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2019-2020年人教版選修4教案 第4章 化學(xué)電源 教案 教 學(xué) 目 的 知識(shí) 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(yīng)的 3、書(shū)寫(xiě)理解燃料電池的反應(yīng)原理 過(guò)程 方法 通過(guò)查閱資料等途徑了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類(lèi)及工作原理，認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能在生產(chǎn)生活中的實(shí)際意義。掌握三類(lèi)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(jià)值觀 通過(guò)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的學(xué)習(xí)，使學(xué)生從能量的角度比較深刻地了解化學(xué)科學(xué)對(duì)人類(lèi)的貢獻(xiàn)，體會(huì)能量守恒的意義。在探究三種電池的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)利用能源與創(chuàng)造新能源的思路和方法，提高環(huán)保意識(shí)和節(jié)能意識(shí)。 重 點(diǎn) 一次電池、二次電池和燃料電池的反應(yīng)原理、性能及其應(yīng)用 難 點(diǎn) 化學(xué)電池的反應(yīng)原理 知 識(shí) 結(jié) 構(gòu) 與 板 書(shū) 設(shè) 計(jì) 第二節(jié) 化學(xué)電源 一、化學(xué)電源 1、化學(xué)電源的分類(lèi)：一次電池、二次電池和燃料電池等。 2、化學(xué)電源的優(yōu)點(diǎn)： （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(hù)，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(biāo)準(zhǔn)： （1）比能量 （2）比功率 （3）電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短 二、一次電池 1、 堿性鋅錳干電池： 負(fù)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(yīng)式為：Zn +2MnO2+2H2O= 2MnOOH+ Zn（OH）2 2、銀鋅電池： 負(fù)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(xué)方程式為：Zn+Ag2O 2Ag+ ZnO 3、鋰電池：8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S 三、二次電池 1、鉛蓄電池 負(fù)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(xué)方程式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O 四、燃料電池 1、燃料電池（堿性） 負(fù)極：2H2+4OH——2e—=4H2O 正極：O2+2H2O+2e—=4OH— 電池的總反應(yīng)為：2H2 + O2 = 2H2O 教學(xué)過(guò)程 備注 第二節(jié) 化學(xué)電源 [問(wèn)]什么是化學(xué)電池？ [回答]化學(xué)電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 [講]化學(xué)電源的分類(lèi)：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(chēng)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(lèi)電池可多次重復(fù)使用。 一、化學(xué)電源 1、化學(xué)電源的分類(lèi)：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(diǎn)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(hù)，并可在各種環(huán)境下工作。 2、化學(xué)電源的優(yōu)點(diǎn)： （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(hù)，可在各種環(huán)境下工作。 [投影]圖4-2電池及其用途 [問(wèn)]面對(duì)許多原電池，我們?cè)鯓优袛嗥鋬?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(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)短。除特殊情況外，質(zhì)量輕、體積小而輸出電能多，功率大儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)的電池，更適合電池使用者。 3、原電池的優(yōu)劣或適合某種需要判斷標(biāo)準(zhǔn)： （1）比能量 （2）比功率 （3）電池的儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)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 二、一次電池 [講]普通鋅錳干電池，在石墨碳棒周?chē)顫M二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過(guò)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?chē)畛鋃nCl2、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(yáng)離子在兩個(gè)電極的遷移速率。 1、 堿性鋅錳干電池： 負(fù)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(yīng)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。這種電池的電量小，在放電過(guò)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(lái)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。 [講]根據(jù)投影講解結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：比普通鋅錳干電池好，比能量和儲(chǔ)存時(shí)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(lèi)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(jiàn)的鈕扣電池也是銀鋅電池，安裝在電子表里可使用兩年之久。 