《化學能與電能》教學設計

時間：2021-01-11 15:39:17 教學設計我要投稿

《化學能與電能》教學設計

　　三維目標：

《化學能與電能》教學設計

　�、偻ㄟ^實驗探究初步認識一些常見的化學電源。

　　知識與技能：

　�、谀軓哪芰哭D化、裝置、電極反應等方面區別充電和放電反應。

　�、鄢醪搅私饣瘜W電源在生產和生活中的應用。

　　過程與方法：

　�、賹W會運用觀察、實驗、查閱資料等多種方法獲取信息。

　�、谕ㄟ^對幾種新型實用電池的認識，提高自主學習化學的能力。

　　情感、態度

　　①將電池的知識應用于生產實際，使學生體會學以致用。

　　與價值觀

　　②通過了解電池對社會的貢獻，逐步形成可持續發展的思路。

　　教學重點：

　　各種電池的區別及優缺點

　　教學難點：

　　能量轉化、裝置、電極反應等方面區別充電和放電反應

　　教學方法：

　　分析比較法

　　教學準備：

　　多媒體課件、實驗用品

　　教學過程：

　　第二課時

　　【復習】

　　請同學們利用銅和硝酸銀的反應設計一個原電池，指出正負極，寫出電極反應。

　　[引言] 干電池是我們常用的電池，干電池大家非常熟悉，其實干電池是化學電源的一種，化學電源就是利用原電池原理制造的具有實際應用價值的各種電池。它的內部構造大家清楚嗎？它的放電原理是什么？下面讓我們具體來了解化學電源。

　　化學電源就是利用原電池原理制造的具有實際應用價值的各種電池，簡稱電池。

　　二、發展中的化學電源

　　1、干電池

　　最早使用的，大家熟悉的干電池——鋅錳電池。它是一種一次性電池，放電后不能充電（內部的氧化還原反應是不可逆的）。

　　[觀察]干電池的外型，說出在日常生活中的用途，了解干電池的內部結構。

　　【圖片和實物展示】

　�、俑呻姵氐臉嬙欤菏簟nO2糊、NH4Cl糊、鋅筒。

　　②電極反應：

　　正極：2NH4++ 2e- = 2NH3+H2 負極：Zn － 2e- → Zn2+

　　總反應：Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2

　　2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2

　�、蹆炄秉c：

　　優點：體積小，攜帶方便。

　　缺點：一次性電池，放電之后不能充電。鋅皮被腐蝕而穿導致電解液外溢。廢舊電池污染環境。

　　④改進：外殼套上金屬筒或塑料筒的方法改成了防漏電池；將糊狀NH4Cl換成濕的KOH，并在構造上作了改進，制成了堿性鋅錳電池，延長了電池的使用壽命。

　　[思考與交流] 干電池即使不使用，過一段時間也會失效，在購買、保存和使用干電池方面你有何經驗和建議？

　　提示：購買后及時使用；電器暫時不用時，將電池及時取出；新舊電池不要混合使用；舊電池要集中處理等等。

　　[過渡]干電池雖然有體積小，攜帶方便等優點，但是一次性電池，放電之后不能充電，易造成污染。所以，可充電電池是一種實用價值更高的電池，現在廣泛的應用于各種電器中。

　　【問題】

　　請同學們舉例說明，哪些電器中使用了可充電電池。汽車用的電瓶是一種什么樣的化學電源？

　　2、充電電池

　　充電電池又稱為二次電池，它在放電時進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行（利用直流電進行充電），使電池恢復到放電前的狀態。這樣可以實現：化學能轉換為電能（放電）、再由電能轉變為化學能（充電）的'循環。

