《化学能与电能》教学设计

时间:2021-08-31

《化学能与电能》教学设计

  三维目标:

  ①通过实验探究初步认识一些常见的化学电源。

  知识与技能:

  ②能从能量转化、装置、电极反应等方面区别充电和放电反应。

  ③初步了解化学电源在生产和生活中的应用。

  过程与方法:

  ①学会运用观察、实验、查阅资料等多种方法获取信息。

  ②通过对几种新型实用电池的认识,提高自主学习化学的能力。

  情感、态度

  ①将电池的知识应用于生产实际,使学生体会学以致用。

  与价值观

  ②通过了解电池对社会的贡献,逐步形成可持续发展的思路。

  教学重点:

  各种电池的区别及优缺点

  教学难点:

  能量转化、装置、电极反应等方面区别充电和放电反应

  教学方法:

  分析比较法

  教学准备:

  多媒体课件、实验用品

  教学过程:

  第二课时

  【复习】

  请同学们利用铜和硝酸银的反应设计一个原电池,指出正负极,写出电极反应。

  [引言] 干电池是我们常用的电池,干电池大家非常熟悉,其实干电池是化学电源的一种,化学电源就是利用原电池原理制造的具有实际应用价值的各种电池。它的内部构造大家清楚吗?它的放电原理是什么?下面让我们具体来了解化学电源。

  化学电源就是利用原电池原理制造的具有实际应用价值的各种电池,简称电池。

  二、发展中的化学电源

  1、干电池

  最早使用的,大家熟悉的干电池——锌锰电池。它是一种一次性电池,放电后不能充电(内部的氧化还原反应是不可逆的)。

  [观察]干电池的外型,说出在日常生活中的用途,了解干电池的内部结构。

  【图片和实物展示】

  ①干电池的构造:石墨棒、MnO2糊、NH4Cl糊、锌筒。

  ②电极反应:

  正极:2NH4++ 2e- = 2NH3+H2 负极:Zn - 2e- → Zn2+

  总反应:Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2

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

  ③优缺点:

  优点:体积小,携带方便。

  缺点:一次性电池,放电之后不能充电。锌皮被腐蚀而穿导致电解液外溢。废旧电池污染环境。

  ④改进:外壳套上金属筒或塑料筒的方法改成了防漏电池;将糊状NH4Cl换成湿的KOH,并在构造上作了改进,制成了碱性锌锰电池,延长了电池的使用寿命。

  [思考与交流] 干电池即使不使用,过一段时间也会失效,在购买、保存和使用干电池方面你有何经验和建议?

  提示:购买后及时使用;电器暂时不用时,将电池及时取出;新旧电池不要混合使用;旧电池要集中处理等等。

  [过渡]干电池虽然有体积小,携带方便等优点,但是一次性电池,放电之后不能充电,易造成污染。所以,可充电电池是一种实用价值更高的电池,现在广泛的应用于各种电器中。

  【问题】

  请同学们举例说明,哪些电器中使用了可充电电池。汽车用的电瓶是一种什么样的化学电源?

  2、充电电池

  充电电池又称为二次电池,它在放电时进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行(利用直流电进行充电),使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现:化学能转换为电能(放电)、再由电能转变为化学能(充电)的循环。

  (1)铅蓄电池

  ①结构:

  [展示] 铅蓄电池(简称蓄电池):

  ②电池反应(放电):

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

  负极:Pb + SO42- - 2e- → PbSO4

  总反应:PbO2 + 4H+ + SO42- + Pb ==2PbSO4 + 2H2O

  ③优缺点

  优点:可以循环使用,更加经济实用。

  缺点:由于电池制造工艺等方面存在不足,实际上冲放电电池的冲放电次数仍有限制,且使用是否得当,对电池的工作状态及寿命影响很大。

  应用:最早使用的充电电池是铅蓄电池。目前,汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池。

  (2)镍镉电池

  由于现代社会对耗电量高的便携式电器需求很大,所以化学家研制了新型的'封闭式体积小的充电电池——镍镉电池。

  ①电池反应(放电):

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

  负极:Cd + OH- - 2e- → Cd(OH)2

  总反应:Cd + 2NiOOH + 2H2O = Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2

  ②优缺点:

  优点:体积小携带方便,可镍镉电池以反复充电500次以上。

  缺点:镉是致癌物质,废弃的镍镉电池如不回收,会严重污染环境,这制约了镍镉电池的发展。镍氢电池的面世初步解决了这个问题。

  应用:广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。

  (3)锂离子电池

  目前,手机常见电池类别有:Ni-MH(镍氢电池)、Li-ion(锂电池)、LiB(液体锂离子电池)、LiP(聚合物锂离子电池)。

  优点:重量小,绿色环保。

  缺点:能量储存少,使用时间短。

  应用:笔记本电脑、移动电话、数码照相机、摄像机等等。

  【思考与交流】

  课本43页

  【过渡】

  燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应,通过燃烧释放的热能再转化为电能(如火力发电),其能量转化率不高。我们来学习一种新型电池—燃料电池。

  3、燃料电池

  【分析】

  燃料电池就是利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂(如O2)反应所放出的化学能直接转化为电能的一种高效、对环境友好的装置。燃料电池的能量转化率理论上可以高达85%~90%(现在实际利用率已达到40%~60%)。

  ①燃料电池组成:

  燃料:氢气、甲烷(天然气)、甲醇、乙醇、汽油等。

  氧化剂:氧气、空气等。

  电极:石墨

  电解质:硫酸或KOH溶液

  【思考与交流】

  从组成上看,燃料电池与普通干电池和可充电电池有何不同?

  燃料电池与普通干电池和可充电电池比较:普通干电池和可充电电池反应物储存于电池内部,燃料电池反应物不是储存于电池内部,由外部设备提供。电池装置只是反应器。

  ②电极反应:以氢氧燃料电池为例:

  电解质:H2SO4

  负极:2H2-4e- =4H+; 正极:O2+ 4H++4e-= 2H2O

  总反应:2H2+O2=2H2O

  电解质:KOH

  正极:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-;负极:2H2 + 4OH- - 4e- → 4H2O

  总反应:2H2 + O2 == 2H2O

  ③优点:燃料可以从外部源源不断的输入,能量利用率高,减少废电池的污染,电池反应产物对环境没有污染。

  〖过渡〗其实最好最清洁、最经济、最实用的能源是太阳,我们可以探究以下太阳能的利用。

  〖板书设计〗

  二、发展中的化学电源

  1、干电池(锌锰电池)

  2、充电电池:(1)铅蓄电池 (2)镍镉电池 (3)锂离子电池

  3、燃料电池

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