2、銀鋅電池： 負(fù)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(xué)方程式為： Zn+Ag2O 2Ag+ ZnO [閱讀]資料卡片—鋰電池。 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(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)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(shí)電壓十分穩(wěn)定，貯存時(shí)間長(zhǎng)。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(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因而已用于電腦、照相機(jī)、手表、心臟起博器上，以及作為火箭、導(dǎo)彈等的動(dòng)力資源。 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(zhǎng)方形外殼，在正極板上有一層棕褐色的PbO2，負(fù)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(kāi)。 [分析]放電時(shí)起原電池的作用。 1、鉛蓄電池 負(fù)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(xué)方程式為： Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O [講]當(dāng)放電進(jìn)行到硫酸的濃度降低，溶液的密度達(dá)到1.18g/cm3時(shí)應(yīng)停止使用，需充電，充電時(shí)起電解池的作用。 四、燃料電池 [講] 燃料電池是將燃料化學(xué)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(xué)燃料并不儲(chǔ)存了電池內(nèi)部，而是從外部供應(yīng)，便于燃料的補(bǔ)充，從而電池可以長(zhǎng)時(shí)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(yīng)等配套部件與電池堆一起構(gòu)成一個(gè)完整的燃料電池系統(tǒng)。 [投影]氫氧燃料電池。 1、燃料電池（堿性） 電極反應(yīng)：負(fù)極：2H2+4OH——2e—=4H2O 正極：O2+2H2O+2e—=4OH— 電池的總反應(yīng)為：2H2 + O2 = 2H2O [講]該電池的特點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)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(yīng)用前景：燃料電池由于具有能量轉(zhuǎn)換效率高、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)而受到世界各國(guó)的普遍重視。燃料電池是唯一同時(shí)兼?zhèn)錈o(wú)污染、高效率、適用廣、無(wú)噪聲和具有連續(xù)工作和積木化的動(dòng)力裝置。預(yù)期燃料電池會(huì)在國(guó)防和民用的電力、汽車(chē)、通信等多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 對(duì)比掌握4種原電池 1、銅鋅非氧化性強(qiáng)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(yīng)的離子方程式：Zn+2H+ = Zn2+ + H2↑ （2）電極反應(yīng)式及其意義 正極（Cu）：2H+ +2e-=H2↑（還原反應(yīng)）； 負(fù)極（Zn）：Zn -2e-=Zn2+ （氧化反應(yīng)）。 （3）微粒移動(dòng)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(yùn)載電荷）向鋅片移動(dòng)，H+ （參與電極反應(yīng)）向銅片移動(dòng)的電子放出氫氣。 2、鎂鋁強(qiáng)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(yīng)的離子方程式：2Al +2OH- +2H2O=2AlO + 3H2 ↑ （2）電極反應(yīng)式及其意義 ① 正極（Mg）： 6H2O+6e- =3H2 ↑+6OH- ② 負(fù)極（Al）： 2Al +8OH--6e- =2AlO +4H2O （3）微粒移動(dòng)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(yīng)）向鋁片移動(dòng)遇到Al3+發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生AlO，Na+（運(yùn)載電荷）向正極移動(dòng)。 3、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(yīng)的化學(xué)方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O 。 在強(qiáng)堿性條件下修正為：CH4+2O2 +2NaOH=Na2CO3+3H2O；CH4+2O2 +2OH- =CO+3H2O （2）電極反應(yīng)式及其意義 ① 正極（惰性材料）： 2O2 +4H2O +8e-=8OH- ② 負(fù)極（惰性材料）： CH4 –8e- +10 OH- =CO32- +7 H2O 4、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(yīng)的化學(xué)方程式：C3H8+5O2=3CO2+4H2O 。 在強(qiáng)堿性條件下修正離子方程式為：C3H8+5O2 +6OH-=3CO+7H2O （2）電極反應(yīng)式及其意義 ① 正極（惰性材料）：5O2 +10H2O +20e-=20OH- ② 負(fù)極（惰性材料）： C3H8 –20e- +26 OH- =3 CO+ 17 H2O 強(qiáng)調(diào)八點(diǎn)： ①書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式要注意酸堿性環(huán)境對(duì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)出現(xiàn)O2-形式。 ⑥檢驗(yàn)電極反應(yīng)式的標(biāo)準(zhǔn)：正負(fù)極得失電子數(shù)相等，原子個(gè)數(shù)守恒，微粒存在形式符合酸堿環(huán)境。 ⑦在正負(fù)極得失電子數(shù)相同的情況下，兩個(gè)電極反應(yīng)式疊加，會(huì)得到總反應(yīng)式。 ⑧用總反應(yīng)式減去任何一個(gè)電極反應(yīng)式會(huì)得到另一個(gè)電極反應(yīng)式。 教學(xué)回顧：