第二節(jié)化學(xué)電源

1、第二節(jié) 化學(xué)電源一、教材分析通過以前章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了能量守恒定律、化學(xué)反應(yīng)的限度、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性、以及原電池的原理等理論知識，為本節(jié)的學(xué)習(xí)做好了充分的理論知識準(zhǔn)備?；瘜W(xué)電池是依據(jù)原電池原理開發(fā)的具有很強(qiáng)的實用性，和廣闊的應(yīng)用范圍的技術(shù)產(chǎn)品。本節(jié)的教學(xué)是理論知識在實踐中的延伸和拓展，將抽象的理論和學(xué)生在日常生活中積累的感性體驗聯(lián)系起來，幫助學(xué)生進(jìn)一步的深入認(rèn)識化學(xué)電池?，F(xiàn)代科技的飛速發(fā)展也帶動了電池工業(yè)的進(jìn)步，各種新型的電池層出不窮。教材選取具有代表性的三大類電池，如生活中最常用的一次電池（堿性鋅錳電池）、二次電池（鉛蓄電池）、和在未來有著美好應(yīng)用前景燃料電池。簡

2、介了電池的基本構(gòu)造，工作原理，性能和適用范圍。同時向?qū)W生滲透綠色環(huán)保的意識。二、教學(xué)目標(biāo)1知識目標(biāo)：(1)知道日常生活中常用的化學(xué)電源和新型化學(xué)電池；(2)認(rèn)識一次電池、二次電池、燃料電池等幾類化學(xué)電池；(3) 會書寫常用化學(xué)電池的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。2能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、整理、歸納總結(jié)、探究等能力。3情感、態(tài)度和價值觀目標(biāo)：感悟研制新型電池的重要性以及化學(xué)電源可能會引起的環(huán)境問題，初步形成較為客觀、正確的能源觀，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識。三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)的書寫難點(diǎn)：化學(xué)電源的結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)的書寫四。教學(xué)過程新課導(dǎo)入建議當(dāng)一個人的心臟跳動過慢時，醫(yī)生會建議他

3、安裝一個心臟起搏器，借助化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來延長生命。該用什么材料制作這樣的電池呢？經(jīng)過科學(xué)家的長期研究，發(fā)明的這種電池叫做鋰電池。那除了這種電池外，還有其他的一些電池。讓我們一起來了解化學(xué)電源的多樣性吧！板書 第二節(jié) 化學(xué)電源(1)看教材P74頁，回答以下問題：1、什么是一次電池？一次電池：電池中的反應(yīng)物質(zhì)在進(jìn)行一次電化學(xué)反應(yīng)（放電）之后就不能再次使用了，即無法充電再使用（只能廢棄而不能再生）。這樣的電池，叫做一次電池。廢棄的一次電池必須妥善處理，否則會造成礦產(chǎn)資源的極大浪費(fèi)和環(huán)境污染2、什么是二次電池？可以多次反復(fù)使用，放電后可以充電復(fù)原再重新放電的電池，也稱蓄電池、可充電電池。3.判斷一

4、種電池的優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是什么？并填寫【三維設(shè)計】中的“知識點(diǎn)一板書 一、化學(xué)電池1.概念：是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置?；瘜W(xué)電池的主要部分是電解質(zhì)溶液和浸在溶液中的正極和負(fù)極，使用時將兩極用導(dǎo)線接通，就有電流產(chǎn)生，因而獲得電能。2類型二、常見化學(xué)電源的組成與反應(yīng)原理：看教材P7577頁，填寫并填寫【三維設(shè)計】中的“知識點(diǎn)二幾種常見的化學(xué)電池”1.一次電池(堿性鋅錳電池)思考該電池的正負(fù)極材料和電解質(zhì)(1)構(gòu)成：負(fù)極Zn，正極MnO2，電解質(zhì)KOH。(2)電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn2OH2e=Zn(OH)2正極：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH總反應(yīng)：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(

