高中化学 选修4化学反应原理

第四章  第二节

 

化    学    电    源

 

 

教  学  设  计

 

 

 

 

                   

 

  

 

                         

 

 

 

一．教材分析及教学策略

著名教育心理学家奥苏伯尔说:“假如让我把全部教育心理学仅归纳为一条原理的话，那么我将一言以蔽之曰:影响学习的唯一最重要的因素，就是学习者已经知道了什么？要探明这一点，并应据此进行教学。”

教材的第一章着重研究了化学能与热能的关系，本章则着重研究化学能与电能的关系，均属于热力学研究的范畴。通过以前章节的学习，学生已经掌握了能量守恒定律、化学反应的限度、化学反应进行的方向和化学反应的自发性、以及原电池的原理等理论知识，为本节的学习做好了充分的理论知识准备。化学电池是依据原电池原理开发的具有很强的实用性，和广阔的应用范围的技术产品。本节的教学是理论知识在实践中的延伸和拓展，将抽象的理论和学生在日常生活中积累的感性体验联系起来，帮助学生进一步的深入认识化学电池。

现代科技的飞速发展也带动了电池工业的进步，各种新型的电池层出不穷。教材选取具有代表性的三大类电池，如生活中最常用的一次电池（碱性锌锰电池）、二次电池（铅蓄电池）、和在未来有着美好应用前景燃料电池。简介了电池的基本构造，工作原理，性能和适用范围，引出了“活性物质”，比能量，比功率 自放电率，记忆效应，等概念。同时向学生渗透绿色环保的意识。

学生在日常的生活中经常接触到各种电池，对他们的性能有一定的感性认识并且具备了一定的理论知识。本节课的教学计划采取由学生分组进行课前准备，各组同学通过查阅资料，搜集信息就某一类电池的结构，性能，反应原理，应用范围，优缺点进行分析归纳，并指派一位同学进行发言，其他同学对其发言进行评价。期望通过这种方式培养学生的自主学习能力，信息搜集处理能力及团队合作精神。教师做好引导，协调，充分调动每一个学生的积极性，激发他们的兴趣鼓励他们敢于发表自己的看法，真正使学生成为课堂的主人和主体。

 

教学重点：一次电池，二次电池，燃料电池的反应原理，性能及其应用

教学难点：化学电池的反应原理

 

 

 

二．教学过程

【课前准备】

学生预习本节教材内容，并组成学习小组分别搜集有关一次电池、二次电池、燃料电池的材料。将各类电池的结构特点、反应原理、性能、以及适用范围进行归纳总结。以此培养学生的自主学习能力，信息收集处理能力和合作精神。

【导入新课】

在前面的课程中，我们已经学习过化学反应与能量的变化的知识。我们知道化学能可以直接的转化为热能、电能等其他的能量形式，在上一节课中我们学习的“原电池”就是将化学物质的化学能直接转化为电能的装置，下面我们一起回顾有关原电池的知识。

【复习回顾】

1．构成原电池的条件

构成前提：有一个能够自发进行的氧化还原反应

构成条件： 有两个活性不同的电极

 有电解质溶液

 构成了闭合回路

2．原电池的原理（以Cu-Zn 原电池为例）

负极：Zn – 2e-   =   Zn²⁺      发生氧化反应

正极：2H⁺ +  2e^-   =   H₂         发生还原反应

【过    渡】

    原电池装置尽管能够将化学能直接转化为电能，但是能量转化效率太低，而且缺乏实用性。我们现在使用的各种化学电池都是科技人员在原电池这一理论模型的基础之上，在不断的实践中应用各种不同的材料和技术设计出的具有更高的能量转化效率、供能稳定可靠、电容量大、工作寿命长、使用维护方便的各种实用电池。各种化学电池的性能也不尽相同，如何判断一种电池性能是否优劣下面我们请各组发言同学上台为大家介绍常见的各类电池。同学们注意对比不同电池的结构、性能、反应原理、和使用范围。

 

【学生活动】

1学生代表上台介绍一种一次电池（碱性锌锰电池）的基本构造、反应原理、以及主要的性能、使用范围，应用前景等方面的知识。

2其他同学就其发言进行评价、交流、提出问题，发言同学及其合作小组成员负责解答。教师进行引导

【教师小结】  教师就一次电池（碱性锌锰电池）进行小结

碱性锌锰电池比酸性碱性锌锰电池存放时间较长，电压稳定。

电极反应：

负极：Zn(s)+ 2OH^-(aq) -2e^-  = Zn(OH)₂(S)

正极：2MnO₂(s) + 2H₂O(l) + 2e^- = 2MnOOH(s) + 2OH^-(aq)

总反应：Zn(s)+ 2MnO₂(s)+ 2H₂O(l)= 2MnOOH(s)+ Zn(OH)₂(S)

【学生活动】

1学生代表上台介绍一到两种二次电池（铅蓄电池，锂离子电池）的基本构造、反应原理、以及主要的性能、使用范围，应用前景等方面的知识。

2其他同学就其发言进行评价、交流、提出问题，发言同学及其合作小组成员负责解答。教师进行引导

 

【教师小结】  教师就二次电池（铅蓄电池）进行小结

铅蓄电池在所有二次电池中可充电次数最多，电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉在生产生活中有广泛的应用。铅蓄电池的主要缺点是“比能量”低，笨重，废弃后会污染环境。

电极反应：(放电时) 可以自发进行

负极：Pb(s)+ SO₄^2-(aq) - 2e^- = PbSO₄(s)

正极：PbO₂(s) + 4H⁺ (aq)+ SO₄^2-(aq)+ 2e^- = PbSO₄(s) + 2H₂O(l)

总反应：Pb(s)+ PbO₂(s)+ 2H₂SO₄(aq)= 2PbSO₄(s) + 2H₂O(l)

 

 

电极反应：(充电时) 不能自发进行

阴极：PbSO₄(s)+ 2e^-  =  Pb(s)+ SO₄^2-(aq)

阳极：PbSO₄(s) + 2H₂O(l) - 2e^- = PbO₂(s) + 4H⁺ (aq)+ SO₄^2-(aq)

总反应：2PbSO₄(s) + 2H₂O(l)= Pb(s)+ PbO₂(s)+ 2H₂SO₄(aq)

【学生活动】

1学生代表上台介绍一到两种燃料电池（氢氧燃料电池，甲醇燃料电池）的基本构造、反应原理、以及主要的性能、使用范围，应用前景等方面的知识。

2其他同学就其发言进行评价、交流、提出问题，发言同学及其合作小组成员负责解答。教师进行引导

【教师小结】  教师就燃料电池（氢氧燃料电池）进行小结

燃料电池的能量转换效率超过80%，远高于普通的燃烧反应，而且排放的废弃物也很少，有利于节能减排。燃料电池在未来有着广阔的应用前景。

电极反应：

负极：2H₂ - 4e^- = 4H⁺

正极：O₂ + 4H⁺ +  4e^- = 2H₂O

总反应： 2H₂ + O₂ = 2H₂O

【学生讨论】

我们应该如何正确的使用电池？

你设想未来的电池应该具有那些特点？

【教师总结】

                        

                  

1．

 

 

 

 

2

 

 

 

3．归纳判断电池优劣的标准

【布置作业】