高中化學(xué)-第二節(jié)-化學(xué)電源教案(人教版選修4)

1、高二化學(xué)選修4第二節(jié) 化學(xué)電源教學(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、書寫理解燃料電池的反應(yīng)原理過程與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(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(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

2、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)：（）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。（）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。（）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)：（）比能量 （）比功率 （3）電池的儲(chǔ)存時(shí)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

3、-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)過程教學(xué)步驟、內(nèi)容學(xué)與問在日常生活中

4、，你用過那些電池？你知道電池的其它應(yīng)用嗎？交流結(jié)果干電池、蓄電池、紐扣電池、燃料電池，電池可用于照明、電動(dòng)車動(dòng)力、手機(jī)電源、手表電源等。板書第二節(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。板書一、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

5、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。板書2、化學(xué)電源的優(yōu)點(diǎn)：（）能量轉(zhuǎn)換效率高，供能穩(wěn)定可靠。（）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。（）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(chǔ)存時(shí)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(chǔ)存時(shí)間長的電池，更適合電池使用者。板書 3、原電池的優(yōu)劣或適合某種需要判斷標(biāo)準(zhǔn)：（）比能量（）比功率 （3）電池的儲(chǔ)存時(shí)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

6、鋅電池、鋰電池等板書二、一次電池講普通鋅錳干電池的簡稱，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(gè)電極的遷移速率。板書1、 堿性鋅錳干電池：負(fù)極（鋅筒）：Zn +2OH2e= Zn（OH）2 ；正極（石墨）：正

7、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(shí)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(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

8、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Ag2O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。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。板書2、銀鋅電池：

9、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。講 鋰電池是金屬鋰作負(fù)極，石墨作正極，無機(jī)溶劑亞硫酰氯(SO2Cl2)在炭極上發(fā)生還原反應(yīng)。電解液是由四氯鋁化鋰(LiAlCl4)溶解于亞硫酰氯中組成。它的總反應(yīng)是鋰與亞硫酰氯發(fā)生反應(yīng)，生成氯化鋰、亞硫酸鋰和硫。板書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(shí)電壓十分穩(wěn)定，貯存時(shí)間長

10、，能在216.3344.1K溫度范圍內(nèi)工作，使用壽命大大延長。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(dòng)力資源。板書三、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(shí)起原電池的作用。板書 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+P

11、bO2+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。投影資料：隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化通信業(yè)的發(fā)展，人們使用電池的機(jī)會(huì)愈來愈多，手機(jī)、尋呼機(jī)、隨身聽、袖珍收音機(jī)等都需要大量的二次電池作電源?？芍貜?fù)充電使用的二次電池市場主要包括鎳鎘、鎳氫、鋰離子和鋁箔包裝的鋰高分子電池等4種。板書四、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

12、，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)。 按電解質(zhì)劃分，燃料電池大致上可分為五類：堿性燃料電池（AFC）、磷酸型燃料電池（PAFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。投影氫氧燃料電池。板書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

13、的普遍重視。燃料電池是唯一同時(shí)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(dòng)力裝置。預(yù)期燃料電池會(huì)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。廢舊電池中含有汞、鉛、鎘、鎳等重金屬及酸、堿等電解質(zhì)溶液，對人體及生態(tài)環(huán)境有不同程度的危害。如當(dāng)成資源，加以回收利用，即可減少對環(huán)境污染，又可節(jié)約能源。專題訓(xùn)練對比掌握11種原電池原電池電極反應(yīng)式的書寫格式：電極名稱（電極材料）：氧化還原反應(yīng)的半反應(yīng)（氧化還原類型）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)

14、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)）。意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每析出2.24升氫氣，負(fù)極質(zhì)量就減小6.5克。（3）微粒移動(dòng)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(dòng)，H+ （參與電極反應(yīng)）向銅片移動(dòng)的電子放出氫氣。2、銅鋅強(qiáng)堿溶液的原電池（電極材料：銅片和鋅片，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：Zn +2OH- =ZnO + H2 （2）電極反應(yīng)式及其意義正極（Cu）： 2H2O+2e- =H2 +2OH- 負(fù)極（Zn）： Zn

15、+4OH-2e-=ZnO +2H2O意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每析出2.24升氫氣，負(fù)極質(zhì)量就減小6.5克。（3）微粒移動(dòng)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：OH-（參與溶液反應(yīng)）向鋅片移動(dòng)遇到Zn2+發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生ZnO，Na+（運(yùn)載電荷）向正極移動(dòng)。3、鋁銅非氧化性強(qiáng)酸溶液的原電池（電極材料：銅和鋁；電解質(zhì)溶液：稀硫酸。）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：2Al+6H+ = 2Al3+ + 3H2（2）電極反應(yīng)式及其意義正極（Cu）：6H+ +6e- =3H2（還原反應(yīng)）； 負(fù)極（Al）：2Al -6e-=2Al3+ （氧化反應(yīng)）。意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下

