2019-2020年人教版高中化學必修二 2-2-2化學能與電能（教案）2教學目標知識與技能：1、了解一次電池、二次電池、燃料電池的反應原理，性能及其應用2、學會簡單電極反應式的書寫過程與方法：以視頻、討論、歸納等手段，讓學生在不斷解決問題的過程中，增強實際分析、解決問題的能力情感態(tài)度與價值觀：認識化學電源在人類生產(chǎn)、生活中的重要地位；了解環(huán)境保護在生產(chǎn)生活中的重要作用；培養(yǎng)學生的自主學習能力。教學重點：對常用的化學電源和新型化學電池原理的了解，鞏固原電池原理教學難點：電極反應式的書寫。教學過程：【復習】一、原電池的定義 ：將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置二、原電池的形成條件：一極、一液、一回路“【講解】形成閉合回路的方式有多種，可以是導線連接兩個電極，也可以是兩電極接觸。有的原電池產(chǎn)生的電流大，可以對外做功；有的原電池，電極上發(fā)生的反應很慢，產(chǎn)生的電流極其微弱，不能對外做功三、原電池電子的流向及正負極的判斷【講解】除此之外，還可根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動方向來判斷：1、在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子的移向的極是正極，陰離子移向的極是負極。2、若原電池工作后，X極質(zhì)量增加，說明溶液中的陽離子在X極(正極)放電，X級活動性較弱。3、若原電池工作后，X極上有氣泡冒出，是因為發(fā)生了析出H2的電極反應，說明X極為正極，活動性弱。4、增重或產(chǎn)生氣泡的為正極，溶解的為負極。5、在這里我們要注意的是，不能機械地以金屬活動性順序表中體現(xiàn)的金屬活潑性的強弱來判斷原電池中的負極，“較活潑的金屬”應理解為“在該原電池的特定條件下更容易與電解質(zhì)反應（易被氧化）的金屬” 即在特殊情況要考慮電極與電解質(zhì)溶液的反應，例如，Mg、Al與NaOH溶液構(gòu)成的原電池中Al作負極；Cu-Al-濃硝酸溶液構(gòu)成的原電池中Al作正極四、原電池電極反應的書寫【講解】原電池反應所依據(jù)的化學反應原理是氧化還原反應，書寫電極反應的方法歸納如下：1、寫出總化學方程式2、根據(jù)總化學反應方程式按照電子得失情況，分成氧化反應和還原反應3、氧化反應在負極發(fā)生，還原反應在正極發(fā)生，注意介質(zhì)參與反應。4、總的化學反應方程式是正負電極反應相加的結(jié)果，反過來也可以相減，得電極反應。電極反應也遵守質(zhì)量守恒，電荷守恒及正、負極得失電子數(shù)相等的規(guī)律。【強調(diào)】書寫電極方程式時要注意幾點：1、 根據(jù)給出的化學方程式或根據(jù)題意，確定原電池的正負極，弄清正負極上發(fā)生反應的物質(zhì)。2、 弱電解質(zhì)、氣體或難溶物均以分子式表示，其余以離子符號表示。3、 注意電解質(zhì)溶液的成分，對正極、負極反應產(chǎn)物的影響，正、負極產(chǎn)物可根據(jù)題意或據(jù)化學方程式確定。4、 寫電極反應時要遵守守恒原則，可在電極反應式一端據(jù)需要添加H或OH或H2O，將兩個電極反應式合起來，即可得到電池反應總方程式?！揪毩暋俊局v解】通過以上的討論，我們也可以抽象出原電池化學反應的本質(zhì)是較活潑的金屬發(fā)生氧化反應，電子從較活潑的金屬（負極）通過外電路流向較不活潑的金屬（正極）【練習】題型1 原電池的判斷題型2、原電池的工作原理2.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負極，此金屬是( )A、Mg B.Fe C.Al D.Cu3.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質(zhì)溶液的 PH( )A.不變 B先變大后變小 C逐漸變大 D.逐漸變小題型3 利用原電池電極判斷金屬性強弱4、.把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為( ) Aa > b > c > d Ba > c > d > b Cc > a > b .> d Db > d > c > a 題型4 原電池的構(gòu)成條件5.