2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)電源》教案5 新人教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學(xué)《化學(xué)電源》教案5 新人教版選修4 [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)重難點(diǎn)]：1、掌握幾種典型電池的用途和特點(diǎn). 2、掌握幾種典型化學(xué)電池的電極反應(yīng)。 [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(jī)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(diǎn)？ 2、化學(xué)電池與其他能源相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 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(diǎn): 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(hù)，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(Ah/kg)，(Ah/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(fù)極（鋅筒）：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(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 [講解分析]： 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。優(yōu)點(diǎn)：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(dá)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：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S． （1）、此電池中_______作負(fù)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，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]：⑴、放電的電極反應(yīng)為： 負(fù)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(jìn)行到硫酸濃度降低，溶液密度達(dá)1.18 g / cm3時即停止放電，而需要將蓄電池進(jìn)行充電，其電極反應(yīng)為： [板 書]：⑵、充電的電極反應(yīng)：陽極：PbSO4＋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(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)。 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(fù)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(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化率高，達(dá)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(jìn)行，使生成物恢復(fù)原狀，由此推斷，“充電”時的反應(yīng)是 （ 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(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 例4、銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充放電過程可表示為： 2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+2H2O那么放電時，負(fù)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(fù)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(fù)極，其電極反應(yīng)為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(diǎn)： ①、找出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì)，確定正負(fù)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(fù)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形式存在，在堿性溶液中以CO32－形式存在） ④、驗(yàn)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(shí)現(xiàn)，這樣就形成了電流，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋；瘜W(xué)電池的反應(yīng)本質(zhì)是——氧化還原反應(yīng) 江蘇省五汛中學(xué)高二選修化學(xué)課課練（28） 教師版 課題：化學(xué)電源 主備人:王洋先 日期:2009-04-23 1、隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢電池必須進(jìn)行集中處理的問題被提到議事日程，其首要原因是 ( B ) A、利用電池外殼的金屬材料 B、防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染 C、不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品 D、回收其中石墨電極 2、下列說法不正確的是 （ B ） A.原電池中，負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是氧化反應(yīng) B.原電池中，電流從負(fù)極流向正極 C. 銅鋅原電池中放電時，溶液中的陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動 D.堿性錳鋅電池是一次電池，鉛蓄電池是二次電池 3、燃料電池是一種新型電池，它主要是利用燃料在燃燒過程中把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能．氫氧燃料電池的基本反應(yīng)是：X極：O2(g)＋H2O(l)＋2e－＝＝2OH－ Y極：H2(g)＋2OH－--2e－＝＝2H2O(l) 下列判斷正確的是 （ AD ） A．X是正極 B．Y是正極 C．Y極發(fā)生還原反應(yīng) D．Y極發(fā)生氧化反應(yīng) 4、據(jù)報道，美國正在研究的鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛酸蓄電池，鋅電池具有容量大，污染少等優(yōu)點(diǎn)，電池反應(yīng)為2Zn＋O2＝2ZnO，原料為鋅粒、電解液和空氣．下列敘述正確的是 （ B ） A．鋅為正極，空氣進(jìn)入負(fù)極反應(yīng) B．負(fù)極反應(yīng)為：Zn－Ze-＝Zn2+ C．正極發(fā)生氧化反應(yīng) D．電解質(zhì)溶液肯定不是酸溶液 5、一種新型燃料電池，它是用兩根金屬做電極插入KOH溶液中，然后向兩極上分別通甲烷和氧氣，其電池反應(yīng)為：X極：　Y極： 　　下列關(guān)于此燃料電池的有關(guān)說法中錯誤的是 （ D ） 　　A．通過甲烷的電極（X）為電池的負(fù)極，通過氧氣的電極（Y）為電池正極 　　B．放電一段時間后，電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量改變 　　C．