《化学能与电能》教学设计

《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