《化學能與電能》教學設計

    時間:2021-01-11 15:39:17 教學設計 我要投稿

    《化學能與電能》教學設計

      三維目標:

    《化學能與電能》教學設計

     、偻ㄟ^實驗探究初步認識一些常見的化學電源。

      知識與技能:

     、谀軓哪芰哭D化、裝置、電極反應等方面區(qū)別充電和放電反應。

     、鄢醪搅私饣瘜W電源在生產(chǎn)和生活中的應用。

      過程與方法:

      ①學會運用觀察、實驗、查閱資料等多種方法獲取信息。

      ②通過對幾種新型實用電池的認識,提高自主學習化學的能力。

      情感、態(tài)度

      ①將電池的知識應用于生產(chǎn)實際,使學生體會學以致用。

      與價值觀

     、谕ㄟ^了解電池對社會的貢獻,逐步形成可持續(xù)發(fā)展的思路。

      教學重點:

      各種電池的區(qū)別及優(yōu)缺點

      教學難點:

      能量轉化、裝置、電極反應等方面區(qū)別充電和放電反應

      教學方法:

      分析比較法

      教學準備:

      多媒體課件、實驗用品

      教學過程:

      第二課時

      【復習】

      請同學們利用銅和硝酸銀的反應設計一個原電池,指出正負極,寫出電極反應。

      [引言] 干電池是我們常用的電池,干電池大家非常熟悉,其實干電池是化學電源的一種,化學電源就是利用原電池原理制造的具有實際應用價值的各種電池。它的內(nèi)部構造大家清楚嗎?它的放電原理是什么?下面讓我們具體來了解化學電源。

      化學電源就是利用原電池原理制造的具有實際應用價值的各種電池,簡稱電池。

      二、發(fā)展中的化學電源

      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)部結構。

      【圖片和實物展示】

     、俑呻姵氐臉嬙欤菏、MnO2糊、NH4Cl糊、鋅筒。

     、陔姌O反應:

      正極:2NH4++ 2e- = 2NH3+H2 負極:Zn - 2e- → Zn2+

      總反應:Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2

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

     、蹆(yōu)缺點:

      優(yōu)點:體積小,攜帶方便。

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

     、芨倪M: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,并在構造上作了改進,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,過一段時間也會失效,在購買、保存和使用干電池方面你有何經(jīng)驗和建議?

      提示:購買后及時使用;電器暫時不用時,將電池及時取出;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,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用價值更高的電池,現(xiàn)在廣泛的應用于各種電器中。

      【問題】

      請同學們舉例說明,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電源?

      2、充電電池

      充電電池又稱為二次電池,它在放電時進行的氧化還原反應,在充電時可以逆向進行(利用直流電進行充電),使電池恢復到放電前的狀態(tài)。這樣可以實現(xiàn):化學能轉換為電能(放電)、再由電能轉變?yōu)榛瘜W能(充電)的'循環(huán)。

     。1)鉛蓄電池

     、俳Y構:

      [展示] 鉛蓄電池(簡稱蓄電池):

     、陔姵胤磻ǚ烹姡

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

      負極:Pb + SO42- - 2e- → PbSO4

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

     、蹆(yōu)缺點

      優(yōu)點:可以循環(huán)使用,更加經(jīng)濟實用。

      缺點:由于電池制造工藝等方面存在不足,實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,對電池的工作狀態(tài)及壽命影響很大。

      應用: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)代社會對耗電量高的便攜式電器需求很大,所以化學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(放電):

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

      負極:Cd + OH- - 2e- → Cd(OH)2

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

     、趦(yōu)缺點:

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

      缺點:鎘是致癌物質(zhì),廢棄的鎳鎘電池如不回收,會嚴重污染環(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問題。

      應用:廣泛用于收錄機、無線對講機、電子閃光燈、電動剃須刀等。

     。3)鋰離子電池

      目前,手機常見電池類別有: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:重量小,綠色環(huán)保。

      缺點:能量儲存少,使用時間短。

      應用:筆記本電腦、移動電話、數(shù)碼照相機、攝像機等等。

      【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,通過燃燒釋放的熱能再轉化為電能(如火力發(fā)電),其能量轉化率不高。我們來學習一種新型電池—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)反應所放出的化學能直接轉化為電能的一種高效、對環(huán)境友好的裝置。燃料電池的能量轉化率理論上可以高達85%~90%(現(xiàn)在實際利用率已達到40%~60%)。

     、偃剂想姵亟M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物儲存于電池內(nèi)部,燃料電池反應物不是儲存于電池內(nèi)部,由外部設備提供。電池裝置只是反應器。

     、陔姌O反應:以氫氧燃料電池為例:

      電解質(zhì):H2SO4

      負極:2H2-4e- =4H+; 正極:O2+ 4H++4e-= 2H2O

      總反應:2H2+O2=2H2O

      電解質(zhì):KOH

      正極:O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-;負極:2H2 + 4OH- - 4e- → 4H2O

      總反應:2H2 + O2 == 2H2O

      ③優(yōu)點:燃料可以從外部源源不斷的輸入,能量利用率高,減少廢電池的污染,電池反應產(chǎn)物對環(huán)境沒有污染。

      〖過渡〗其實最好最清潔、最經(jīng)濟、最實用的能源是太陽,我們可以探究以下太陽能的利用。

      〖板書設計〗

      二、發(fā)展中的化學電源

      1、干電池(鋅錳電池)

      2、充電電池:(1)鉛蓄電池 (2)鎳鎘電池 (3)鋰離子電池

      3、燃料電池

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