3第二节化学电源教学建议(陈慧梅).pdf

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1、3 3 第二节化学电源教学建议第二节化学电源教学建议(陈陈慧梅慧梅)第二节第二节化学电源化学电源教学建议教学建议广州大学附属中学广州大学附属中学陈慧梅陈慧梅一教学目标一教学目标（1 1）知识与技能：使学生了解常见电池的分）知识与技能：使学生了解常见电池的分类、优点及适用范围；使学生了解一次类、优点及适用范围；使学生了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。反应原理及应用。（2 2）过程与方法：应用微粒观分析电池内外）过程与方法：应用微粒观分析电池内外电路中微粒（电子、离子）的运动情况；电路中微粒（电子、离子）的运动情况；运用氧化还原反应原理

2、来理解各类电运用氧化还原反应原理来理解各类电池的工作原理。池的工作原理。（3 3）情感、态度与价值观：通过学习各类电池）情感、态度与价值观：通过学习各类电池的实际应用感受化学给人类带来的进步的实际应用感受化学给人类带来的进步和文明。通过了解废旧电池对环境的危和文明。通过了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。害，树立环保意识。二教学重点：一次电池、二次电池和燃料电池二教学重点：一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理、性能及其应用。的反应原理、性能及其应用。三三教学难点：教学难点：化学电池的反应原理及电极方程化学电池的反应原理及电极方程式的书写。式的书写。四教学建议：四教学建议：课时安排：课时安

3、排：1 1 课时课时在新课程标准中提到在新课程标准中提到“通过查阅资料了解常“通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化见化学电源的种类及其工作原理，认识化2 2学能与电能相互转化的实际意义及其重学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。要应用。”在各年的高考考试说明中也明”在各年的高考考试说明中也明确要“了解常见化学电源的种类及其工作确要“了解常见化学电源的种类及其工作原理。原理。”高考题中对化学电源的考察陈出”高考题中对化学电源的考察陈出不穷，而且材料新颖，说明该节内容非常不穷，而且材料新颖，说明该节内容非常重要，还要学以致用。重要，还要学以致用。教学中除了介绍一次电池、教学中

4、除了介绍一次电池、二次电池和二次电池和燃料电池的反应原理、性能及其应用之燃料电池的反应原理、性能及其应用之外，主要突破两个方面：外，主要突破两个方面：（一）化学电池的反应原理（一）化学电池的反应原理1 1、不管是一次电池、二次电池还是燃料电池，、不管是一次电池、二次电池还是燃料电池，都是应用原电池的基本原理来设计的，所都是应用原电池的基本原理来设计的，所以教学时必须运用原电池的工作原理来以教学时必须运用原电池的工作原理来认识每一类化学电池，用好课本上各电池认识每一类化学电池，用好课本上各电池的构造图要学生分析该原电池的组成：电的构造图要学生分析该原电池的组成：电极的材料、电流方向、电子流动方向

5、、电极的材料、电流方向、电子流动方向、电解质溶液中离子的流动方向等。巩固基础解质溶液中离子的流动方向等。巩固基础知识并能把相应知识迁移到各类化学电知识并能把相应知识迁移到各类化学电池上来。池上来。2 2、各种二次充电电池：解释“可逆”方程式中、各种二次充电电池：解释“可逆”方程式中的“充电”和“放电”的含义，明确作为的“充电”和“放电”的含义，明确作为原电池只看“放电“方向，并能根据“放原电池只看“放电“方向，并能根据“放3 3电”方向判断原电池的正、负极，写出各电”方向判断原电池的正、负极，写出各极方程式。极方程式。“充电”方向为电解池，稍后“充电”方向为电解池，稍后在第三节再作具体分析。在

6、第三节再作具体分析。3 3、各种燃料电池：、各种燃料电池：总反应：总反应：燃料电池在放电时发生的总反应和燃燃料电池在放电时发生的总反应和燃料燃烧时的总反应实质相同，但反应方程料燃烧时的总反应实质相同，但反应方程式不一定相同。如：甲烷燃料电池总反应式不一定相同。如：甲烷燃料电池总反应和燃烧反应方程式：和燃烧反应方程式：酸性介质时：酸性介质时：CHCH4 4+2O+2O2 2CHCH4 4+2O+2O2 2（相同）（相同）碱性介质时：碱性介质时：CHCH4 4+2O+2O2 2+2OH+2OH-=CO=CO3 32-2-+3H+3H2 2O OCHCH4 4+2O+2O2 2（不同）（不同）电极：

