高中化學(xué) 第四章 第二節(jié) 化學(xué)電源教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版選修4

1、高中化學(xué)選修四教學(xué)案:第四章第二節(jié)化學(xué)電源教學(xué)設(shè)計(jì)一、教材分析通過以前章節(jié)的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)掌握了能量守恒定律、化學(xué)反應(yīng)的限度、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性、以及原電池的原理等理論知識(shí),為本節(jié)的學(xué)習(xí)做好了充分的理論知識(shí)準(zhǔn)備?；瘜W(xué)電池是依據(jù)原電池原理開發(fā)的具有很強(qiáng)的實(shí)用性,和廣闊的應(yīng)用范圍的技術(shù)產(chǎn)品。本節(jié)的教學(xué)是理論知識(shí)在實(shí)踐中的延伸和拓展,將抽象的理論和學(xué)生在日常生活中積累的感性體驗(yàn)聯(lián)系起來,幫助學(xué)生進(jìn)一步的深入認(rèn)識(shí)化學(xué)電池?，F(xiàn)代科技的飛速發(fā)展也帶動(dòng)了電池工業(yè)的進(jìn)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

2、來有著美好應(yīng)用前景燃料電池。簡(jiǎn)介了電池的基本構(gòu)造,工作原理,性能和適用范圍。同時(shí)向?qū)W生滲透綠色環(huán)保的意識(shí)。二、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo):(1知道日常生活中常用的化學(xué)電源和新型化學(xué)電池;(2認(rèn)識(shí)一次電池、二次電池、燃料電池等幾類化學(xué)電池;(3 會(huì)書寫常用化學(xué)電池的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。2.能力目標(biāo):培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、整理、歸納總結(jié)、探究等能力。3.情感、態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo):感悟研制新型電池的重要性以及化學(xué)電源可能會(huì)引起的環(huán)境問題,初步形成較為客觀、正確的能源觀,增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn):化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)的書寫難點(diǎn):化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)的書寫四、學(xué)情分析在化學(xué)2中學(xué)生已學(xué)習(xí)

3、了氧化還原反應(yīng)的初步知識(shí),前一節(jié)又已經(jīng)學(xué)過原電池的基本內(nèi)容,知道原電池的定義,形成條件,簡(jiǎn)單得電極反應(yīng)等,所以在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)電源的知識(shí)。學(xué)生能通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、有關(guān)數(shù)據(jù)的分析和得出相關(guān)結(jié)論,具有一定的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退季S能力。五、教學(xué)方法1.實(shí)驗(yàn)探究與啟發(fā)討論法。2.學(xué)案導(dǎo)學(xué):見后面的學(xué)案。3.新授課教學(xué)基本環(huán)節(jié):預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑情境導(dǎo)入、展示目標(biāo)合作探究、精講點(diǎn)撥反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測(cè)發(fā)導(dǎo)學(xué)案、布置預(yù)習(xí)六、課前準(zhǔn)備1.學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備:初步把握實(shí)驗(yàn)的原理和方法步驟。2.教師的教學(xué)準(zhǔn)備:多媒體課件制作,課前預(yù)習(xí)學(xué)案,課內(nèi)探究學(xué)案,課后延伸拓展學(xué)案。七、課時(shí)安排:1課時(shí)八、教學(xué)過

4、程組織教學(xué)導(dǎo)入新課一、化學(xué)電池的種類介紹化學(xué)電池的種類:【指導(dǎo)學(xué)生交流】 1.干電池:普通鋅錳干電池的簡(jiǎn)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(fù)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(zhǎng)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ZnCl 2、NH 4Cl 和淀粉糊作電解質(zhì),還填有MnO 2作去極化劑(吸收正極放出的H 2,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(gè)電極的遷移速率?！窘處熤v解】 電極反應(yīng)為:負(fù)極 Zn -

5、2 e -=Zn 2+正極 2NH +4+2 e -=2NH 3+H 2H 2+2MnO 2=Mn 2O 3+H 2O正極產(chǎn)生的NH 3又和ZnCl 2作用:Zn 2+4NH 3=Zn (NH 342+干電池的總反應(yīng)式:Zn +2NH 4Cl +2MnO 2=Zn (NH 32Cl 2+Mn 2O 3+H 2O 或 2Zn +4NH 4Cl +2MnO 2=Zn (NH 32Cl 2+ZnCl 2+Mn 2O 3+H 2O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(fù)原,因而不宜長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用。這

6、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(dǎo)電性能更好的堿性,負(fù)極也由鋅片改為鋅粉,反應(yīng)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(shí)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(zhǎng)方形外殼,在正極格板上附著一層PbO 2,負(fù)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(yīng)為:負(fù)極:Pb +SO 42-2e -=PbSO 4 正極:PbO 2+4H +SO 42-+2e -=PbSO 4+2H 2O 鉛蓄電池的電