一個電池反應的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,該反應的的原電池正確組合是（ ）ABCD正極ZnCuCuFe負極CuZnZnZn電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl題型5 原電池電極反應的書寫6、科學工作者為心臟病人設(shè)計的心臟起搏器的電池是以Pt和Zn為電極材料，依靠人體內(nèi)液體中含有一定濃度的溶解氧、H+和Zn2+進行工作，回答下列問題 （1）負極材料是_ 電極反應式是_（2）正極材料是_ 電極反應式是_【思維創(chuàng)新】案例分析：在倫敦的上流社會，有一位貴族夫人格林太太，幼年時因蛀牙補過一顆不銹鋼的假牙。不料后來，她又因為車禍掉了一顆牙，為了顯示其富有，她裝了一顆黃金假牙。自此以后，她就經(jīng)常出現(xiàn)頭痛、失眠心情煩燥等癥狀。更奇怪的是，眾多的醫(yī)學家為她檢查后，都找不到病因是什么。這位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大醫(yī)院會診也不見效果。格林太太的病因到底是什么呢？請同學根據(jù)本節(jié)的知識和我們生物學上的常識進行一下診斷。【思維創(chuàng)新】有一位非常喜歡趕時髦的富商決定建造一艘海上游艇，為了使游艇奢侈豪華，他不惜重金讓造船師用昂貴、漂亮、對海水有很強抗腐蝕能力的鎳銅合金將船底包起來，由于這種合金的金屬強度不夠大，造船師又不得不用特種鋼來制造游艇的許多零件。在一片贊美聲中，游艇緩緩駛進了大海，暢游于碧海波濤中。可是未過幾周，這艘游艇底部變得千瘡百孔，過早結(jié)束了它的使命。你能解釋其中的原因嗎？【引言】人們應用原電池原理，制作了多種電池，如干電池、蓄電池、充電電池、高能電池等，以滿足不同需要。我們課我們具體來學習幾種利用化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿幕瘜W電源?！景鍟慷?、發(fā)展中的化學電源(chemical power source)【講解】最古老的電池 巴格達電池1936年6月，伊拉克考古學家在巴格達城郊，發(fā)現(xiàn)了大量公元前二百多年屬于波斯王朝時代的文物，其中包括一些奇怪的陶制器皿和生銹的銅管、鐵棒。陶制器皿有點像花瓶，高15厘米，呈淡黃色，瓶里裝滿了瀝青，瀝青之中有個鈾管，直徑2.6厘米，高9厘米，鈾管中又有一層瀝青，并有一根銹跡斑斑的鐵棒。 【講解】上述原電池的結(jié)構(gòu)較簡單，攜帶也不方便，當今的電池工業(yè)已能制造出各種各樣的實用電池。實用電池一般應具有的特點是：能產(chǎn)生穩(wěn)定而具有較高電壓的電流：安全、耐用且便于攜帶；能夠適用于特殊用途；便于回收處理，不污染環(huán)境或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生較小的影響，下面我們來簡單介紹幾種常見電池和新型電池?！景鍟?干電池( dry cell)【講解】干電池是用鋅制圓筒型外殼作負極，位于中央的頂蓋有銅的石墨作正極，在石墨周圍填充NH4Cl和淀粉糊作電解質(zhì)，還填有MnO2和炭黑(ZnMn電池)【板書】負極（鋅筒）：Zn 2e= Zn2+；正極（石墨）：正極：2NH4+2e=2NH3+H2電池的總反應式為：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2【講解】淀粉糊的作用是提高陰、陽離子在兩極的析出速率。ZnCl2的作用是吸收NH3。MnO2作用是吸收正極放出的H2生成MnO(OH) ，從而消除電極正極H2的集結(jié)現(xiàn)象，防止產(chǎn)生極化。干電池是一次性電池，放電后不能再使用，內(nèi)部氧化還原反應不可逆。為提高使用壽命，用KOH代替NH4Cl來提高性能。干電池的主要用途是錄音機、閃光燈、手電筒、電動玩具、袖珍電視機以及電極、空調(diào)搖控器等。【過渡】充電電池又稱二次電池 ?？沙潆婋姵厥莾蓸O都參加反應的電池。這是一種發(fā)展較快的原電池，如鉛蓄電池、銀鋅電池、（紐扣電池）、鋰電池、愛迪生蓄電池等，它們的負極是較活潑的金屬，正極一般是金屬氧化物。放電時，負極被氧化。正極材料的氧化物被還原，充電時的電極反應與放電時相反?！景鍟?、充電電池(1) 鉛蓄電池(storage battery)【講解】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?！景鍟控摌O：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正極：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O蓄電池充電和放電的總化學方程式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O【講解】當放電進行到硫酸的濃度降低，溶液的密度達到1.18g/cm3時應停止使用，需充電，充電時起電解池的作用?！