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1、2022年人教版選修4 第4章第2節(jié) 化學(xué)電源 教案
教學(xué)目標(biāo)
知識與技能:
1、了解電池的一般分類,
2、了解常見的化學(xué)電源的種類及其原理,知道它們在生產(chǎn)生活和國防中的應(yīng)用
3、掌握幾種典型化學(xué)電池的電極反應(yīng)
過程與方法:引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),了解有關(guān)化學(xué)電源和新型化學(xué)電池的相關(guān)知識
情感態(tài)度與價值觀: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
教學(xué)重點:掌握幾種典型電池的用途和特點。
教學(xué)難點:掌握幾種典型化學(xué)電池的電極反應(yīng)
教學(xué)過程:
【情景導(dǎo)入】:在日常生活中,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
2、電池、蓄電池、紐扣電池、燃料電池,電池可用于照明、電動車動力、手機電源、手表電源等,那么本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)化學(xué)電源的有關(guān)知識。
【板 書】:第二節(jié) 化學(xué)電源
【指導(dǎo)閱讀】:閱讀教材74頁,思考下列問題
1、目前化學(xué)電池主要分為哪幾個大類?在性能等方面它們各有什么特點?
2、化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點?
3、判斷電池的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)主要是什么?
【板 書】:化學(xué)電池
1、概念:是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
①、一次電池又稱不可充電電池——如:干電池
2、分類: ②、二次電池又稱充電電池——蓄電池
③、燃料電池
①、能量轉(zhuǎn)換效率高,供能穩(wěn)定可靠
3、優(yōu)點: ②、
3、可以制成各種形狀和大小、不同電壓的電池,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。面對許多原電池,我們怎樣判斷其優(yōu)劣或適合某種需要?
①、比能量:[符號(A·h/kg),(A·h/L)]
【板 書】:4、電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn): ②、比功率:【符號是W/kg,W/L)】
③、比時間:電池的儲存時間的長短
【過 渡】:展示出幾種一次電池:普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、銀鋅電池、鋰電池等,下面介紹常見化學(xué)電池的工作原理和化學(xué)電池的電極反應(yīng)。
【板 書】:一、一次電池
1、 堿性鋅錳干電池:
負極(鋅
4、筒):Zn +2OH-—2e—= 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
【講解分析】: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。
【指導(dǎo)閱讀】:請閱讀P75的資料卡片---銀鋅電池,思考銀鋅電池的工作原理是什么?
【板 書】: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(xué)方程式為:Zn+Ag2
5、O 2Ag+ ZnO
【講解分析】:正極殼填充Ag2O和石墨,負極蓋填充鋅汞合金,電解質(zhì)溶液KOH。優(yōu)點:比能量電壓穩(wěn)定、儲存時間長,使用于小電流和連續(xù)放電,常制成微型電池或紐扣電池等,如電子表或計算器上的電池。
【典型例題】:例1、1958年世界上第一個心臟起搏器在瑞典植入人體成功,使用壽命長達10年之久.這種能源起搏器中安裝了壽命最長、可靠性最高的鋰—碳電池.這種電池容量大,電壓穩(wěn)定,能在-56.7~71.1℃溫度范圍內(nèi)正常工作,現(xiàn)已在火箭、移動電話、筆記本電腦中廣泛使用.它采用鋰和石墨作電極,四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶解在亞硫酰氯中(SOCl2)組成電解質(zhì)溶液.電池總反應(yīng)為:8L
6、i+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S.
(1)、此電池中_______作負極,電極反應(yīng)為_______,_______作正極.
(2)、該電池用于心臟起搏器時,在生理上的作用是_______。
【答 案】:1、C 2、(1)鋰,Li-e- =Li+,石墨.(2)起搏器遵循天然心臟的工作原理通過向心臟發(fā)送電脈沖以控制心臟的跳動。
【板 書】:二、二次電池
1、鉛蓄電池
【指導(dǎo)閱讀】:請閱讀P76的圖片---鉛蓄電池,思考鉛蓄電池的工作原理是什么?
