第四章第二節(jié)化學電源教學設計

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第二節(jié) 化學電源 一、教材分析 通過以前章節(jié)的學習，學生已經(jīng)掌握了能量守恒定律、化學反應的限度、化學反應進行的方向和化學反應的自發(fā)性、以及原電池的原理等理論知識，為本節(jié)的學習做好了充分的理論知識準備?；瘜W電池是依據(jù)原電池原理開發(fā)的具有很強的實用性，和廣闊的應用范圍的技術產(chǎn)品。本節(jié)的教學是理論知識在實踐中的延伸和拓展，將抽象的理論和學生在日常生 活中積累的感性體驗聯(lián)系起來，幫助學生進一步的深入認識化學電池。 現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展也帶動了電池工業(yè)的進步，各種新型的電池層出不窮。教材選取具有代表性的三大類電池，如生活中最常用的一次電池（堿性鋅錳電池）、二次電池（鉛蓄電池）、和在未來有著美好應用前景燃料電池。簡介了電池的基本構造，工作原理，性能和 適用范圍。同時向?qū)W生滲透綠色環(huán)保的意識。 二、教學目標 1．知識目標： (1)知道日常生活中常用的化學電源和新型化學電池； (2)認識一次電池、二次電池、燃料電池等幾類化學電池； (3) 會書寫常用化學電池的電極反應式及總反應式。 2．能力目標： 培養(yǎng)學生觀察、分析、整理、歸納總結、探究等能力。 3．情感、態(tài)度和價值觀目標： 感悟研制新型電池的重要性以及化學電源可能會引起的環(huán)境問題，初步形成較為客觀、正確的能源觀，增強學生的環(huán)保意識。 三、教學重點難點 重點：化學電源的結構及電極反應的書寫 難點：化學電源的結構及電極反應的書寫 四、學情分析 在化學2中學生已學習了氧化還原反應的初步知識，前一節(jié)又已經(jīng)學過原電池的基本內(nèi)容，知道原電池的定義，形成條件，簡單得電極反應等，所以在此基礎上，進一步學習化學電源的知識。 學生能通過對實驗現(xiàn)象的觀察、有關數(shù)據(jù)的分析和得出相關結論，具有一定的觀察能力、實驗能力和思維能力。 五、教學方法 1．實驗探究與啟發(fā)討論法。 2．學案導學：見后面的學案。 3．新授課教學基本環(huán)節(jié)：預習檢查、總結疑惑→情境導入、展示目標→合作探究、精講點撥→反思總結、當堂檢測→發(fā)導學案、布置預習 六、課前準備 1．學生的學習準備：初步把握實驗的原理和方法步驟。 2．教師的教學準備：多媒體課件制作，課前預習學案，課內(nèi)探究學案，課后延伸拓展學案。 七、課時安排：1課時 八、教學過程 組織教學導入新課 一、化學電池的種類 介紹化學電池的種類： 【指導學生交流】 1．干電池：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。 【教師講解】 電極反應為：負極 Zn－2 e-＝Zn2+ 正極 2NH+4＋2 e-＝2NH3＋H2 H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O 正極產(chǎn)生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝[Zn(NH3)4]2+ 干電池的總反應式：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2＝Zn(NH3)2Cl2＋Mn2O3＋H2O 或 2Zn＋4NH4Cl＋2MnO2＝[Zn(NH3)2]Cl2＋ZnCl2＋Mn2O3＋H2O 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1.5 V—1.6 V。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。 2．鉛蓄電池：鉛蓄電池可放電亦可充電，它是用硬橡膠或透明塑料制成長方形外殼，在正極格板上附著一層PbO2，負極格板上附著海綿狀金屬鉛，兩極均浸在一定濃度的硫酸溶液中，且兩極間用微孔橡膠或微孔塑料隔開。放電的電極反應為： 負極：Pb＋SO42-－2e- ＝PbSO4↓ 正極：PbO2＋4H+＋SO42-＋2e- ＝PbSO4↓＋2H2O 鉛蓄電池的電壓正常情況下保持2.0 V，當電壓下降到1.85 V時，即當放電進行到硫酸濃度降低，溶液密度達1.18 g / cm3時即停止放電，而需要將蓄電池進行充電，其電極反應為： 陽極：PbSO4＋2H2O－2e- ＝PbO2＋4H+＋SO42- 陰極：PbSO4＋2e- ＝Pb＋SO42- 當密度增加至1.28 g / cm3時，應停止充電。這種電池性能良好，價格低廉，缺點是比較笨重。 