5、OH)2看教材銀鋅紐扣電池銀鋅原電池是用不銹鋼制成的小圓盒，形似紐扣，故稱紐扣電池。盒內(nèi)一端填充氧化銀和石墨組成的活性材料，另一端填充鋅汞合金組成的活性材料。 Zn為負(fù)極,Ag2O為正極 ，電解液: KOH溶液總反應(yīng)：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag（寫電極反應(yīng)式，下同）負(fù)極： Zn2OH2e Zn(OH)2 正極： Ag2OH2O2e 2Ag2OH 一粒鈕扣電池的電壓達(dá)159 V，安裝在電子表里可使用兩年之久。電池特點(diǎn):比能量高、電壓高、儲存時間長、工作 ，溫度寬等優(yōu)點(diǎn).2二次電池(蓄電池)(1)構(gòu)成：負(fù)極Pb、正極PbO2，電解質(zhì)H2SO4溶液(2)工作原理放電：負(fù)極：Pb(

6、s)SO4(aq)2e=PbSO4(s)正極：PbO2(s)4H(aq)SO42-(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)總反應(yīng)：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)充電時鉛蓄電池的充電反應(yīng)是放電反應(yīng)的逆過程。陰極：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)；陽極：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO4(aq)；總反應(yīng)：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。上述充放電反應(yīng)可寫成一個可逆反應(yīng)方程式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。3

7、燃料電池(1)工作原理連續(xù)地將燃料(如氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣等液體或氣體)和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能。電極材料本身不發(fā)生氧化還原反應(yīng)。工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排除。(2)氫氧燃料電池電極材料Pt，酸性電解質(zhì)。電極反應(yīng)：負(fù)極：H22e=2H正極：O22H2e=H2O總反應(yīng)：H2O2=H2O思考與交流若把氫氧燃料電池中的酸性介質(zhì)換成堿性介質(zhì)，其電極反應(yīng)式怎樣寫？【提示】負(fù)極：2H24e4OH=4H2O正極：O22H2O4e=4OH總反應(yīng)：2H2O2=2H2O三。化學(xué)電源中電極反應(yīng)式的書寫【問題導(dǎo)思】化學(xué)電源中正、負(fù)極是什么物質(zhì)得、失電子

8、？【提示】正極：陽離子得到電子生成單質(zhì)或O2得電子。負(fù)極：活潑金屬或H2失去電子。氫氧燃料電池在酸性電解質(zhì)和堿性電解質(zhì)中的總反應(yīng)實質(zhì)相同嗎？【提示】相同，都為2H2O2=2H2O1根據(jù)裝置書寫電極反應(yīng)式(1)先分析題目給定的圖示裝置，確定原電池正、負(fù)極上的反應(yīng)物，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失。(2)電極反應(yīng)式的書寫。負(fù)極：活潑金屬或H2失去電子生成陽離子，若電解質(zhì)溶液中的陰離子與生成的陽離子不共存，則該陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式。如鉛蓄電池，負(fù)極：PbSO42e=PbSO4。正極：陽離子得到電子生成單質(zhì)，或O2得到電子。若反應(yīng)物是O2，則：電解質(zhì)是堿性或中性溶液：O22H2O4e=4OH。電解質(zhì)是酸性

9、溶液：O24H4e=2H2O。(3)正、負(fù)電極反應(yīng)式相加得到電池反應(yīng)的總反應(yīng)方程式。2給出總反應(yīng)式，寫電極反應(yīng)式分析反應(yīng)中的氧化反應(yīng)或還原反應(yīng)(即分析有關(guān)元素的化合價變化情況)選擇一個簡單的變化情況去寫電極反應(yīng)式另一極的電極反應(yīng)直接寫出或?qū)⒏鞣磻?yīng)式看作數(shù)學(xué)中的代數(shù)式，用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式，即得結(jié)果以2H2O2=2H2O為例，當(dāng)電解質(zhì)溶液為KOH溶液時的電極反應(yīng)式的書寫步驟如下：(1)根據(jù)總反應(yīng)方程式分析有關(guān)元素化合價的變化情況，確定2 mol H2失掉4 mol電子，初步確定負(fù)極反應(yīng)式為2H24e=4H。(2)根據(jù)電解質(zhì)溶液為堿性，與H不能共存，反應(yīng)生成水，推出OH應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式