在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，通過5．6L氧氣，完全反應(yīng)后有1．0mol的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移 　　D．放電時，通過甲烷的一極附近的pH升高 6、電子表所用的某種紐扣電池的電極材料為Zn和Ag2O，電解質(zhì)溶液是KOH溶液。電池總反應(yīng)式為：Zn＋Ag2O=ZnO＋2Ag, 下列說法錯誤的是 （ A ） A．該電池的正極是Zn，負(fù)極是Ag2O B．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：Zn＋2OH——2e—=ZnO＋H2O C．理論上該電池工作一段時間后，溶液中KOH的濃度不變 D．該電池工作時，電解質(zhì)中的陰離子向負(fù)極移動 7、在如右圖所示的裝置中，a的金屬性比氫要強(qiáng)，b為碳棒，關(guān)于此 裝置的各種敘述不正確的是 （ CB ） A．碳棒上有氣體放出，溶液pH變大 B．a(chǎn)是正極，b是負(fù)極 C．導(dǎo)線中有電子流動，電子從a極流到b極 D．a(chǎn)極上發(fā)生了氧化反應(yīng) 8、有人設(shè)計出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是 （ A ） ①每消耗1molCH4可以向外電路提供8mole- ②負(fù)極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O ③負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為 O2+2H2O+4e-=4OH- ④電池放電后，溶液PH不斷升高 A.①② B.①③ C.①④ D.③④ [點(diǎn) 撥]：本題是考查原電池原理在燃料電池中的具體應(yīng)用，首先要判斷出電池的正負(fù)極，其方法是確定在該電極上發(fā)生的是失電子還是得電子反應(yīng)，若發(fā)生的是失電子反應(yīng)是原電池的負(fù)極，反之是正極。CH4在鉑電極上發(fā)生類似于CH4在O2燃燒反應(yīng)，即CH4 →CO2嚴(yán)格講生成的CO2還與KOH反應(yīng)生成K2CO3，化合價升高，失去電子，是電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，1molCH4參加反應(yīng)有8mole-發(fā)生轉(zhuǎn)移，O2在正極上發(fā)生反應(yīng)，獲得電子，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-。雖然正極產(chǎn)生OH-，負(fù)極消耗OH-，但從總反應(yīng)CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O可看出是消耗KOH，所以電池放電時溶液的PH值不斷下降，故①②正確，③④錯誤。 9．（ 04江蘇）堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為： Zn(s)+ 2MnO2(s) + H2O(l) == Zn(OH)2(s) + Mn2O3(s)下列說法錯誤的是 （ C ） A．電池工作時，鋅失去電子 B．電池正極的電極反應(yīng)式為：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq) C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極 D．外電路中每通過O.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g [解析]： 該電池的電解液為KOH溶液，結(jié)合總反應(yīng)式可寫出負(fù)極反應(yīng)式：Zn(s)+2OH-(aq)-2e- == Zn(OH)2(s)，用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式，可得到正極反應(yīng)式：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq)。Zn為負(fù)極，失去電子，電子由負(fù)極通過外電路流向正極。1molZn失去2mol電子，外電路中每通過O.2mol電子，Zn的質(zhì)量理論上減小6.5g。 10、可給筆記本電腦供電的甲醇燃料電池已經(jīng)面世，其結(jié)構(gòu)示意圖如下。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H＋)和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一電極后與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)為：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。下列說法不正確的是（ B ） A．右電極為電池正極，b處通入的物質(zhì)是空氣 B．左電極為電池負(fù)極，a處通入的物質(zhì)是空氣 C．負(fù)極反應(yīng)式為：CH3OH＋H2O－6e—=CO2＋6H＋ D．正極反應(yīng)式為：O2＋4H＋＋4e—=2H2O 11、下列化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)能可直接轉(zhuǎn)變成電能的是 （ A ） A．2FeCl3＋Cu＝CuCl2＋2FeCl2 B．AlCl3＋3NH3H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4Cl C．2Fe(OH)3 Fe2O3＋3H2O D．Na2O＋CO2＝Na2CO3 12、化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用 （1）、目前常用的鎳（Ni） 鎘（Cd） 電池，其電池總反應(yīng)可表示為： 已知均難溶于水但溶于酸，以下說法正確的是 （ B ） ①、以上反應(yīng)是可逆反應(yīng) ②、以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng) ③、充電時化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 ④、放電時化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 A．①③　　　　　B．②④　　　C．①④　　　　D．②③ （2）廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物，有資料表明一節(jié)廢鎳電池可以使一平方米面積耕地失去使用價值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴(yán)重。這是因?yàn)開________。 （3）另一種常用的電池是鋰電池（鋰是一種堿金屬元素，其相對原子質(zhì)量為7），由于它的比容量（單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電量）特別大而廣泛應(yīng)用于心臟起搏器，一般使用時間可達(dá)十年。它的負(fù)極用金屬鋰制成，電池總反應(yīng)可表示為： 試回答：鋰電池比容量特別大的原因是_____________。鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶劑制，為什么這種電池不能使用電解質(zhì)的水溶液？請用化學(xué)方程式表示其原因。 [參考答案]：（1）B（2）重金屬變?yōu)榭赊D(zhuǎn)化為可溶于水的物質(zhì)，增加污染程度 （3）Li的相對原子質(zhì)量小，， 13、用銅、銀與硝酸銀設(shè)計一個原電池，此電池的負(fù)極是 ；負(fù)極的電極反應(yīng)是 。用鋅片、銅片連接后浸入稀硫酸溶液中，構(gòu)成了原電池，工作一段時間后，鋅片的質(zhì)量減少了3.25g，銅片表面析出氫氣 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），導(dǎo)線中通過 mol電子。