第二节 化学电源.doc

第二节 化学电源一、教材分析通过以前章节的学习，学生已经掌握了能量守恒定律、化学反应的限度、化学反应进行的方向和化学反应的自发性、以及原电池的原理等理论知识，为本节的学习做好了充分的理论知识准备。化学电池是依据原电池原理开发的具有很强的实用性，和广阔的应用范围的技术产品。本节的教学是理论知识在实践中的延伸和拓展，将抽象的理论和学生在日常生活中积累的感性体验联系起来，帮助学生进一步的深入认识化学电池。现代科技的飞速发展也带动了电池工业的进步，各种新型的电池层出不穷。教材选取具有代表性的三大类电池，如生活中最常用的一次电池（碱性锌锰电池）、二次电池（铅蓄电池）、和在未来有着美好应用前景燃料电池。简介了电池的基本构造，工作原理，性能和适用范围。同时向学生渗透绿色环保的意识。二、教学目标1知识目标：(1)知道日常生活中常用的化学电源和新型化学电池；(2)认识一次电池、二次电池、燃料电池等几类化学电池；(3) 会书写常用化学电池的电极反应式及总反应式。2能力目标：培养学生观察、分析、整理、归纳总结、探究等能力。3情感、态度和价值观目标：感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观、正确的能源观，增强学生的环保意识。三、教学重点难点重点：化学电源的结构及电极反应的书写难点：化学电源的结构及电极反应的书写四。教学过程新课导入建议当一个人的心脏跳动过慢时，医生会建议他安装一个心脏起搏器，借助化学反应产生的电流来延长生命。该用什么材料制作这样的电池呢？经过科学家的长期研究，发明的这种电池叫做锂电池。那除了这种电池外，还有其他的一些电池。让我们一起来了解化学电源的多样性吧！板书 第二节 化学电源(1)看教材P74页，回答以下问题：1、什么是一次电池？一次电池：电池中的反应物质在进行一次电化学反应（放电）之后就不能再次使用了，即无法充电再使用（只能废弃而不能再生）。这样的电池，叫做一次电池。废弃的一次电池必须妥善处理，否则会造成矿产资源的极大浪费和环境污染2、什么是二次电池？可以多次反复使用，放电后可以充电复原再重新放电的电池，也称蓄电池、可充电电池。3.判断一种电池的优劣的标准是什么？并填写【三维设计】中的“知识点一板书 一、化学电池1.概念：是将化学能直接转化为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。2类型二、常见化学电源的组成与反应原理：看教材P7577页，填写并填写【三维设计】中的“知识点二几种常见的化学电池”1.一次电池(碱性锌锰电池)思考该电池的正负极材料和电解质(1)构成：负极Zn，正极MnO2，电解质KOH。(2)电极反应：负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2正极：2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH总反应：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2看教材银锌纽扣电池银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨组成的活性材料，另一端填充锌汞合金组成的活性材料。 Zn为负极,Ag2O为正极 ，电解液: KOH溶液总反应：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag（写电极反应式，下同）负极： Zn2OH2e Zn(OH)2 正极： Ag2OH2O2e 2Ag2OH 一粒钮扣电池的电压达159 V，安装在电子表里可使用两年之久。电池特点:比能量高、电压高、储存时间长、工作 ，温度宽等优点.2二次电池(蓄电池)(1)构成：负极Pb、正极PbO2，电解质H2SO4溶液(2)工作原理放电：负极：Pb(s)SO4(aq)2e=PbSO4(s)正极：PbO2(s)4H(aq)SO42-(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)；阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO4(aq)；总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)。3燃料电池(1)工作原理连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。电极材料本身不发生氧化还原反应。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。(2)氢氧燃料电池电极材料Pt，酸性电解质。电极反应：负极：H22e=2H正极：O22H2e=H2O总反应：H2O2=H2O思考与交流若把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质，其电极反应式怎样写？【提示】负极：2H24e4OH=4H2O正极：O22H2O4e=4OH总反应：2H2O2=2H2O三。化学电源中电极反应式的书写【问题导思】化学电源中正、负极是什么物质得、失电子？【提示】正极：阳离子得到电子生成单质或O2得电子。负极：活泼金属或H2失去电子。氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相同吗？【提示】相同，都为2H2O2=2H2O1根据装置书写电极反应式(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。(2)电极反应式的书写。负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子，若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：PbSO42e=PbSO4。正极：阳离子得到电子生成单质，或O2得到电子。若反应物是O2，则：电解质是碱性或中性溶液：O22H2O4e=4OH。电解质是酸性溶液：O24H4e=2H2O。(3)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。2给出总反应式，写电极反应式分析反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)选择一个简单的变化情况去写电极反应式另一极的电极反应直接写出或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2 mol H2失掉4 mol电子，初步确定负极反应式为2H24e=4H。(2)根据电解质溶液为碱性，与H不能共存，反应生成水，推出OH应写入负极反应式中，故负极反应式为2H24OH4e=4H2O。(3)用总反应式2H2O2=2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2OO24e=4OH。3可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。(1)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高。(2)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。书写电极反应式应注意电解质溶液的影响。(1)中性溶液反应物中无H或OH。(2)酸性溶液反应物，生成物均无OH。(3)碱性溶液反应物，生成物中均无H。(4)水溶液不能出现O2。例：(1)今有2H2O2 KOH,2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是_，正极通的应是_，电极反应式分别为_、_。(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为_、_。(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？ _。(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：_、_。【解析】根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H参加或生成，故负极反应为：2H24OH4e=4H2O，正极反应为：O22H2O4e=4OH。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH参加或生成，故负极：2H24e=4H，正极：O24H4e=2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，根据反应CH42O2=CO22H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。【答案】(1)H2O2负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH(2)负极：2H24e=4H正极：O24H4e=2H2O(1)变小，(2)变大(3)负极：CH410OH8e=CO37H2O正极：2O24H2O8e=8OH常见燃料电池的电极反应在燃料电池中，电解质溶液参与电极反应，电解质酸碱性的改变，引起电极反应的变化，但不影响燃料及O2的性质。电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时，还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。(1)甲烷燃料电池。电解质：KOH正极(通O2)：2O24H2O8e=8OH负极(通CH4)：CH410OH8e=CO37H2O总反应：CH42O22KOH=K2CO33H2O(2)甲醇燃料电池。电解质：KOH正极：3O26H2O12e=12OH负极：2CH3OH16OH12e=2CO312H2O总反应：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O(3)肼燃料电池。电解质：KOH正极：O22H2O4e=4OH负极：N2H44OH4e=N24H2O总反应：