10、中，故負(fù)極反應(yīng)式為2H24OH4e=4H2O。(3)用總反應(yīng)式2H2O2=2H2O減去負(fù)極反應(yīng)式得正極反應(yīng)式：2H2OO24e=4OH。3可充電電池電極反應(yīng)式的書寫在書寫可充電電池電極反應(yīng)式時，要明確電池和電極，放電為原電池，充電為電解池。(1)原電池的負(fù)極與電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，對應(yīng)元素化合價升高。(2)原電池的正極與電解池的陰極發(fā)生還原反應(yīng)，對應(yīng)元素化合價降低。書寫電極反應(yīng)式應(yīng)注意電解質(zhì)溶液的影響。(1)中性溶液反應(yīng)物中無H或OH。(2)酸性溶液反應(yīng)物，生成物均無OH。(3)堿性溶液反應(yīng)物，生成物中均無H。(4)水溶液不能出現(xiàn)O2。例：(1)今有2H2O2 KOH,2H2O反應(yīng)，構(gòu)成燃

11、料電池，則負(fù)極通的應(yīng)是_，正極通的應(yīng)是_，電極反應(yīng)式分別為_、_。(2)如把KOH改為稀H2SO4作電解質(zhì)溶液，則電極反應(yīng)式為_、_。(1)和(2)的電解液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，其溶液的pH各有何變化？ _。(3)如把H2改為甲烷、KOH作導(dǎo)電物質(zhì)，則電極反應(yīng)式為：_、_?！窘馕觥扛鶕?jù)電池反應(yīng)式可知H2在反應(yīng)中被氧化，O2被還原，因此H2應(yīng)在負(fù)極上反應(yīng)，O2應(yīng)在正極上反應(yīng)。又因為是堿性溶液，此時應(yīng)考慮不可能有H參加或生成，故負(fù)極反應(yīng)為：2H24OH4e=4H2O，正極反應(yīng)為：O22H2O4e=4OH。若將導(dǎo)電物質(zhì)換成酸性溶液，此時應(yīng)考慮不可能有OH參加或生成，故負(fù)極：2H24e=4H，正極：O24

12、H4e=2H2O。由于前者在堿性條件下反應(yīng)KOH量不變，但工作時H2O增多故溶液變稀堿性變小，pH將變小。而后者為酸溶液，H2SO4量不變，水增多，溶液酸性變小，故pH將變大。如把H2改為甲烷用KOH作導(dǎo)電物質(zhì)，根據(jù)反應(yīng)CH42O2=CO22H2O，則負(fù)極為發(fā)生氧化反應(yīng)的CH4，正極為發(fā)生還原反應(yīng)的O2，由于有KOH存在，此時不會有CO2放出?！敬鸢浮?1)H2O2負(fù)極：2H24OH4e=4H2O正極：O22H2O4e=4OH(2)負(fù)極：2H24e=4H正極：O24H4e=2H2O(1)變小，(2)變大(3)負(fù)極：CH410OH8e=CO37H2O正極：2O24H2O8e=8OH常見燃料電池的

13、電極反應(yīng)在燃料電池中，電解質(zhì)溶液參與電極反應(yīng)，電解質(zhì)酸堿性的改變，引起電極反應(yīng)的變化，但不影響燃料及O2的性質(zhì)。電極反應(yīng)在遵守質(zhì)量守恒定律、電荷守恒、電子得失守恒的同時，還要特別考慮電解質(zhì)溶液是否參與反應(yīng)。(1)甲烷燃料電池。電解質(zhì)：KOH正極(通O2)：2O24H2O8e=8OH負(fù)極(通CH4)：CH410OH8e=CO37H2O總反應(yīng)：CH42O22KOH=K2CO33H2O(2)甲醇燃料電池。電解質(zhì)：KOH正極：3O26H2O12e=12OH負(fù)極：2CH3OH16OH12e=2CO312H2O總反應(yīng)：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O(3)肼燃料電池。電解質(zhì)：KOH正極：O22H2O4e=4OH負(fù)極：N2H44OH4e=N24H2O總反應(yīng)：