2019-2020年人教版高中化學(xué)必修二 2-2-2化學(xué)能與電能（教案）2.doc

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2019-2020年人教版高中化學(xué)必修二 2-2-2化學(xué)能與電能（教案）2 教學(xué)目標(biāo) 知識與技能： 1、了解一次電池、二次電池、燃料電池的反應(yīng)原理，性能及其應(yīng)用 2、學(xué)會簡單電極反應(yīng)式的書寫 過程與方法： 以視頻、討論、歸納等手段，讓學(xué)生在不斷解決問題的過程中，增強實際分析、解決問題的能力 情感態(tài)度與價值觀： 認(rèn)識化學(xué)電源在人類生產(chǎn)、生活中的重要地位；了解環(huán)境保護(hù)在生產(chǎn)生活中的重要作用；培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。 教學(xué)重點：對常用的化學(xué)電源和新型化學(xué)電池原理的了解，鞏固原電池原理 教學(xué)難點：電極反應(yīng)式的書寫。 教學(xué)過程： 【復(fù)習(xí)】 一、原電池的定義 ：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 二、原電池的形成條件：’一極、一液、一回路“ 【講解】形成閉合回路的方式有多種，可以是導(dǎo)線連接兩個電極，也可以是兩電極接觸。有的原電池產(chǎn)生的電流大，可以對外做功；有的原電池，電極上發(fā)生的反應(yīng)很慢，產(chǎn)生的電流極其微弱，不能對外做功 三、原電池電子的流向及正負(fù)極的判斷 【講解】除此之外，還可根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動方向來判斷： 1、在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子的移向的極是正極，陰離子移向的極是負(fù)極。 2、若原電池工作后，X極質(zhì)量增加，說明溶液中的陽離子在X極(正極)放電，X級活動性較弱。 3、若原電池工作后，X極上有氣泡冒出，是因為發(fā)生了析出H2的電極反應(yīng)，說明X極為正極，活動性弱。 4、增重或產(chǎn)生氣泡的為正極，溶解的為負(fù)極。 5、在這里我們要注意的是，不能機械地以金屬活動性順序表中體現(xiàn)的金屬活潑性的強弱來判斷原電池中的負(fù)極，“較活潑的金屬”應(yīng)理解為“在該原電池的特定條件下更容易與電解質(zhì)反應(yīng)（易被氧化）的金屬” 即在特殊情況要考慮電極與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)，例如，Mg、Al與NaOH溶液構(gòu)成的原電池中Al作負(fù)極；Cu-Al-濃硝酸溶液構(gòu)成的原電池中Al作正極 四、原電池電極反應(yīng)的書寫 【講解】原電池反應(yīng)所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理是氧化還原反應(yīng)，書寫電極反應(yīng)的方法歸納如下： 1、寫出總化學(xué)方程式 2、根據(jù)總化學(xué)反應(yīng)方程式按照電子得失情況，分成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng) 3、氧化反應(yīng)在負(fù)極發(fā)生，還原反應(yīng)在正極發(fā)生，注意介質(zhì)參與反應(yīng)。 4、總的化學(xué)反應(yīng)方程式是正負(fù)電極反應(yīng)相加的結(jié)果，反過來也可以相減，得電極反應(yīng)。電極反應(yīng)也遵守質(zhì)量守恒，電荷守恒及正、負(fù)極得失電子數(shù)相等的規(guī)律。 【強調(diào)】書寫電極方程式時要注意幾點： 1、 根據(jù)給出的化學(xué)方程式或根據(jù)題意，確定原電池的正負(fù)極，弄清正負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。 2、 弱電解質(zhì)、氣體或難溶物均以分子式表示，其余以離子符號表示。 3、 注意電解質(zhì)溶液的成分，對正極、負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物的影響，正、負(fù)極產(chǎn)物可根據(jù)題意或據(jù)化學(xué)方程式確定。 4、 寫電極反應(yīng)時要遵守守恒原則，可在電極反應(yīng)式一端據(jù)需要添加H＋或OH―或H2O，將兩個電極反應(yīng)式合起來，即可得到電池反應(yīng)總方程式。 【練習(xí)】 【講解】通過以上的討論，我們也可以抽象出原電池化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑的金屬（負(fù)極）通過外電路流向較不活潑的金屬（正極） 【練習(xí)】 題型1 原電池的判斷 題型2、原電池的工作原理 2.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負(fù)極，此金屬是( ) A、Mg B.Fe C.Al D.Cu 3.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質(zhì)溶液的 PH( ) A.