　　（1）鉛蓄電池

　�、俳Y構：

　　[展示] 鉛蓄電池（簡稱蓄電池）：

　�、陔姵胤磻ǚ烹姡�

　　正極：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- → PbSO4 + 2H2O

　　負極：Pb + SO42- - 2e- → PbSO4

　　總反應：PbO2 + 4H+ + SO42- + Pb ==2PbSO4 + 2H2O

　�、蹆炄秉c

　　優點：可以循環使用，更加經濟實用。

　　缺點：由于電池制造工藝等方面存在不足，實際上沖放電電池的沖放電次數仍有限制，且使用是否得當，對電池的工作狀態及壽命影響很大。

　　應用：最早使用的充電電池是鉛蓄電池。目前，汽車上使用的電瓶大多仍是鉛蓄電池。

　�。�2）鎳鎘電池

　　由于現代社會對耗電量高的便攜式電器需求很大，所以化學家研制了新型的封閉式體積小的充電電池——鎳鎘電池。

　　①電池反應（放電）：

　　正極：2NiO(OH) + 2H2O + 2e- → 2Ni(OH)2 + 2OH-

　　負極：Cd + OH- - 2e- → Cd(OH)2

　　總反應：Cd + 2NiOOH + 2H2O = Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

　�、趦炄秉c：

　　優點：體積小攜帶方便，可鎳鎘電池以反復充電500次以上。

　　缺點：鎘是致癌物質，廢棄的鎳鎘電池如不回收，會嚴重污染環境，這制約了鎳鎘電池的發展。鎳氫電池的面世初步解決了這個問題。

　　應用：廣泛用于收錄機、無線對講機、電子閃光燈、電動剃須刀等。

　�。�3）鋰離子電池

　　目前，手機常見電池類別有：Ni-MH（鎳氫電池）、Li-ion（鋰電池）、LiB（液體鋰離子電池）、LiP（聚合物鋰離子電池）。

　　優點：重量小，綠色環保。

　　缺點：能量儲存少，使用時間短。

　　應用：筆記本電腦、移動電話、數碼照相機、攝像機等等。

　　【思考與交流】

　　課本43頁

　　【過渡】

　　燃料燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，通過燃燒釋放的熱能再轉化為電能（如火力發電），其能量轉化率不高。我們來學習一種新型電池—燃料電池。

　　3、燃料電池

　　【分析】

　　燃料電池就是利用原電池的工作原理將燃料和氧化劑（如O2）反應所放出的化學能直接轉化為電能的一種高效、對環境友好的裝置。燃料電池的能量轉化率理論上可以高達85%~90%（現在實際利用率已達到40%~60%）。

　�、偃剂想姵亟M成：

　　燃料：氫氣、甲烷（天然氣）、甲醇、乙醇、汽油等。

　　氧化劑：氧氣、空氣等。

　　電極：石墨

　　電解質：硫酸或KOH溶液

　　【思考與交流】

　　從組成上看，燃料電池與普通干電池和可充電電池有何不同？

　　燃料電池與普通干電池和可充電電池比較：普通干電池和可充電電池反應物儲存于電池內部，燃料電池反應物不是儲存于電池內部，由外部設備提供。電池裝置只是反應器。

　　②電極反應：以氫氧燃料電池為例：

　　電解質：H2SO4

　　負極：2H2－4e- ＝4H+；正極：O2＋ 4H+＋4e-＝ 2H2O

　　總反應：2H2＋O2＝2H2O

　　電解質：KOH

　　正極：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-；負極：2H2 + 4OH- － 4e- → 4H2O

　　總反應：2H2 + O2 == 2H2O

　�、蹆烖c：燃料可以從外部源源不斷的輸入，能量利用率高，減少廢電池的污染，電池反應產物對環境沒有污染。

　　〖過渡〗其實最好最清潔、最經濟、最實用的能源是太陽，我們可以探究以下太陽能的利用。

　　〖板書設計〗

　　二、發展中的化學電源

　　1、干電池（鋅錳電池）

　　2、充電電池：（1）鉛蓄電池（2）鎳鎘電池（3）鋰離子電池

　　3、燃料電池

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