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2019-2020年人教版選修4教案 第4章 化學電源 教案 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 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，認識化學能轉化為電能在生產生活中的實際意義。掌握三類電池的基本構造、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化關系的學習，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 構 與 板 書 設 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）2 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+Ag2O 2Ag+ ZnO 3、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 備注 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再生，這類電池可多次重復使用。 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。 2、化學電源的優(yōu)點： （1）能量轉換效率高，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。 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 二、一次電池 [講]普通鋅錳干電池，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、氯化銨和淀粉等調成糊狀作電解質溶液；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，還填有MnO2作去極化劑，吸收正極放出的H2 ，防止產生極化現(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。 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。 [講]根據投影講解結構。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，安裝在電子表里可使用兩年之久。 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+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，用鋰作為電池的負極，跟用相同質量的其它金屬作負極相比較，能在較小的體積和質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。鋰電池是一種高能電池，它具有質量輕、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。 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。 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。 四、燃料電池 [講] 燃料電池是將燃料化學能直接轉化為電能的裝置。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成一個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：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化率高，可達70%以上，且其燃燒的產物為水，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、通信等多領域發(fā)揮重要作用。 對比掌握4種原電池 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）。 （3）微粒移動方向： ① 在外電路：電流由銅片經用電器流向鋅片，電子由鋅片經用電器流向銅片。 ② 在內電路：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、鎂鋁強堿溶液的原電池 （電極材料：鎂片和鋁片，電解質溶液：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 （3）微粒移動方向： ① 在外電路：電流由鎂片經用電器流向鋁片，電子由鋁片經用電器流向鎂片。 ② 在內電路：OH-（參與溶液反應）向鋁片移動遇到Al3+發(fā)生反應產生AlO，Na+（運載電荷）向正極移動。 3、甲烷和氧氣燃料電池 （電解質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- +10 OH- =CO32- +7 H2O 4、丙烷和氧氣燃料電池 （電解質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- +26 OH- =3 CO+ 17 H2O 強調八點： ①書寫電極反應式要注意酸堿性環(huán)境對產物存在形式的影響。 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檢驗電極反應式的標準：正負極得失電子數(shù)相等，原子個數(shù)守恒，微粒存在形式符合酸堿環(huán)境。 ⑦在正負極得失電子數(shù)相同的情況下，兩個電極反應式疊加，會得到總反應式。 ⑧用總反應式減去任何一個電極反應式會得到另一個電極反應式。 教學回顧：