不變 B先變大后變小 C逐漸變大 D.逐漸變小 題型3 利用原電池電極判斷金屬性強弱 4、.把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負(fù)極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為( ) A．a(chǎn) > b > c > d B．a(chǎn) > c > d > b C．c > a > b .> d D．b > d > c > a 題型4 原電池的構(gòu)成條件 5.一個電池反應(yīng)的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,該反應(yīng)的的原電池正確組合是（ ） A B C D 正極 Zn Cu Cu Fe 負(fù)極 Cu Zn Zn Zn 電解質(zhì)溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl 題型5 原電池電極反應(yīng)的書寫 6、科學(xué)工作者為心臟病人設(shè)計的心臟起搏器的電池是以Pt和Zn為電極材料，依靠人體內(nèi)液體中含有一定濃度的溶解氧、H+和Zn2+進(jìn)行工作，回答下列問題 （1）負(fù)極材料是______ 電極反應(yīng)式是____________________ （2）正極材料是______ 電極反應(yīng)式是___________________ 【思維創(chuàng)新】案例分析：在倫敦的上流社會，有一位貴族夫人格林太太，幼年時因蛀牙補過一顆不銹鋼的假牙。不料后來，她又因為車禍掉了一顆牙，為了顯示其富有，她裝了一顆黃金假牙。自此以后，她就經(jīng)常出現(xiàn)頭痛、失眠心情煩燥等癥狀。更奇怪的是，眾多的醫(yī)學(xué)家為她檢查后，都找不到病因是什么。這位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大醫(yī)院會診也不見效果。格林太太的病因到底是什么呢？請同學(xué)根據(jù)本節(jié)的知識和我們生物學(xué)上的常識進(jìn)行一下診斷。 【思維創(chuàng)新】有一位非常喜歡趕時髦的富商決定建造一艘海上游艇，為了使游艇奢侈豪華，他不惜重金讓造船師用昂貴、漂亮、對海水有很強抗腐蝕能力的鎳銅合金將船底包起來，由于這種合金的金屬強度不夠大，造船師又不得不用特種鋼來制造游艇的許多零件。在一片贊美聲中，游艇緩緩駛進(jìn)了大海，暢游于碧海波濤中?？墒俏催^幾周，這艘游艇底部變得千瘡百孔，過早結(jié)束了它的使命。你能解釋其中的原因嗎？ 【引言】人們應(yīng)用原電池原理，制作了多種電池，如干電池、蓄電池、充電電池、高能電池等，以滿足不同需要。我們課我們具體來學(xué)習(xí)幾種利用化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿幕瘜W(xué)電源。 【板書】二、發(fā)展中的化學(xué)電源(chemical power source) 【講解】最古老的電池 —— 巴格達(dá)電池 1936年6月，伊拉克考古學(xué)家在巴格達(dá)城郊，發(fā)現(xiàn)了大量公元前二百多年屬于波斯王朝時代的文物，其中包括一些奇怪的陶制器皿和生銹的銅管、鐵棒。陶制器皿有點像花瓶，高15厘米，呈淡黃色，瓶里裝滿了瀝青，瀝青之中有個鈾管，直徑2.6厘米，高9厘米，鈾管中又有一層瀝青，并有一根銹跡斑斑的鐵棒。 【講解】上述原電池的結(jié)構(gòu)較簡單，攜帶也不方便，當(dāng)今的電池工業(yè)已能制造出各種各樣的實用電池。實用電池一般應(yīng)具有的特點是：能產(chǎn)生穩(wěn)定而具有較高電壓的電流：安全、耐用且便于攜帶；能夠適用于特殊用途；便于回收處理，不污染環(huán)境或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生較小的影響，下面我們來簡單介紹幾種常見電池和新型電池。 【板書】1．干電池( dry cell) 【講解】干電池是用鋅制圓筒型外殼作負(fù)極，位于中央的頂蓋有銅的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2和炭黑(Zn—Mn電池) 【板書】負(fù)極（鋅筒）：Zn —2e—= Zn2+； 正極（石墨）：正極：2NH4++2e－=2NH3+H2 電池的總反應(yīng)式為：Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2 【講解】淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩極的析出速率。ZnCl2的作用是吸收NH3。MnO2作用是吸收正極放出的H2生成MnO(OH) ，從而消除電極正極H2的集結(jié)現(xiàn)象，防止產(chǎn)生極化。干電池是一次性電池，放電后不能再使用，內(nèi)部氧化還原反應(yīng)不可逆。為提高使用壽命，用KOH代替NH4Cl來提高性能。 干電池的主要用途是錄音機、閃光燈、手電筒、電動玩具、袖珍電視機以及電極、空調(diào)搖控器等。 【過渡】充電電池又稱二次電池 ?？沙潆婋姵厥莾蓸O都參加反應(yīng)的電池。這是一種發(fā)展較快的原電池，如鉛蓄電池、銀鋅電池、（紐扣電池）、鋰電池、愛迪生蓄電池等，它們的負(fù)極是較活潑的金屬，正極一般是金屬氧化物。