7、电极：燃料电池多采用铂为电极材料，燃料电池多采用铂为电极材料，铂电极铂电极的作用是吸附燃料气和催化燃料气的反的作用是吸附燃料气和催化燃料气的反应。一般是由应。一般是由 O O2 2作氧化剂，作氧化剂，O O2 2为正极反为正极反应物，发生还原反应。可燃物为还原剂，应物，发生还原反应。可燃物为还原剂，所以可燃物为负极反应物，发生氧化反所以可燃物为负极反应物，发生氧化反应，应，书写电极反应方程式：书写电极反应方程式：必须注意电解质溶液的必须注意电解质溶液的性质（酸碱性等）。如果放电后所得的微性质（酸碱性等）。如果放电后所得的微4 4COCO2 2+2H+2H2 2O OCOCO2 2+2H+2H2

8、 2O OCOCO2 2+2H+2H2 2O O粒还可以与电解液发生离子反应，则电极粒还可以与电解液发生离子反应，则电极方程式中还要有电解液中的粒子参加反方程式中还要有电解液中的粒子参加反应。例如：甲烷碱性燃料电池的负极产物应。例如：甲烷碱性燃料电池的负极产物是是 COCO3 3和和 H H2 2O O（因为燃烧产物（因为燃烧产物 COCO2 2与电解质与电解质溶液中的溶液中的 OHOH 发生反应）发生反应）。适当拓展，开阔学生的思维，做到举一反三。适当拓展，开阔学生的思维，做到举一反三。这部分考点的命题材料很多很新颖，这部分考点的命题材料很多很新颖，但殊但殊途同归，考查的内容都是围绕以上几个

9、知途同归，考查的内容都是围绕以上几个知识点进行。课堂上有意识地涉及，当学生识点进行。课堂上有意识地涉及，当学生遇到背景新的题目时就不会觉得无从下遇到背景新的题目时就不会觉得无从下手了。手了。（参考例题见附录）（参考例题见附录）（二）化学电池电极反应式的书写（二）化学电池电极反应式的书写1 1、几类必会的原电池反应方程式及电极反应式、几类必会的原电池反应方程式及电极反应式（1 1）碱性锌锰干电池：）碱性锌锰干电池：负极：负极：ZnZn 2e2e2OH2OHZn(OH)Zn(OH)2 2正极：正极：2MnO2MnO2 22H2H2 2O O2e2e 2MnOOH2MnOOH2OH2OH（或（或 2

10、MnO2MnO2 2H H2 2O O2e2eMnMn2 2O O3 32OH2OH）电池总反应为：电池总反应为：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2H+2H2 2O OZn(OH)Zn(OH)2 2+2 MnOOH+2 MnOOH5 52-2-或：或：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+H+H2 2O OZn(OH)Zn(OH)2 2+Mn+Mn2 2O O3 3（2 2）铅蓄电池：）铅蓄电池：负极：负极：PbPb 2e2e 2SO2SO4 42 2PbSOPbSO4 4正极：正极：PbOPbO2 2+2e+2e+4H+4H+SO+SO4 42 2 PbSOPbSO4 4+2H+2H2 2

11、O O电电 池池 总总 反反 应应 为为：PbPb PbOPbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O2 2、对陌生（新型）电池的分析步骤、对陌生（新型）电池的分析步骤（1 1）看总反应（一般为已知条件）看总反应（一般为已知条件），明确原电池，明确原电池的“放电”方向；的“放电”方向；（2 2）判断正、负极及电解质溶液的性质；）判断正、负极及电解质溶液的性质；（3 3）写出较容易写的电极反应式：一般负极反）写出较容易写的电极反应式：一般负极反应式较容易写活泼电极为负极，应式较容易写活泼电极为负极，失去失去电子变成相应的阳离子；电子变成相应的阳离

12、子；也可以从电解质也可以从电解质溶液的离子所做的定向移动情况分析其溶液的离子所做的定向移动情况分析其得失电子后得到相应的生成物，得失电子后得到相应的生成物，从而写出从而写出电极反应式；电极反应式；（4 4）用总反应式减去已写出的电极反应方程式）用总反应式减去已写出的电极反应方程式得到另一电极反应方程式。得到另一电极反应方程式。（三）小结（三）小结（1 1）确定正、负极的方法：确定正、负极的方法：6 6放电充电若给出电池总反应方程式，若给出电池总反应方程式，根据化合价的升降根据化合价的升降可以判断：发生氧化反应的是负极；发生可以判断：发生氧化反应的是负极；发生还原反应的是正极。还原反应的是正极。

