高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化为电能电池（第2课时）教学设计1 鲁科版选修4.doc

第1章3节 化学能转化为电能-电池第2课时【教学目标】（一）知识与技能1.了解生活中常见的电池及它们各自的特点和应用。2.了解常见电池的工作原理，初步学会电池正负极的判断方法，初步学会简易电池的制作。3.了解电池在处理上存在的问题及电池应用的前景。（二）过程与方法1.通过学生自己制作水果电池，培养学生动手操作能力及学以致远的思想。2.通过学生自己解剖一节干电池来帮助学生认识干电池的构造及工作原理，激发学生学习的热情，提高他们的课堂参与度。3.通过以电动车用的铅蓄电池实物展示，化抽象为具体，提高学生的兴趣和注意力。（三）情感态度与价值观1.课前让学生查阅资料了解化学电源发展史，讨论电池的功与过。并结合实际谈谈生活中如何减少电池造成的污染，来培养学生热爱科学的品质和环保意识，理解科学技术对人类发展的重要性。2.利用课堂内学习探究与课堂外调查相互结合的方式，使学生用辩证的思想分析科学对人类的双重影响，形成较为客观、正确的能源观，培养了学生查阅资料，利用文献的科学探究能力。【教学过程】一、教学障碍点分析1.学生通过必修2 “发展中的化学电源”，应已了解几种常见的化学电源（干电池、充电电池和燃料电池）在社会生产中的应用，初步认识化学电源的工作原理与分类，以及认识化学电源可能引起的环境问题。选修4“化学电源”增加的内容主要是判断电池的优劣标准及部分化学电源的电池反应。对于化学电源教学而言，除了认识它们的用途和可能引起的环境问题外，还可以发展什么认识？必修与选修中有关化学电源教学的关键差别在哪里？2. 原电池是高中化学的重点，也是高考的热点。而电极反应属于氧化还原反应的半反应，故又是高中化学的一个难点。在平常练习、模拟考试或者是高考中，经常会遇到一些在教材中没有出现的陌生电池，书写电极反应方程式时就会遇到障碍，要么无从下手，要么费时费力。二、教学设计环节：评价生活中的常见化学电源【设计意图】：由于学生已经学习了化学电源在生活中的应用，因此可以根据已有知识与生活经验明确判断一种电池优劣的标准，并由此建立本节课的学习心向：关注化学电源的性能与设计，以及如何改进化学电源以优化其性能，从而更好地满足生产、生活的需要。【教学设计】学生汇报自己常用的化学电源，根据使用电池的经验，提出从哪些指标判断一种电池的优劣。通过讨论总结出通常情况下，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储能时间长是大家期待的好性能电池。表2 锂电池与碱性锌锰电池和普通锌锰电池比较电池体系电压/v比能量工作温度范围/可储存时间（20）/年(wh)/kg(wh)/l锂电池3.7420800-55+7010碱性锌锰电池1.584210-20+703普通锌锰电池1.555150-10+5012性能比较 环节：分析常见化学电源电池反应，了解其装置与性能。【设计意图】：尽管碱性锌锰电池和铅蓄电池等的电池反应比较复杂，不要求学生记忆，但对于给定的这些反应，学生可以分析负极发生了什么反应，正极又发生了什么反应。这些教学活动的目的是促进学生对原电池原理的理解。本环节的认知学习任务是 “分析”常见化学电源电池反应，而不是简单的 “了解”，从而避免科普式教学。同时，对这些化学电源装置的了解，也不是要学生记住电池是如何构造的，而是引导学生认识到化学电源是通过一定工艺设计而成的。【教学设计】学生分析碱性锌锰电池、铅蓄电池等常见化学电源的正、负极电极反应，以及电池总反应，认识化学电源的关键是利用自发氧化还原反应。了解这些电池的装置，如为了避免彼此接触而短路，正、负极板之间要用隔板等工艺设计，分析这些化学电源的优缺点。1锌银电池一次电池总反应式：zn ag2oh2o= zn(oh)2 + 2ag负极反应： ；正极反应： 。2碱性锌锰干电池 一次电池 总反应式：zn2mno22h2o=2mno(oh)zn(oh)2。负极反应： ： 正极反应： 。3二次电池(可充电电池) 铅蓄电池是最常见的二次电池放电时的总反应：pbpbo22h2so4=2pbso42h2o负极反应：_ ；正极反应：_。例：铅蓄电池的总反应为：pb+pbo2+2h2so4 2pbso4+2h2o，书写放电电极反应负极：（根据总的氧化还原反应）第一步：电极反应左边写pb，右边写pbso4（金属铅变成pb2+，遇到电解质溶液中的so42-生成难溶的pbso4），并且要把+1价氢-2价氧之外的元素配平，因此在左边添写一个so42-：pb+so42-pbso4第二步：找到变价的铅元素，它由0价升高到+2价，一个铅原子总计升高2价，就是失去2个电子，添写在电极反应的左侧：pb+so42-2e-pbso4第三步：分析方程式的左边不带电荷，右边不带电荷，电荷已经守恒，不必添写h+或oh-：pb+so42-2e-pbso4第四步：原子也已经守恒，不必添h2o，最后用氧原子的个数来检验一下：pb+so42-2e-pbso4第五步：进行检查正极：第一步：电极反应左边写pbo2，右边写pbso4（+4铅变成铅离子，遇到电解质溶液中的so42-生成难溶的pbso4），在左边添写一个so42-：pbo2+so42-pbso4第二步：找到变价的铅元素，它由+4价降低到+2价，一个铅原子总计降低2价，就是得到2个电子，添写在电极反应的左侧：pbo2+so42-+2e-pbso4第三步：分析方程式的左边带4个负电荷，右边不带电荷，溶液显酸性，就用h+配平，在左侧添加4个h+：pbo2+so42-+2e-+4h+pbso4第四步：根据氢原子的个数用h2o把原子守恒完成，左侧4个氢原子，就在右侧添写2个h2o，最后用氧原子的个数来检验一下：pbo2+so42-+2e-+4h+pbso4+2h2o第五步：进行检查环节3：了解燃料电池工作原理【设计意图】：了解燃料电池工作原理是本节课教学的一个重点。