高二化學-化學電源教案

第頁教案課題：第二節(jié)化學電源授課班級課時1教學目的知識與技能1、一次電池與二次電池的區(qū)別2、一次電池、二次電池電極反應的3、書寫理解燃料電池的反應原理過程與方法通過查閱資料等途徑了解常見化學電源的種類及工作原理，認識化學能轉(zhuǎn)化為電能在生產(chǎn)生活中的實際意義。掌握三類電池的基本構(gòu)造、工作原理、性能和適用范圍。情感態(tài)度價值觀通過化學能與電能相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的學習，使學生從能量的角度比較深刻地了解化學科學對人類的貢獻，體會能量守恒的意義。在探究三種電池的基礎(chǔ)上，學會利用能源與創(chuàng)造新能源的思路和方法，提高環(huán)保意識和節(jié)能意識。重點一次電池、二次電池和燃料電池的反應原理、性能及其應用難點化學電池的反應原理知識結(jié)構(gòu)與板書設(shè)計第二節(jié)化學電源一、化學電源1、化學電源的分類：一次電池、二次電池和燃料電池等。2、化學電源的優(yōu)點：（１）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。（２）可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。（３）易維護，可在各種環(huán)境下工作。3、原電池的優(yōu)劣或適合某種需要判斷標準：（１）比能量（２）比功率（3）電池的儲存時間的長短二、一次電池1、堿性鋅錳干電池：負極（鋅筒）：Zn+2OH－—2e—=Zn（OH）2；正極（石墨）：正極：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－電池的總反應式為：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）22、銀鋅電池：負極：Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-銀鋅電池充電和放電的總化學方程式為：Zn+Ag2O2Ag+ZnO3、鋰電池：8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S三、二次電池1、鉛蓄電池負極：Pb-2e-+SO42－=PbSO4正極：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O蓄電池充電和放電的總化學方程式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O四、燃料電池1、燃料電池（堿性）負極：2H2+4OH——2e—=4H2O正極：O2+2H2O+2e—=4OH—電池的總反應為：2H2+O2=2H2O教學過程教學步驟、內(nèi)容教學方法、手段、師生活動[學與問]在日常生活中，你用過那些電池？你知道電池的其它應用嗎？［投影］[交流結(jié)果]干電池、蓄電池、紐扣電池、燃料電池，電池可用于照明、電動車動力、手機電源、手表電源等。[板書]第二節(jié)化學電源[問]什么是化學電池？[回答]化學電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。[講]化學電源的分類：一次電池、二次電池和燃料電池等。一次電池的活性物質(zhì)消耗到一定程度就不能再用了，如普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池；二次電池又稱充電電池或蓄電池，放電后再充電可以使活性物質(zhì)再生，這類電池可多次重復使用。[板書]一、化學電源1、化學電源的分類：一次電池、二次電池和燃料電池等。[交流]電池與其他能源相比，其優(yōu)點有那些？[講]能量轉(zhuǎn)化率高、供能穩(wěn)定、可以制成各種大小和形狀、不同容量和電壓的電池或電池組，使用方便，易于維護，并可在各種環(huán)境下工作。[板書]2、化學電源的優(yōu)點：（１）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。（２）可以制成各種形狀和大小、不同容量和電壓的電池和電池組，使用方便。（３）易維護，可在各種環(huán)境下工作。[投影]圖4-2電池及其用途[問]面對許多原電池，我們怎樣判斷其優(yōu)劣或適合某種需要？[講]看單位質(zhì)量或單位體積所輸出電能的多少，或輸出功率大小以及電池儲存時間長短。除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多，功率大儲存時間長的電池，更適合電池使用者。[板書]3、原電池的優(yōu)劣或適合某種需要判斷標準：（１）比能量（２）比功率（3）電池的儲存時間的長短[展示]幾種一次電池：普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、銀鋅電池、鋰電池等[板書]二、一次電池[講]普通鋅錳干電池的簡稱，在一般手電筒中使用鋅錳干電池，是用鋅皮制成的鋅筒作負極兼做容器，中央插一根碳棒作正極，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液；電池頂端用蠟和火漆封口。