物質变化两个层面品味、解读各时期经典化学电源，分析、比较各时期化学电源的工作原理和特征，螺旋式认识原电池工作原理，提出突破原电池工作原理的教学难点、重点的策略和建议。关键词：化学电源；发展史；原电池原理；螺旋式：1005–6629（2016）12–0085–05：g633.8文献标识码：b许多学者[1、2、3]从不同视角对原电池工作原理以及课堂教学设计作了细致的研究，对教师准确把握有关原电池的教学起到很大作用。本文试以“化学电源”的发展史为素材，遵循和挖掘化学史中所体现的科学发展规律，采用《物理化学》[4]中有关热力学电极电位等相关理论，对原电池原理做出全面解读（有关物理化学理论和计算，都出自该文献），理解“螺旋式上升”教材的编写理念及有关教学策略、设计的初衷[5]，以馈读者。教学建议：让学生依据伏打电堆工作实景画出等效电路图，如图1（c）。比较伏打电堆与zn|h2so4|cu所组成的单液电池发现：前者装置中并不存在一个显而易见的自发的氧化还原反应，而后者很容易得出装置中发生氧化还原反应是发生原电池反应前提的结论。教学建议：与其先引入zn|h2so4|cu所组成的单液电池有关实验，不如先展示伏打电堆这一最早的原电池，以避免学生产生电极必须参与反应的错误认知。1.2daniell（丹尼尔）电池科学家daniell在1836年采用盐桥将两种电解质溶液连通起来的装置，解决了h+与金属zn接触而发生反应的问题。盐桥中的阴、阳离子的迁移速率几乎相同，如k+和cl-的迁移率非常接近，当盐桥插入到浓度不大的两电解质溶液之间的界面时，k+和cl-向外扩散是接界面上离子扩散的主流，从而消除液接电位。教学困惑：电解质溶液中的离子会进入盐桥吗——由于盐桥中的离子浓度很高，电化学反应中电解质溶液不会进入盐桥；若电解质是agno3溶液时，则不能使用kcl盐桥，而应使用nh4no3盐桥，其道理一样——nh4+和no3-的迁移速率也非常接近。随着daniell电池反应的进行，溶液中的c（zn2+）升高，c（cu2+）降低，在非标态下的e（zn2+/zn）变正，e（cu2+/cu）变负，最终e（zn2+/zn）=e（cu2+/cu），电流表指针归零。此时，若在电池的znso4溶液中继续加适量的固体znso4溶解，在cuso4溶液中加水稀释，则c（zn2+）升高，c（cu2+）降低，则将发生cu|cu2+电极失去电子，而zn|zn2+电极得到电子，发生的电极反应与daniell电池反应刚好相反，其总反应为：cu（s）+zn2+（aq）=zn（s）+cu2+（aq）——是一个非自发的氧化还原反应。对于zn（s）+cu2+（aq）=zn2+（aq）+cu（s）而言，该反应是放热反应，化学能转化为电能易于理解，但对于相反的过程，其电能又是如何产生的？邢瑞斌等[7]在“能设计成原电池的反应一定是放热反应吗”一文中很好地回答了这一问题，认为放热反应不是发生原电池反应的必要条件，原电池反应是吸热反应时，完全可以理解成电池反应过程中吸收环境中提供的热量（开放体系的化学电池），认为原电池反应必须是放热反应是建立在孤立体系的前提下的，实际上，反应体系往往与外界有能量和物质的交换，相关案例不再赘述。教学建议：对学生的学习过程，何尝不是如此？螺旋式上升的学习过程，对知识渐进感悟的过程是客观事实，一步到位的教学思想不可取。2采用《物理化学》中相关理论准确认识原电池工作原理2.1金属在盐溶液中的“溶解-沉积”平衡和双电层理论教学建议：教师设问——zn分别与zn、fe、石墨能否构成原电池，指针是否偏转？若把稀硫酸改成食盐水，电流表指针会偏转吗？这样的设问可避免带来一个问题：学生原以为形成原电池需要两个电极材料不同的电极，给后续的教学带来不必要的负担——如苏教版《化学2》中在第42页就介绍了使用相同的电极（石墨）所组成的氢氧燃料电池。因此在教学中，不过分强调电极不同是发生原电池的必要条件是明智的。