放電 充電 蓄電池放電和充電的總反應式：PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4↓＋2H2O 目前汽車上使用的電池，有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定，使用方便、安全、可靠，又可以循環(huán)使用，因此廣泛應用于國防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。 3．銀鋅蓄電池 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。 負極：Zn＋2OH-－2e- ＝Zn(OH)2 正極：Ag2O＋H2O＋2e- ＝2Ag＋2OH- 銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣，在使用(放電)一段時間后就要充電，充電過程表示如下： 陽極：2Ag＋2OH-－2e- ＝Ag2O＋H2O 陰極：Zn(OH)2＋2e- ＝Zn＋2OH- 放電 充電 總反應式：Zn＋Ag2O＋H2O Zn(OH)2＋2Ag 一粒鈕扣電池的電壓達1.59 V，安裝在電子表里可使用兩年之久。 4．燃料電池：燃料電池是使燃料與氧化劑反應直接產(chǎn)生電流的一種原電池，所以燃料電池也是化學電源。它與其它電池不同，它不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯存在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷地從外界輸入，同時把電極反應產(chǎn)物不斷排出電池。因此，燃料電池是名符其實地把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉化為電能的“能量轉換器”。燃料電池的正極和負極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負極連續(xù)通入氫氣、煤氣、發(fā)生爐煤氣、水煤氣、甲烷等氣體；從正極連續(xù)通入氧氣或空氣。電解液可以用堿(如氫氧化鈉或氫氧化鉀等)把兩個電極隔開?；瘜W反應的最終產(chǎn)物和燃燒時的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點是能量利用率高，設備輕便，減輕污染，能量轉換率可達70%以上。 當前廣泛應用于空間技術的一種典型燃料電池就是氫氧燃料電池，它是一種高效低污染的新型電池，主要用于航天領域。它的電極材料一般為活化電極，碳電極上嵌有微細分散的鉑等金屬作催化劑，如鉑電極、活性炭電極等，具有很強的催化活性。電解質(zhì)溶液一般為40%的KOH溶液。 電極反應式為：負極 H22H 2H＋2OH-－2 e-＝2H2O 正極 Ｏ2＋2H2O＋4 e-＝4OH- 電池總反應式為：2H2＋Ｏ2＝2H2O 另一種燃料電池是用金屬鉑片插入KOH溶液作電極，又在兩極上分別通甲烷(燃料)和氧氣(氧化劑)。電極反應式為： 負極：CH4＋10OH－－8e- ＝CO32-＋7H2O； 正極：4H2O＋2O2＋8e- ＝8OH-。 電池總反應式為：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O 目前已研制成功的鋁—空氣燃料電池，KOH溶液作電解液它的優(yōu)點是：體積小、能量大、使用方便、不污染環(huán)境、耗能少。這種電池可代替汽油作為汽車的動力，還能用于收音機、照明電源、野營炊具、野外作業(yè)工具等。 【想一想】電極反應式如何寫？ 二、典型實例 例1．（2000年全國高考理綜題）熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽 混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃氣，空氣與CO2的混合氣體為陰極助燃氣，制得在650℃下工作的燃料電池，完成有關的電池反應式： 陽極反應式：2CO+2CO32--4e-== 4CO2 陰極反應式：_________________， 電池總反應式：_______________。 例2．（1999年全國高考化學題）氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應式是： (1/2)H2+NiO(OH) Ni(OH)2 根據(jù)此反應式判斷下列敘述中正確的是（ ） A．電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大 　B．電池放電時，鎳元素被氧化 C．電池充電時，氫元素被還原　　　　　　　　　 D．電池放電時，H2是負極 5