在石墨周圍填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2作去極化劑吸收正極放出的H2，防止產(chǎn)生極化現(xiàn)象，即作去極劑，淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩個電極的遷移速率。[板書]1、堿性鋅錳干電池：負極（鋅筒）：Zn+2OH－—2e—=Zn（OH）2；正極（石墨）：正極：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－電池的總反應式為：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2[講]正極生成的氨被電解質(zhì)溶液吸收，生成的氫氣被二氧化錳氧化成水。干電池的電壓15V—16V。在使用中鋅皮腐蝕，電壓逐漸下降，不能重新充電復原，因而不宜長時間連續(xù)使用。這種電池的電量小，在放電過程中容易發(fā)生氣漲或漏液。而今體積小，性能好的堿性鋅—錳干電池是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導電性能更好的堿性，負極也由鋅片改為鋅粉，反應面積成倍增加，使放電電流大加幅度提高。堿性干電池的容量和放電時間比普通干電池增加幾倍。[講]根據(jù)投影講解結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：比普通鋅錳干電池好，比能量和儲存時間有所提高，使用于大電流和連續(xù)放電，是民用電池更新?lián)Q代產(chǎn)品。[閱讀]資料卡片銀鋅電池。[講]銀鋅電池是一種高能電池，它質(zhì)量輕、體積小，是人造衛(wèi)星、宇宙火箭、空間電視轉(zhuǎn)播站等的電源。目前，有一種類似干電池的充電電池，它實際是一種銀鋅蓄電池，電解液為KOH溶液。 常見的鈕扣電池也是銀鋅電池，它用不銹鋼制成一個由正極殼和負極蓋組成的小圓盒，盒內(nèi)靠正極盒一端充由Ag2O和少量石墨組成的正極活性材料，負極蓋一端填充鋅汞合金作負極活性材料，電解質(zhì)溶液為KOH濃溶液，溶液兩邊用羧甲基纖維素作隔膜，將電極與電解質(zhì)溶液隔開。一粒鈕扣電池的電壓達159V，安裝在電子表里可使用兩年之久。[板書]2、銀鋅電池：負極：Zn+2OH—-2e-=ZnO+H2O正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-銀鋅電池充電和放電的總化學方程式為：Zn+Ag2O2Ag+ZnO[閱讀]資料卡片—鋰電池。[講]鋰電池是金屬鋰作負極，石墨作正極，無機溶劑亞硫酰氯SO2Cl2在炭極上發(fā)生還原反應。電解液是由四氯鋁化鋰LiAlCl4溶解于亞硫酰氯中組成。它的總反應是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應，生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。[板書]3、鋰電池8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S［講］鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其它金屬作負極相比較，能在較小的體積和質(zhì)量下能放出較多的電能，放電時電壓十分穩(wěn)定，貯存時間長，能在2163—3441K溫度范圍內(nèi)工作，使用壽命大大延長。鋰電池是一種高能電池，它具有質(zhì)量輕、電壓高、工作效率高和貯存壽命長的優(yōu)點，因而已用于電腦、照相機、手表、心臟起博器上，以及作為火箭、導彈等的動力資源。[板書]三、二次電池[投影]鉛蓄電池[講]鉛蓄電池可放電亦可充電，它是用硬橡膠和透明塑料制成長方形外殼，在正極板上有一層棕褐色的PbO2，負極是海棉狀的金屬鉛，兩極均浸入硫酸溶液中，且兩極間用橡膠或微孔塑料隔開。[分析]放電時起原電池的作用。[板書]1、鉛蓄電池負極：Pb-2e-+SO42－=PbSO4正極：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O蓄電池充電和放電的總化學方程式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O[講]當放電進行到硫酸的濃度降低，溶液的密度達到1.18g/cm3時應停止使用，需充電，充電時起電解池的作用。[投影]資料：隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化通信業(yè)的發(fā)展，人們使用電池的機會愈來愈多，手機、尋呼機、隨身聽、袖珍收音機等都需要大量的二次電池作電源?？芍貜统潆娛褂玫亩坞姵厥袌鲋饕ㄦ囨k、鎳氫、鋰離子和鋁箔包裝的鋰高分子電池等4種。[板書]四、燃料電池[講]燃料電池是將燃料化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。與一般電池不同的是，其所需的化學燃料并不儲存了電池內(nèi)部，而是從外部供應，便于燃料的補充，從而電池可以長時間甚至不間斷地工作。另一方面，燃料電池除了電池本身之外，還需要燃料和氧化劑供應等配套部件與電池堆一起構(gòu)成一個完整的燃料電池系統(tǒng)。

