2019-2020年人教版選修4教案 第4章 化學(xué)電源 教案.doc

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、書寫理解燃料電池的反應(yīng)原理過程方法通過查閱資料等途徑了解常見化學(xué)電源的種類及工作原理，認(rèn)識化學(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(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)對人類的貢獻(xiàn)，體會能量守恒的意義。在探究三種電池的基礎(chǔ)上，學(xué)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(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)原理知識結(jié)構(gòu)與板書設(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：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）電池的儲存時間的長短二、一次電池1、 堿性鋅錳干電池：負(fù)極（鋅筒）：Zn +2OH2e= 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）22、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+ ZnO3、鋰電池：8Li3SO2Cl26LiClLi2SO32S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+4OH2e=4H2O 正極：O2+2H2O+2e=4OH電池的總反應(yīng)為：2H2 + O2 = 2H2O教學(xué)過程備注第二節(jié) 化學(xué)電源問什么是化學(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：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(fù)使用。一、化學(xué)電源 1、化學(xué)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(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。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(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。1、 堿性鋅錳干電池：負(fù)極（鋅筒）：Zn +2OH2e= 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 V1.6 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(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(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，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8Li3SO2Cl26LiClLi2SO32S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(zhì)量輕、電壓高、工作效率高和貯存壽命長的優(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(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。分析放電時起原電池的作用。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時應(yīng)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(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(yīng)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)。 投影氫氧燃料電池。1、燃料電池（堿性）電極反應(yīng)：負(fù)極：2H2+4OH2e=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、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)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(yù)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。對比掌握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）微粒移動方向： 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。 在內(nèi)電路：SO（運(yùn)載電荷）向鋅片移動，H+ （參與電極反應(yīng)）向銅片移動的電子放出氫氣。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 正極（Mg）： 6H2O+6e- =3H2 +6OH- 負(fù)極（Al）： 2Al +8OH-6e- =2AlO +4H2O（3）微粒移動方向： 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。 在內(nèi)電路：OH-（參與溶液反應(yīng)）向鋁片移動遇到Al3+發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生AlO，Na+（運(yùn)載電荷）向正極移動。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 正極（惰性材料）： 2O2 +4H2O +8e-=8OH- 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 正極（惰性材料）：5O2 +10H2O +20e-=20OH- 負(fù)極（惰性材料）： C3H8 20e- +26 OH- =3 CO+ 17 H2O強(qiáng)調(diào)八點(diǎn)：書寫電極反應(yīng)式要注意酸堿性環(huán)境對產(chǎn)物存在形式的影響。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。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。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。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。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，原子個數(shù)守恒，微粒存在形式符合酸堿環(huán)境。在正負(fù)極得失電子數(shù)相同的情況下，兩個電極反應(yīng)式疊加，會得到總反應(yīng)式。用總反應(yīng)式減去任何一個電極反應(yīng)式會得到另一個電極反應(yīng)式。教學(xué)回顧：