【講解分析】: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,
7、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。
【板 書】:⑴、放電的電極反應(yīng)為:
負極:Pb+-2e- =PbSO4↓
放電
充電
正極:PbO2+4H+++2e- =PbSO4↓+2H2O
總反應(yīng)式:PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4↓+2H2O
【講解分析】:鉛蓄電池的電壓正常情況下保持2.0 V,當(dāng)電壓下降到1.85 V時,即當(dāng)放電進行到硫酸濃度降低,溶液密度達1.18 g / cm3時即停止放電,而需要將蓄電池進行充電,其電極反應(yīng)為:
【板 書】:⑵、充電的電極反應(yīng):陽極:PbSO
8、4+2H2O-2e- =PbO2+4H++
陰極:PbSO4+2e- =Pb+
【過 渡】: 目前汽車上使用的電池,有很多是鉛蓄電池。由于它的電壓穩(wěn)定,使用方便、安全、可靠,又可以循環(huán)使用,因此廣泛應(yīng)用于國防、科研、交通、生產(chǎn)和生活中。但是比較笨重。因此出現(xiàn)了大有發(fā)展前景的燃料電池
【板 書】:三、燃料電池
【講 述】: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),便于燃料的補充,從而電池可以長時間甚至不間斷地工作。另一方面,燃料
9、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)。 按電解質(zhì)劃分,燃料電池大致上可分為:堿性燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池等。
【板 書】:1、氫氧燃料電池(堿性)
⑴、電極反應(yīng):負極:2H2+4OH——2e—=4H2O
正極:O2+2H2O+2e—=4OH—
⑵、電池的總反應(yīng)為:2H2 + O2 = 2H2O
⑶、優(yōu)點:能量轉(zhuǎn)化率高,達70%以上,且其燃燒的產(chǎn)物為水,因此不污染環(huán)境。
【典型例題】:例2、充電電池在放電時發(fā)生的反應(yīng),在充電時又可以逆向進行,使生成物恢復(fù)原狀,由此推斷,“充電”時的反應(yīng)是
10、 ( A )
A、氧化還原反應(yīng) B、非氧化還原反應(yīng)
C、可能是氧化還原反應(yīng),也可能是非氧化還原反應(yīng) D、無法判斷
例3、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。寫出電極反應(yīng)式:
【答 案】: 負極: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
例4、銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器
11、的電源,它的充放電過程可表示為: 2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+2H2O那么放電時,負極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是(?D?)
A、Ag??????? ? B、Zn(OH)2? ????? C、Ag2O??? ?? D、Zn
例5、下圖為氫氧燃料電池原理示意圖,按此圖的提示,敘述不正確的是( )
A.a(chǎn)電極是負極
B.b電極的電極反應(yīng)為:4OH--4e-== 2H2O+O2↑
C.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源
D.燃料電池是一種不需將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置
【解 析】:分析氫氧燃料電池原理示意圖,可知a極為負極,其電極反應(yīng)為
12、2H2-4e-==4H+,b極為正極,其電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-==4OH-,電池總反應(yīng)式為2H2+O2==2H2O。H2為還原劑,O2為氧化劑,該電池只要通入H2、O2就能工作,無需將它們儲藏在電池內(nèi)部。氫氧燃料電池的能量效率較高,而且產(chǎn)物水是一種無污染物質(zhì),是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源,在航天領(lǐng)域已得到應(yīng)用。答案為B。
【歸納總結(jié)】:四、書寫由化學(xué)方程式書寫電極反應(yīng)式注意點:
①、找出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì),確定正負極反應(yīng)的物質(zhì);
②、利用電荷守恒分別寫出電極反應(yīng)式;
③、負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物,與溶液的酸堿性有關(guān)(如+4價的C在酸性溶液中以CO2
13、形式存在,在堿性溶液中以CO32-形式存在)
④、驗證:兩電極反應(yīng)式相加所得式子和原化學(xué)方程式相同,則書寫正確。
【課堂小結(jié)】: 任何一個氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。氧化劑和還原劑之間轉(zhuǎn)移電子要通過導(dǎo)線(導(dǎo)體)傳遞才能實現(xiàn),這樣就形成了電流,將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?
化學(xué)電池的反應(yīng)本質(zhì)是——氧化還原反應(yīng)
板書設(shè)計:
第二節(jié) 化學(xué)電源
1、概念:是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
①、一次電池又稱不可充電電池——如:干電池
2、分類: ②、二次電池又稱充電電池——蓄電池
③、燃料電池
①、能量轉(zhuǎn)換效率高,供能穩(wěn)定可靠
3、優(yōu)點: ②、可以制成各種形狀和大小、不同電壓的電池,使用方便
③、易維護,可在各種環(huán)境下工作。
4、電池優(yōu)劣的判斷標(biāo)準(zhǔn): ②、比功率:【符號是W/kg,W/L)】
③、比時間:電池的儲存時間的長短
教學(xué)回顧:
鋅錳干電池由于學(xué)生通過閱讀教材就能理解明白,學(xué)生自學(xué)后立即進行自主測試,而鉛蓄電池和氫氧燃料電池難度比較大,只看教材不能很好理解,在設(shè)計時增加了問題導(dǎo)學(xué),運用多媒體FLASH幫助學(xué)生分析原理,可以降低學(xué)習(xí)難度,并且能大大調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性?! ?