按電解質(zhì)劃分，燃料電池大致上可分為五類：堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。[投影]氫氧燃料電池。[板書]1、燃料電池（堿性）電極反應：負極：2H2+4OH——2e—=4H2O正極：O2+2H2O+2e—=4OH—電池的總反應為：2H2+O2=2H2O[講]該電池的特點是能量轉(zhuǎn)化率高，可達70%以上，且其燃燒的產(chǎn)物為水，因此不污染環(huán)境。[講]燃料電池應用前景：燃料電池由于具有能量轉(zhuǎn)換效率高、對環(huán)境污染小等優(yōu)點而受到世界各國的普遍重視。燃料電池是唯一同時兼?zhèn)錈o污染、高效率、適用廣、無噪聲和具有連續(xù)工作和積木化的動力裝置。預期燃料電池會在國防和民用的電力、汽車、通信等多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。廢舊電池中含有汞、鉛、鎘、鎳等重金屬及酸、堿等電解質(zhì)溶液，對人體及生態(tài)環(huán)境有不同程度的危害。如當成資源，加以回收利用，即可減少對環(huán)境污染，又可節(jié)約能源。［專題訓練］對比掌握11種原電池原電池電極反應式的書寫格式：電極名稱（電極材料）：氧化還原反應的半反應（氧化還原類型）1、銅鋅非氧化性強酸溶液的原電池（伏打電池）（電極材料：銅片和鋅片，電解質(zhì)溶液：稀硫酸）（1）氧化還原反應的離子方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑（2）電極反應式及其意義正極（Cu）：2H++2e-=H2↑（還原反應）；負極（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應）。意義：在標準狀況下，正極每析出2.24升氫氣，負極質(zhì)量就減小6.5（3）微粒移動方向：①在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋅片，電子由鋅片經(jīng)用電器流向銅片。②在內(nèi)電路：SO（運載電荷）向鋅片移動，H+（參與電極反應）向銅片移動的電子放出氫氣。2、銅鋅強堿溶液的原電池（電極材料：銅片和鋅片，電解質(zhì)溶液：氫氧化鈉溶液）（1）氧化還原反應的離子方程式：Zn+2OH-=ZnO+H2↑（2）電極反應式及其意義①正極（Cu）：2H2O+2e-=H2↑+2OH-②負極（Zn）：Zn+4OH--2e-=ZnO+2H2O意義：在標準狀況下，正極每析出2.24升氫氣，負極質(zhì)量就減小6.5（3）微粒移動方向：①在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋅片，電子由鋅片經(jīng)用電器流向銅片。②在內(nèi)電路：OH-（參與溶液反應）向鋅片移動遇到Zn2+發(fā)生反應產(chǎn)生ZnO，Na+（運載電荷）向正極移動。3、鋁銅非氧化性強酸溶液的原電池（電極材料：銅和鋁；電解質(zhì)溶液：稀硫酸。）（1）氧化還原反應的離子方程式：2Al+6H+=2Al3++3H2↑（2）電極反應式及其意義正極（Cu）：6H++6e-=3H2↑（還原反應）；負極（Al）：2Al-6e-=2Al3+（氧化反應）。意義：在標準狀況下，正極每析出6.72升氫氣，負極質(zhì)量就減小5.4（3）微粒移動方向：①在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋁片，電子由鋁片經(jīng)用電器流向銅片。②在內(nèi)電路：SO（運載電荷）向鋁片移動，H+（參與電極反應）向銅片移動得電子放出氫氣。4、銅鋁強堿溶液的原電池（電極材料：銅片和鋁片，電解質(zhì)溶液：氫氧化鈉溶液）（1）氧化還原反應的離子方程式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO+3H2↑（2）電極反應式及其意義①正極（Cu）：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-②負極（Al）：2Al+8OH--6e-=2AlO+4H2O意義：在標準狀況下，正極每析出6.72升氫氣，負極質(zhì)量就減小5.4（3）微粒移動方向：①在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋁片，電子由鋁片經(jīng)用電器流向銅片。②在內(nèi)電路：OH-（參與溶液反應）向鋁片移動遇到Al3+發(fā)生反應產(chǎn)生AlO，Na+（運載電荷）向正極移動。