13、若给出电池的结构图，若给出电池的结构图，根据图示根据图示（“+”或或“-”、电子移动方向等）可以判断：电子移动方向等）可以判断：“+”表示正”表示正极，是电子流入的一极；极，是电子流入的一极；“-”表示负极，”表示负极，是电子流出的一极。是电子流出的一极。（2 2）化学电池电极方程式的书写方法）化学电池电极方程式的书写方法可根据题中所给的总方程式和先写出较为简可根据题中所给的总方程式和先写出较为简单的某一电极方程式，然后相减得到另一单的某一电极方程式，然后相减得到另一电极方程式。电极方程式。考查的多为二次电池和燃料电池：考查的多为二次电池和燃料电池：二次电池中必须看清二次电池中必须看清“放电”

14、“放电”还是还是“充电”“充电”方向。方向。燃料电池的电解质溶液的多样性导致有不同的燃料电池的电解质溶液的多样性导致有不同的正极反应方程式。例如正极反应方程式。例如 O O2 2在正极放电的在正极放电的电极方程式写法有：电极方程式写法有：酸性介质：酸性介质：O O2 2+4e+4e+4H+4H+=2H=2H2 2O O碱性或中性介质：碱性或中性介质：O O2 2+4e+4e+2H+2H2 2O O=4OH=4OH固体氧化物熔融传导固体氧化物熔融传导 O O2 2：O O2 2+4e+4e=2O=2O2 2熔融碳酸盐：负极熔融碳酸盐：负极7 7O O2 2+4e+4e+CO+CO2 2=CO=C

15、O3 32 2（O O2 2与与 COCO2 2反应）反应）（四）（四）由于现代科学技术迅猛发展，由于现代科学技术迅猛发展，新型的化学新型的化学（1 1）学生活动建议如下：）学生活动建议如下：电池越来越多，为拓宽学生的知识面，在电池越来越多，为拓宽学生的知识面，在教学时间允许的前提下可组织学生进行教学时间允许的前提下可组织学生进行实践活动，注重学生资料收集、信息处理实践活动，注重学生资料收集、信息处理能力的培养，提高学习热情，感受化学给能力的培养，提高学习热情，感受化学给人类带来的进步与文明。人类带来的进步与文明。可往超市、电器商店、汽车修配厂调可往超市、电器商店、汽车修配厂调查：查：电池的种

16、类、型号、用途；电池的种类、型号、用途；选购电池的注意事项（质量、产地、选购电池的注意事项（质量、产地、厂家、价格等）厂家、价格等）；可到图书馆或上网查阅有关资料：可到图书馆或上网查阅有关资料：电池的发明及电池工业的发展史；电池的发明及电池工业的发展史；目前几种主要类型的电池供电原理目前几种主要类型的电池供电原理（同时要注意将物理中电学知识与化学（同时要注意将物理中电学知识与化学中的电化学知识相联系）中的电化学知识相联系）；电池的应用范围以及生产和销售的电池的应用范围以及生产和销售的市场走向；市场走向；电池的生产和使用与环境问题；电池的生产和使用与环境问题；电池回收的价值以及目前在相关管电池回

17、收的价值以及目前在相关管8 8（2 2）教师既要搜集新的、实用的信息，又要注）教师既要搜集新的、实用的信息，又要注理和技术操作中有待解决的问题。理和技术操作中有待解决的问题。评价各种电池优、缺点：评价各种电池优、缺点：优点方面：优点方面：（1 1）比能量大（单位体）比能量大（单位体积或质量所能输出电能的多少）积或质量所能输出电能的多少）：碱性锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锂锂电池、银锌电池电池、银锌电池（2 2）可储存的时间长：）可储存的时间长：碱性锌锰干电池、锂碱性锌锰干电池、锂电池、银锌电池、铅蓄电池电池、银锌电池、铅蓄电池（3 3）电压稳定，电流持）电压稳定，电流持续：续：碱性锌锰干电池、

18、锂碱性锌锰干电池、锂电池、银锌电池、铅蓄电池电池、银锌电池、铅蓄电池（4 4）废弃电池无污染：）废弃电池无污染：燃料电池燃料电池燃料电池能量转化率燃料电池能量转化率高，高，废弃物污染小，废弃物污染小，电压稳定，电压稳定，电流持续。电流持续。意把握好难度。意把握好难度。在教学中，应密切关注能源、环保方面在教学中，应密切关注能源、环保方面的时事新闻，关注科技发展的新动态，以的时事新闻，关注科技发展的新动态，以适时地为教学补充相关素材。但是，除了适时地为教学补充相关素材。但是，除了9 9附录：参考例题附录：参考例题例例 1 1镍镉（镍镉（例例 2 2课本上介绍的碱性锌锰干电池、铅蓄电课本上介绍的碱性