放電時，負(fù)極被氧化。正極材料的氧化物被還原，充電時的電極反應(yīng)與放電時相反。 【板書】2、充電電池 (1) 鉛蓄電池(storage battery) 【講解】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。 【板書】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 【講解】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。 【思考與交流】鉛蓄電池在放電前后電解質(zhì)溶液和電極分別有哪些變化？這對電池的繼續(xù)工作會帶來哪些影響？ 【回答】電解質(zhì)溶液的濃度有所下降，同時電極上都附著一層難溶物PbSO4 使電池的電壓降低，電壓不穩(wěn)定，欲使其恢復(fù)，就要對其進(jìn)行充電 【板書】(2)鎳氫電池 負(fù)極：H2 +2OH- -2e-= 2H2O 正極：2NiO(OH) +2H2O +2e- = 2Ni(OH)2 +2OH- 放電總反應(yīng)式：H2 + 2NiO(OH) = 2Ni(OH)2 【講解】1970-1975開發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。1998-1992美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水 【板書】（3）堿性蓄電池 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+H2O 2Ag+Zn(OH)2 【講解】正極殼填充Ag2O和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液KOH。 【板書】 鎘鎳電池： 負(fù)極：Cd＋2OH--2e-= Cd(OH)2 正極：2NiO（OH）+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH- 鎘鎳電池充電和放電的總化學(xué)方程式為： 2NiO（OH）＋Cd＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2 【講解】負(fù)極材料：Cd，正極材料：涂有NiO2，電解質(zhì)：KOH溶液。鎳鎘電池壽命較蓄電池長，但鎘是致癌物，鎳鎘污染環(huán)境。 【講解】還有一種廣泛用于筆記本電腦、移動電話、攝像機的鋰離子電池，其壽命較長，被稱為綠色電池 【板書】(4) 鋰電池 負(fù)極：Li - e- = Li+ 正極：MnO2 + e- = MnO2- 總反應(yīng)式：Li + MnO2 = LiMnO2 【講解】優(yōu)點：質(zhì)量輕、容量大、放電時間長。鋰電池是一種高能電池，鋰作為負(fù)極，技術(shù)含量高，有質(zhì)量輕、體積小、電壓高、工作效率高和壽命長等優(yōu)點。常用于電腦筆記本、手機、照相機、心臟起博器、火箭、導(dǎo)彈等的動力電源。 【過渡】還有一種新型高效氫氧燃料電池，主要用于航天領(lǐng)域，它的電極一般為活化電極，具有很強的催化活性，如鉑電極、活性炭電極等，電解質(zhì)溶液為40%KOH溶液。 【板書】3．燃料電池(fuel cell) (1) 氫氧燃料電池 （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 【講解】該電池的特點是能量轉(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。 【板書】若電解質(zhì)溶液為稀H2SO4 負(fù)極：2H2 -4e-=4H+ 正極：O2+ 4H+ + 4e-= 2H2O 放電總反應(yīng)式： 2H2 + O2 = 2H2O 【講解】新型燃料電池：該電池用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，又在兩極上分別通甲烷和氧氣。 【板書】(2) 甲烷氧氣燃料電池 負(fù)極：CH4+10OH--8e-=CO32－+7H2O 正極：2O2+4H2O+8e-=8OH- 電池的總反應(yīng)式為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 板書設(shè)計： 二、發(fā)展中的化學(xué)電源(chemical power source) 1．干電池( dry cell) 負(fù)極（鋅筒）：Zn —2e—= Zn2+； 正極（石墨）：正極：2NH4++2e－=2NH3+H2 電池的總反應(yīng)式為：Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2 2、充電電池 (1))鉛蓄電池(storage battery) (2)鎳氫電池 (3)堿性蓄電池 銀鋅電池： 鎘鎳電池： (4))鋰電池 3．燃料電池(fuel cell) (1) 氫氧燃料電池 (2)甲烷氧氣燃料電池教學(xué)回顧： 通過多媒體教學(xué)使學(xué)生了解原電池在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，簡單易懂，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，課堂教學(xué)效果很好。