其重要性在于学生熟悉该电池反应“简单”的氧化还原反应而已，但通过一定的设计，就可以制造出能量转化率高且环境友好的化学电源。而设计的基本原理他们已经学习，并非高不可攀，因此，学生有信心以后也可以进行新型电池的设计。所以，本节课的情感态度与价值观培养不应还是简单地强调化学电源对环境的破坏，而应该让学生认识到他们可以依靠所学知识去不断地优化化学电源的设计，提高能量转换率并保护环境，【教学设计】以氢氧燃料电池为例，分析燃料电池反应，了解燃料电池工作原理，认识燃料电池的能量转换率高于燃料普通燃烧的能量转换率，有利于节约能源。1燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，电解质溶液可分酸性和碱性两种。电解质溶液酸性碱性电池总反应式正极反应式负极反应式2. 甲烷燃料电池(电解质溶液为naoh溶液)的反应式为总反应离子方程式 ；正极： ； 负极 。甲烷燃料电池(电解质溶液为硫酸溶液)的反应式为总反应离子方程式 ；正极： ； 负极 。三、检测题1. 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为znmno2h2o=znomn(oh)2下列说法中，错误的是()a电池工作时，锌失去电子b电池正极的电极反应式为mno22h2o2e=mn(oh)22ohc电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极d外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g2. 某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3zn2k2feo48h2o放电充电3zn(oh)22fe(oh)34koh，以下说法不正确的是()a放电时负极反应式为zn2e2oh=zn(oh)2b放电时正极反应式为feo4h2o3e=fe(oh)35ohc放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol k2feo4被氧化d充电时阳极附近的溶液的碱性减弱3. 固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(o2)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()a有o2参加反应的a极为电池的负极bb极的电极反应式为h22eo2=h2oca极对应的电极反应式为o22h2o4e=4ohd该电池的总反应式为2h2o22h2o4. 有位科学家说：“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了y2o3的zro2晶体，它在高温下能传导o2。以下判断错误的是()a电池正极发生的反应：o24e=2o2b电池负极发生的反应：ch44o28e=co22h2oc固体电解质里的o2的移动方向：由正极流向负极d向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)5. 科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_；（2）此电池的正极发生的电极反应：_，负极发生的电极反应：_；(3)电解液中h向_极移动，向外电路释放电子的电极是_；(4)使用该燃料电池的另一个好处是_。参考答案1. 【解析】本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故a正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故c错误；由电子守恒知d项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知b正确。【答案】c2. 【解析】选项a，放电时，在碱性条件下，zn失去电子为电池的负极：zn2e2oh=zn(oh)2；选项b，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为feo4h2o3e=fe(oh)35oh；选项c，放电时，k2feo4被还原；选项d，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗oh，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。【答案】c3. 【解析】因为电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，h2在该极发生氧化反应；a电极为正极，o2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应式为h22e=2h，正极电极反应式为o22e=o2，则电池总反应式为2h2o22h2o。【答案】d4. 【解析】因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所以正极反应式是o24e=2o2，负极反应式是ch44o28e=co22h2o。由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生o2，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”的o2供应，故电池内o2的移动方向是由正极流向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以d错误。【答案】d5. 【解析】(1)燃料电池的电池反应