2022年人教版高中化學必修二 2-2-2化學能與電能（教案）2

2022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、生活中的重要地位；了解環(huán)境保護在生產生活中的重要作用；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，還可根據原電池里電解質溶液內離子的定向流動方向來判斷：1、在原電池的電解質溶液內，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反應（易被氧化）的金屬” 即在特殊情況要考慮電極與電解質溶液的反應，例如，Mg、Al與NaOH溶液構成的原電池中Al作負極；Cu-Al-濃硝酸溶液構成的原電池中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果，反過來也可以相減，得電極反應。電極反應也遵守質量守恒，電荷守恒及正、負極得失電子數相等的規(guī)律?！緩娬{】書寫電極方程式時要注意幾點：1、 根據給出的化學方程式或根據題意，確定原電池的正負極，弄清正負極上發(fā)生反應的物質。2、 弱電解質、氣體或難溶物均以分子式表示，其余以離子符號表示。3、 注意電解質溶液的成分，對正極、負極反應產物的影響，正、負極產物可根據題意或據化學方程式確定。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極上產生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產生，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，她就經常出現頭痛、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？請同學根據本節(jié)的知識和我們生物學上的常識進行一下診斷?！舅季S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】上述原電池的結構較簡單，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)境或對環(huán)境產生較小的影響，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，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的集結現象，防止產生極化。干電池是一次性電池，放電后不能再使用，內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、空調搖控器等?！具^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。【板書】負極：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。1975-1983美國海軍生產潛水艇用銀鋅電池。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，電解質溶液KOH。【板書】 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：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，技術含量高，有質量輕、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，電解質溶液為40%KOH溶液?！景鍟?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化率高，可達70%以上，且其燃燒的產物為水，因此不污染環(huán)境?！景鍟咳綦娊赓|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。