5、鋁銅電池濃硝酸原電池（電極材料：銅片和鋁片，電解質(zhì)溶液：濃硝酸）（1）氧化還原反應的離子方程式：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O（2）電極反應式及其意義①正極（Al）：4H++2NO3-+2e-=2NO2↑+2H2O（還原反應）；②負極（Cu）：Cu-2e-=Cu2+（氧化反應）；意義：在標準狀況下，正極每析出4.48升NO2，負極質(zhì)量就減小6.4（3）微粒移動方向：①在外電路：電流由鋁片經(jīng)用電器流向銅片，電子由銅片經(jīng)用電器流向鋁片。②在內(nèi)電路：H+（參與電極反應）向鋁片移動與NO3-匯合，NO3-（參與電極反應）得電子產(chǎn)生NO2。6、鎂鋁非氧化性強酸溶液的原電池（電極材料：鎂和鋁；電解質(zhì)溶液：稀硫酸。）（1）氧化還原反應的離子方程式：Mg+2H+=Mg2++H2↑（2）電極反應式及其意義正極（Al）：2H++2e-=H2↑（還原反應）；負極（Mg）：Mg-2e-=Mg2+（氧化反應）。意義：在標準狀況下，正極每析出2.24升氫氣，負極質(zhì)量就減小2.4（3）微粒移動方向：①在外電路：電流由鋁片經(jīng)用電器流向鎂片，電子由鎂片經(jīng)用電器流向鋁片。②在內(nèi)電路：SO（運載電荷）向鋁片移動，H+（參與電極反應）向鎂片移動得電子放出氫氣。7、鎂鋁強堿溶液的原電池（電極材料：鎂片和鋁片，電解質(zhì)溶液：氫氧化鈉溶液）（1）氧化還原反應的離子方程式：2Al+2OH-+2H2O=2AlO+3H2↑（2）電極反應式及其意義①正極（Mg）：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-②負極（Al）：2Al+8OH--6e-=2AlO+4H2O意義：在標準狀況下，正極每析出6.72升氫氣，負極質(zhì)量就減小5.4（3）微粒移動方向：①在外電路：電流由鎂片經(jīng)用電器流向鋁片，電子由鋁片經(jīng)用電器流向鎂片。②在內(nèi)電路：OH-（參與溶液反應）向鋁片移動遇到Al3+發(fā)生反應產(chǎn)生AlO，Na+（運載電荷）向正極移動。8、氫氣和氧氣細菌燃料電池（電解質(zhì)溶液是磷酸）（1）氧化還原反應的化學方程式：2H2+O2=2H2O（2）電極反應式及其意義①正極（惰性材料）：O2+4H++4e-=2H2O②負極（惰性材料）：2H2-4e-=4H+（氧化反應）；意義：在標準狀況下，正極每消耗3.2升氧氣，負極同時消耗0.4克氫氣，電解質(zhì)溶液增加9、氫氣和氧氣燃料電池（電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液）（1）氧化還原反應的化學方程式：2H2+O2=2H2O（2）電極反應式及其意義①正極（惰性材料）：O2+2H2O+4e-=4OH-②負極（惰性材料）：2H2+4OH--4e-=4H2O意義：在標準狀況下，正極每消耗3.2升氧氣，負極同時消耗0.4克氫氣，電解質(zhì)溶液增加3.6克水10、甲烷和氧氣燃料電池（電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液）（1）氧化還原反應的化學方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O。在強堿性條件下修正為：CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O；CH4+2O2+2OH-=CO+3H2O（2）電極反應式及其意義①正極（惰性材料）：2O2+4H2O+8e-=8OH-②負極（惰性材料）：CH4–8e-+10OH-=CO32-+7H2O意義：在標準狀況下，正極每消耗4.48升氧氣，負極同時消耗2.24升甲烷。11、丙烷和氧氣燃料電池（電解質(zhì)溶液是氫氧化鉀溶液）（1）氧化還原反應的化學方程式：C3H8+5O2=3CO2+4H2O。在強堿性條件下修正離子方程式為：C3H8+5O2+6OH-=3CO+7H2O（2）電極反應式及其意義①正極（惰性材料）：5O2+10H2O+20e-=20OH-②負極（惰性材料）：C3H8–20e-+26OH-=3CO+17H2O意義：在標準狀況下，正極每消耗11.2升氧氣，負極同時消耗2.24升丙烷。強調(diào)八點：①書寫電極反應式要注意酸堿性環(huán)境對產(chǎn)物存在形式的影響。②在酸性環(huán)境中，氫元素的存在形式有：H+

、H2O、H2三種形式，不會出現(xiàn)OH-形式。③在堿性環(huán)境中，氫元素的存在形式為：OH-、H2O、H2三種形式，不會出現(xiàn)H+形式。④在酸性環(huán)境中，氧元素的存在形式有：H2O一種形式，不會出現(xiàn)OH-、O2-兩種形式。⑤在堿性環(huán)境中，氧元素的存在形式為：OH-、H2O兩種形式，不會出現(xiàn)O2-形式。⑥檢驗電極反應式的三個標準：正負極得失電子數(shù)相等，原子個數(shù)守恒，微粒存