《化學(xué)能與電能》教學(xué)設(shè)計(jì)

時(shí)間：2021-01-11 15:39:17 教學(xué)設(shè)計(jì) 我要投稿

　　三維目標(biāo)：

《化學(xué)能與電能》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　①通過實(shí)驗(yàn)探究初步認(rèn)識(shí)一些常見的化學(xué)電源。

　　知識(shí)與技能：

　　②能從能量轉(zhuǎn)化、裝置、電極反應(yīng)等方面區(qū)別充電和放電反應(yīng)。

　　③初步了解化學(xué)電源在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。

　　過程與方法：

　　①學(xué)會(huì)運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、查閱資料等多種方法獲取信息。

　　②通過對(duì)幾種新型實(shí)用電池的認(rèn)識(shí)，提高自主學(xué)習(xí)化學(xué)的能力。

　　情感、態(tài)度

　　①將電池的知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，使學(xué)生體會(huì)學(xué)以致用。

　　與價(jià)值觀

　　②通過了解電池對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)，逐步形成可持續(xù)發(fā)展的思路。

　　教學(xué)重點(diǎn)：

　　各種電池的區(qū)別及優(yōu)缺點(diǎn)

　　教學(xué)難點(diǎn)：

　　能量轉(zhuǎn)化、裝置、電極反應(yīng)等方面區(qū)別充電和放電反應(yīng)

　　教學(xué)方法：

　　分析比較法

　　教學(xué)準(zhǔn)備：

　　多媒體課件、實(shí)驗(yàn)用品

　　教學(xué)過程：

　　第二課時(shí)

　　【復(fù)習(xí)】

　　請(qǐng)同學(xué)們利用銅和硝酸銀的反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，指出正負(fù)極，寫出電極反應(yīng)。

　　[引言] 干電池是我們常用的電池，干電池大家非常熟悉，其實(shí)干電池是化學(xué)電源的一種，化學(xué)電源就是利用原電池原理制造的具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的各種電池。它的內(nèi)部構(gòu)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(xué)電源。

　　化學(xué)電源就是利用原電池原理制造的具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的各種電池，簡稱電池。

　　二、發(fā)展中的化學(xué)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(nèi)部的氧化還原反應(yīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　【圖片和實(shí)物展示】

　　①干電池的構(gòu)造：石墨棒、MnO2糊、NH4Cl糊、鋅筒。

　　②電極反應(yīng)：

　　正極：2NH4++ 2e- = 2NH3+H2 負(fù)極：Zn － 2e- → Zn2+

　　總反應(yīng)：Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2

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

　　③優(yōu)缺點(diǎn)：

　　優(yōu)點(diǎn)：體積小，攜帶方便。

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

　　④改進(jìn)：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(gòu)造上作了改進(jìn)，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(shí)間也會(huì)失效，在購買、保存和使用干電池方面你有何經(jīng)驗(yàn)和建議？

　　提示：購買后及時(shí)使用；電器暫時(shí)不用時(shí)，將電池及時(shí)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(yōu)點(diǎn)，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(shí)用價(jià)值更高的電池，現(xiàn)在廣泛的應(yīng)用于各種電器中。

　　【問題】

　　請(qǐng)同學(xué)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(xué)電源？

　　2、充電電池

　　充電電池又稱為二次電池，它在放電時(shí)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行（利用直流電進(jìn)行充電），使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。這樣可以實(shí)現(xiàn)：化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能（放電）、再由電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能（充電）的'循環(huán)。

　　（1）鉛蓄電池

　　①結(jié)構(gòu)：

　　[展示] 鉛蓄電池（簡稱蓄電池）：

　　②電池反應(yīng)（放電）：

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

　　負(fù)極：Pb + SO42- - 2e- → PbSO4

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

　　③優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：可以循環(huán)使用，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

　　缺點(diǎn)：由于電池制造工藝等方面存在不足，實(shí)際上沖放電電池的沖放電次數(shù)仍有限制，且使用是否得當(dāng)，對(duì)電池的工作狀態(tài)及壽命影響很大。

　　應(yīng)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(xiàn)代社會(huì)對(duì)耗電量高的便攜式電器需求很大，所以化學(xué)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(yīng)（放電）：

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

　　負(fù)極：Cd + OH- - 2e- → Cd(OH)2

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

　　②優(yōu)缺點(diǎn)：

　　優(yōu)點(diǎn)：體積小攜帶方便，可鎳鎘電池以反復(fù)充電500次以上。

　　缺點(diǎn)：鎘是致癌物質(zhì)，廢棄的鎳鎘電池如不回收，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，這制約了鎳鎘電池的發(fā)展。鎳氫電池的面世初步解決了這個(gè)問題。

　　應(yīng)用：廣泛用于收錄機(jī)、無線對(duì)講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)剃須刀等。

　　（3）鋰離子電池

　　目前，手機(jī)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(yōu)點(diǎn)：重量小，綠色環(huán)保。

　　缺點(diǎn)：能量儲(chǔ)存少，使用時(shí)間短。

　　應(yīng)用：筆記本電腦、移動(dòng)電話、數(shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)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(yīng)，通過燃燒釋放的熱能再轉(zhuǎn)化為電能（如火力發(fā)電），其能量轉(zhuǎn)化率不高。我們來學(xué)習(xí)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(yīng)所放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種高效、對(duì)環(huán)境友好的裝置。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率理論上可以高達(dá)85%~90%（現(xiàn)在實(shí)際利用率已達(dá)到40%~60%）。

　　①燃料電池組成：

　　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(zhì)：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(yīng)物儲(chǔ)存于電池內(nèi)部，燃料電池反應(yīng)物不是儲(chǔ)存于電池內(nèi)部，由外部設(shè)備提供。電池裝置只是反應(yīng)器。

　　②電極反應(yīng)：以氫氧燃料電池為例：

　　電解質(zhì)：H2SO4

　　負(fù)極：2H2－4e- ＝4H+；正極：O2＋ 4H+＋4e-＝ 2H2O

　　總反應(yīng)：2H2＋O2＝2H2O