舅伎寂c交流】鉛蓄電池在放電前后電解質(zhì)溶液和電極分別有哪些變化？這對電池的繼續(xù)工作會帶來哪些影響？【回答】電解質(zhì)溶液的濃度有所下降，同時電極上都附著一層難溶物PbSO4 使電池的電壓降低，電壓不穩(wěn)定，欲使其恢復，就要對其進行充電【板書】(2)鎳氫電池負極：H2 +2OH- -2e-= 2H2O 正極：2NiO(OH) +2H2O +2e- = 2Ni(OH)2 +2OH-放電總反應式：H2 + 2NiO(OH) = 2Ni(OH)2 【講解】1970-1975開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。1998-1992美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水【板書】（3）堿性蓄電池銀鋅電池：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方程式為：Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2【講解】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?！景鍟?鎘鎳電池：負極：Cd2OH-2e-= Cd(OH)2正極：2NiO（OH）+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-鎘鎳電池充電和放電的總化學方程式為：2NiO（OH）Cd2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2【講解】負極材料：Cd，正極材料：涂有NiO2，電解質(zhì)：KOH溶液。鎳鎘電池壽命較蓄電池長，但鎘是致癌物，鎳鎘污染環(huán)境?！局v解】還有一種廣泛用于筆記本電腦、移動電話、攝像機的鋰離子電池，其壽命較長，被稱為綠色電池【板書】(4) 鋰電池 負極：Li - e- = Li+正極：MnO2 + e- = MnO2-總反應式：Li + MnO2 = LiMnO2【講解】優(yōu)點：質(zhì)量輕、容量大、放電時間長。鋰電池是一種高能電池，鋰作為負極，技術(shù)含量高，有質(zhì)量輕、體積小、電壓高、工作效率高和壽命長等優(yōu)點。常用于電腦筆記本、手機、照相機、心臟起博器、火箭、導彈等的動力電源。 【過渡】還有一種新型高效氫氧燃料電池，主要用于航天領(lǐng)域，它的電極一般為活化電極，具有很強的催化活性，如鉑電極、活性炭電極等，電解質(zhì)溶液為40%KOH溶液。【板書】3燃料電池(fuel cell)(1) 氫氧燃料電池（堿性）電極反應：負極：2H2+4OH-2e-=4H2O正極：O2+2H2O+2e-=4OH-電池的總反應為：2H2 + O2 = 2H2O【講解】該電池的特點是能量轉(zhuǎn)化率高，可達70%以上，且其燃燒的產(chǎn)物為水，因此不污染環(huán)境。【板書】若電解質(zhì)溶液為稀H2SO4 負極：2H2 -4e-=4H+ 正極：O2+ 4H+ + 4e-= 2H2O 放電總反應式： 2H2 + O2 = 2H2O 【講解】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?！景鍟?2) 甲烷氧氣燃料電池負極：CH4+10OH-8e-=CO32+7H2O正極：2O2+4H2O+8e-=8OH-電池的總反應式為：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O板書設(shè)計：二、發(fā)展中的化學電源(chemical power source)1干電池( dry cell)負極（鋅筒）：Zn 2e= Zn2+；正極（石墨）：正極：2NH4+2e=2NH3+H2電池的總反應式為：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H22、充電電池(1)鉛蓄電池(storage battery)(2)鎳氫電池(3)堿性蓄電池銀鋅電池： 鎘鎳電池：(4)鋰電池 3燃料電池(fuel cell)(1) 氫氧燃料電池(2)甲烷氧氣燃料電池教學回顧：通過多媒體教學使學生了解原電池在生產(chǎn)和生活中的應用，簡單易懂，激發(fā)了學生學習化學的興趣，課堂教學效果很好。