19、锌锰干电池、铅蓄电池、氢氧燃料电池以外，其他电池的内部池、氢氧燃料电池以外，其他电池的内部构造、电池电极反应式和实际工作过程可构造、电池电极反应式和实际工作过程可能比较复杂，不便逐一深究，所以教学中能比较复杂，不便逐一深究，所以教学中对相关知识深度的把握应以课程标准和对相关知识深度的把握应以课程标准和教材为准。教材为准。Ni-CdNi-Cd）可充电电池在现代生活中）可充电电池在现代生活中有广泛应用。有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶已知某镍镉电池的电解质溶液为液为 KOHKOH 溶液，溶液，其充、其充、放电按下式进行：放电按下式进行：CdCd+2NiOOH2NiOOH+2H2H放电2 2O

20、O充电Cd(OH)Cd(OH)2 2+2Ni(OH)2Ni(OH)2 2有关该电池的说法正确的是有关该电池的说法正确的是A A放电时正极反应：放电时正极反应：NiOOH+HNiOOH+H2 2O+O+e e=Ni(OH)=Ni(OH)2 2+OH+OH-B B 充电过程是化学能转化为电能的过充电过程是化学能转化为电能的过程程C C放电时负极附近溶液的碱性不变放电时负极附近溶液的碱性不变D D 放电时电解质溶液中的放电时电解质溶液中的 OHOH-向正极向正极移动移动LiFePOLiFePO4 4电池具有稳定性高、电池具有稳定性高、安全、安全、对环对环1010境友好等优点，可用于电动汽车。电池反境

21、友好等优点，可用于电动汽车。电池反放电应为：应为：FePOFePO4 4+Li+Li充电LiFePOLiFePO4 4，电池的正，电池的正极材料是极材料是 LiFePOLiFePO4 4，负极材料是石墨，含，负极材料是石墨，含LiLi+导电固体为电解质。导电固体为电解质。下列有关下列有关 LiFePOLiFePO4 4电池说法正确的是电池说法正确的是A.A.可加入硫酸以提高电解质的导电性可加入硫酸以提高电解质的导电性B B 放电时电池内部放电时电池内部 LiLi+向负极移动向负极移动.C.C.充电过程中，电池正极材料的质量充电过程中，电池正极材料的质量减少减少D.D.放放 电电 时时 电电 池

22、池 正正 极极 反反 应应 为为：FePOFePO4 4+Li+Li+e+e-LiFePOLiFePO4 4例例 3 3氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转化为电能，而不经过热能中间形式。以转化为电能，而不经过热能中间形式。以KOHKOH为为 电电 解解 质质 发发 生生 的的 反反 应应 为为：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O。电极反应式分别为：负极电极反应式分别为：负极，正极，正极。如把如把 KOHKOH 改为改为稀稀 H H2 2SOSO4 4作导电物质，则电作导电物质，则电极反应式为极反应式为、。111112121313工作的燃

23、料电池。完成有关电极及电池方程式工作的燃料电池。完成有关电极及电池方程式负极：负极：2CO+2CO2CO+2CO3 34e4e=4CO=4CO2 22-2-正极：正极：答案：正极：答案：正极：O O2 24e4e-2CO2CO2 22 2 COCO3 32-2-总电池反应式：总电池反应式：2CO2CO O O2 22CO2CO2 2例例 7 7新型的质子交换膜燃料电池新型的质子交换膜燃料电池甲醇燃料甲醇燃料电池，在固定电站、电动车、军用特种电电池，在固定电站、电动车、军用特种电源、载人的公共汽车和奔驰轿车上等方面源、载人的公共汽车和奔驰轿车上等方面都有广阔的应用前景。其工作原理如图所都有广阔的应用前景。其工作原理如图所示。写出有关电极方程式。示。写出有关电极方程式。答案：总反应答案：总反应 2CH2CH3 3OH+3OOH+3O2 22CO2CO2 2+4H+4H2 2O O，负极反应式为：负极反应式为：2CH2CH3 3OH+2HOH+2H2 2O=2COO=2CO2 2+12H+12H+12e+12e-；正极反应式为：正极反应式为：3O3O2 2+12e+12e-+12H+12H+6H6H2 2O O（H H+可自可自由移动）。由移动）。总反应式总反应式14141515