7、壓正常情況下保持2.0 V ,當(dāng)電壓下降到1.85 V 時(shí),即當(dāng)放電進(jìn)行到硫酸濃度降低,溶液密度達(dá)1.18 g / cm 3時(shí)即停止放電,而需要將蓄電池進(jìn)行充電,其電極反應(yīng)為:陽極:PbSO 4+2H 2O -2e - =PbO 2+4H +SO 42-陰極:PbSO 4+2e - =Pb +SO 42-當(dāng)密度增加至1.28 g / cm 3時(shí),應(yīng)停止充電。這種電池性能良好,價(jià)格低廉,缺點(diǎn)是比較笨重。 蓄電池放電和充電的總反應(yīng)式:PbO 2+Pb +2H 2SO 4 2PbSO 4+2H 2O 放電 充電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)

8、使用,因此廣泛應(yīng)用于國(guó)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(zhuǎn)播站等的電源。目前,有一種類似干電池的充電電池,它實(shí)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(gè)由正極殼和負(fù)極蓋組成的小圓盒,盒內(nèi)靠正極盒一端充由Ag 2O 和少量石墨組成的正極活性材料,負(fù)極蓋一端填充鋅汞合金作負(fù)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(fù)極:Zn +2OH -2e - =Z n (OH 2正極:Ag 2O +H 2O +2e - =2Ag

9、+2OH -銀鋅電池跟鉛蓄電池一樣,在使用(放電一段時(shí)間后就要充電,充電過程表示如下:陽極:2Ag +2OH -2e - =Ag 2O +H 2O陰極:Zn (OH 2+2e - =Zn +2OH - 總反應(yīng)式:Zn +Ag 2O +H 2O Zn(OH 2+2Ag 一粒鈕扣電池的電壓達(dá)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(yīng)直接產(chǎn)生電流的一種原電池,所以燃料電池也是化學(xué)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(shí),不斷地從外界輸入,同時(shí)把電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池。因此,燃料電池是名符其實(shí)地把能源中燃料燃燒反應(yīng)

10、的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。燃料電池的正極和負(fù)極都用多孔炭和多孔鎳、鉑、鐵等制成。從負(fù)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(gè)電極隔開。化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物和燃燒時(shí)的產(chǎn)物相同。燃料電池的特點(diǎn)是能量利用率高,設(shè)備輕便,減輕污染,能量轉(zhuǎn)換率可達(dá)70%以上。當(dāng)前廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)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(lǐng)域。它的電極材料一般為活化電極,碳電極上嵌有微細(xì)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(qiáng)的催化活性。電解質(zhì)溶液一般為40%的KOH 溶液

11、。 電極反應(yīng)式為:負(fù)極 H 22H2H +2OH -2 e -=2H 2O正極 O 2+2H 2O +4 e -=4OH -電池總反應(yīng)式為:2H 2+O 2=2H 2O 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 放電 充電氣(氧化劑。電極反應(yīng)式為:負(fù)極:CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O;正極:4H2O+2O2+8e-=8OH-。電池總反應(yīng)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(diǎn)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(dòng)力,還能用于收音

12、機(jī)、照明電源、野營(yíng)炊具、野外作業(yè)工具等?！鞠胍幌搿侩姌O反應(yīng)式如何寫?二、典型實(shí)例例1.(2000年全國(guó)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?xì)?空氣與CO2的混合氣體為陰極助燃?xì)?制得在650下工作的燃料電池,完成有關(guān)的電池反應(yīng)式:陽極反應(yīng)式:2CO+2CO32-4e-= 4CO2陰極反應(yīng)式:_,電池總反應(yīng)式:_。解析:作為燃料電池,總的效果就是把燃料進(jìn)行燃燒。本題中CO為還原劑,空氣中O2為氧化劑,電池總反應(yīng)式為:2CO+O2=2CO2。用總反應(yīng)式減去電池負(fù)極(即題目指的陽極反應(yīng)式,就可得到電池正極(即題目指的陰極反應(yīng)式:O2+2CO2+4e-= 2CO32-。例2.(1999年全國(guó)高考化學(xué)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(huì)產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是:(1/2H2+NiO(OH Ni(OH2根據(jù)此反應(yīng)式判斷下列敘述中正確的是(A.電池放電時(shí),電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大B.電池放電時(shí),鎳元素被氧化C.電池充電時(shí),氫元素被還原D.電池放電時(shí),H2是負(fù)極解析:電池的充、放電互為相反的過程,放電時(shí)是原電池反應(yīng),充電時(shí)是電解池