16、，正極每析出6.72升氫氣，負(fù)極質(zhì)量就減小5.4克。（3）微粒移動(dòng)方向：在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋁片，電子由鋁片經(jīng)用電器流向銅片。在內(nèi)電路：SO（運(yùn)載電荷）向鋁片移動(dòng)，H+ （參與電極反應(yīng)）向銅片移動(dòng)得電子放出氫氣。4、銅鋁強(qiáng)堿溶液的原電池（電極材料：銅片和鋁片，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（Cu）： 6H2O+6e- =3H2 +6OH- 負(fù)極（Al）： 2Al +8OH-6e-=2AlO +4H2O意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每析出6.72升氫氣，負(fù)極質(zhì)量就減小5.4克。（3

17、）微粒移動(dòng)方向：在外電路：電流由銅片經(jīng)用電器流向鋁片，電子由鋁片經(jīng)用電器流向銅片。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)。5、鋁銅電池濃硝酸原電池（電極材料：銅片和鋁片，電解質(zhì)溶液：濃硝酸）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：Cu+4H+ +2NO3- =Cu2+ +2NO2+2H2O（2）電極反應(yīng)式及其意義正極（Al）：4H+ +2NO3- +2e- =2NO2+2H2O（還原反應(yīng)）；負(fù)極（Cu）：Cu-2e- =Cu2+ （氧化反應(yīng)）；意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每析出4.48升NO2，負(fù)極質(zhì)量就減小6.4克。（3）微粒移動(dòng)方向：在外

18、電路：電流由鋁片經(jīng)用電器流向銅片，電子由銅片經(jīng)用電器流向鋁片。在內(nèi)電路：H+ （參與電極反應(yīng)）向鋁片移動(dòng)與NO3-匯合，NO3-（參與電極反應(yīng)）得電子產(chǎn)生NO2 。6、鎂鋁非氧化性強(qiáng)酸溶液的原電池（電極材料：鎂和鋁；電解質(zhì)溶液：稀硫酸。）（1）氧化還原反應(yīng)的離子方程式：Mg+2H+ = Mg2+ + H2（2）電極反應(yīng)式及其意義正極（Al）：2H+ +2e-=H2（還原反應(yīng)）； 負(fù)極（Mg）：Mg -2e-=Mg2+ （氧化反應(yīng)）。意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每析出2.24升氫氣，負(fù)極質(zhì)量就減小2.4克。（3）微粒移動(dòng)方向：在外電路：電流由鋁片經(jīng)用電器流向鎂片，電子由鎂片經(jīng)用電器流向鋁片。在內(nèi)電路

19、：SO（運(yùn)載電荷）向鋁片移動(dòng)，H+ （參與電極反應(yīng)）向鎂片移動(dòng)得電子放出氫氣。7、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意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每析出6.72升氫氣，負(fù)極質(zhì)量就減小5.4克。（3）微粒移動(dòng)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(dòng)遇到Al3+發(fā)生反應(yīng)

20、產(chǎn)生AlO，Na+（運(yùn)載電荷）向正極移動(dòng)。8、氫氣和氧氣細(xì)菌燃料電池（電解質(zhì)溶液是磷酸）（1）氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式：2H2 +O2=2H2O（2）電極反應(yīng)式及其意義正極（惰性材料）：O2 +4H+ +4e-=2H2O 負(fù)極（惰性材料）：2H2 -4e-=4H+ （氧化反應(yīng)）；意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每消耗3.2升氧氣，負(fù)極同時(shí)消耗0.4克氫氣，電解質(zhì)溶液增加3.6克水。9、氫氣和氧氣燃料電池（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：2H2 +O2=2H2O（2）電極反應(yīng)式及其意義正極（惰性材料）： O2 +2H2O +4e-=4OH- 負(fù)極（惰性材料）： 2H2 +4OH

21、-4e-=4H2O意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每消耗3.2升氧氣，負(fù)極同時(shí)消耗0.4克氫氣，電解質(zhì)溶液增加3.6克水10、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 意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每消耗4.48升氧氣，負(fù)極同時(shí)消耗2.24升甲烷。11、丙烷和

22、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意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，正極每消耗11.2升氧氣，負(fù)極同時(shí)消耗2.24升丙烷。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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)出現(xiàn)O2-形式。檢驗(yàn)電極反應(yīng)式的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：正負(fù)極