3第二节化学电源教学建议(陈慧梅)

1第二节化学电源教学建议广州大学附属中学陈慧梅一．教学目标（1）知识与技能：①使学生了解常见电池的分类、优点及适用范围；②使学生了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、反应原理及应用。（2）过程与方法：①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；②运用氧化还原反应原理来理解各类电池的工作原理。（3）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和文明。通过了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。二．教学重点：一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理、性能及其应用。三．教学难点：化学电池的反应原理及电极方程式的书写。四．教学建议：课时安排：1课时在新课程标准中提到“通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。”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原理。”高考题中对化学电源的考察陈出不穷，而且材料新颖，说明该节内容非常重要，还要学以致用。教学中除了介绍一次电池、二次电池和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：（一）化学电池的反应原理1、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、电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池上来。2、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，明确作为原电池只看“放电“方向，并能根据“放电”方向判断原电池的正、负极，写出各极方程式。“充电”方向为电解池，稍后在第三节再作具体分析。3、各种燃料电池：①总反应：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，但反应方程式不一定相同。如：甲烷燃料电池总反应和燃烧反应方程式：2酸性介质时：CH4+2O2CO2+2H2OCH4+2O2CO2+2H2O（相同）碱性介质时：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2OCH4+2O2CO2+2H2O（不同）②电极：燃料电池多采用铂为电极材料，铂电极的作用是吸附燃料气和催化燃料气的反应。一般是由O2作氧化剂，O2为正极反应物，发生还原反应。可燃物为还原剂，所以可燃物为负极反应物，发生氧化反应，③书写电极反应方程式：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应。例如：甲烷碱性燃料电池的负极产物是CO32-和H2O（因为燃烧产物CO2与电解质溶液中的OH-发生反应）。④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，但殊途同归，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，当学生遇到背景新的题目时就不会觉得无从下手了。（参考例题见附录）（二）化学电池电极反应式的书写1、几类必会的原电池反应方程式及电极反应式（1）碱性锌锰干电池：负极：Zn—2e－＋2OH—＝Zn(OH)2正极：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－（或2MnO2＋H2O＋2e－＝Mn2O3＋2OH－）电池总反应为：Zn+2MnO2+2H2O＝Zn(OH)2+2MnOOH或：Zn+2MnO2+H2O＝Zn(OH)2+Mn2O3（2）铅蓄电池：负极：Pb—2e－＋2SO42—＝PbSO4正极：PbO2+2e—+4H++SO42—＝PbSO4+2H2O电池总反应为：Pb＋PbO2+2H2SO4放电充电2PbSO4+2H2O2、对陌生（新型）电池的分析步骤（1）看总反应（一般为已知条件），明确原电池的“放电”方向；（2）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：一般负极反应式较容易写——活泼电极为负极，失去电子变成相应的阳离子；也可以从电解质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，从而写出电极反应式；（4）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。（三）小结（1）确定正、负极的方法：①若给出电池总反应方程式，根据化合价的升降可以判断：发生氧化反应的是负极；发生还原反应的是正极。②若给出电池的结构图，根据图示（“+”或“-”、电子移动方向等）可以判断：“+”表示正极，是电子流入的一极；“-”表示负极，是电子流出的一极。（2）化学电池电极方程式的书写方法①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，然后相减得到另一电极方程式。②考查的多为二次电池和燃料电池：二次电池中必须看清“放电”还是“充电”方向。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O2在正极放电的电极方程式写法有：①酸性介质：O2+4e—+4H+==2H2O②碱性或中性介质：O2+4e—+2H2O==4OH—③固体氧化物熔融传导O2—：O2+4e—==2O2—④熔融碳酸盐：负极O2+4e—+CO2==CO32—（O2—与CO2反应）（四）由于现代科学技术迅猛发展，新型的化学电池越来越多，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，感受化学给人类带来的进步与文明。（1）学生活动建议如下：※可往超市、电器商店、汽车修配厂调查：①电池的种类、型号、用途；②选购电池的注意事项（质量、产地、厂家、价格等）；※可到图书馆或上网查阅有关资料：①电池的发明及电池工业的发展史；4②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中的电化学知识相联系）；③电池的应用范围以及生产和销售的市场走向；④电池的生产和使用与环境问题；⑤电池回收的价值以及目前在相关管理和技术操作中有待解决的问题。※评价各种电池优、缺点：优点方面：（1）比能量大（单位体积或质量所能输出电能的多少）：碱性锌锰干电池、锂电池、银锌电池（2）可储存的时间长：碱性锌锰干电池、锂电池、银锌电池、铅蓄电池（3）电压稳定，电流持续：碱性锌锰干电池、锂电池、银锌电池、铅蓄电池（4）废弃电池无污染：燃料电池燃料电池能量转化率高，废弃物污染小，电压稳定，电流持续。（2）教师既要搜集新的、实用的信息，又要注意把握好难度。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，以适时地为教学补充相关素材。但是，除了课本上介绍的碱性锌锰干电池、铅蓄电池、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教材为准。附录：参考例题例1．镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2O放电充电Cd(OH)2+2Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是A．放电时正极反应：NiOOH+H2O+e—==Ni(OH)2+OH-B．充电过程是化学能转化为电能的过程C．放电时负极附近溶液的碱性不变D．放电时电解质溶液中的OH-向正极移动例2．LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应5为：FePO4+Li放电充电LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li+导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是A.可加入硫酸以提高电解质的导电性B放电时电池内部Li+向负极移动.C.充电过程中，电池正极材料的质量减少D.放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e-＝LiFePO4例3．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KOH为电解质发生的反应为：2H2+O2==2H2O。⑴电极反应式分别为：负极，正极。⑵如把KOH改为稀H2SO4作导电物质，则电极反应式为、。⑶如把H2改为甲烷，KOH作导电物质，则电极反应式为、。如果用稀H2SO4作导电物质，则电极反应式为、。答案：⑴碱性介质：负极：2H2+4OH-－4e-=4H2O正极：O2+2H2O+4e-＝4OH-⑵酸性介质：负极：2H2－4e-=4H+正极：O2+4H++4e-＝2H2O。⑶碱性介质：负极：CH4+10OH-－8e－=CO32-+7H2O正极：O2+2H2O+4e-＝4OH-。酸性介质：负极：CH4+2H2O－8e-=CO2+8H+正极：O2+4H++4e-＝2H2O。例4．据报道，我国拥有完全自主知识产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供了优质服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关叙述不正确．．．的是A.正极反应式为：O2+2H2O+4e－=4OH－B.工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C.该燃料电池的总反应方程式为：2H2+O2=2H2OD.该电池工作时电解质溶液中的OH-向正极移动例5．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2—。下列对该燃料电池说法正确的是A.在熔融电解质中，O2—由负极移向正极B.电池的总反应是：2C4H10+13O2==8CO2+10H2OC.通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+4e—=2O2—D.通入丁烷的一极是正极，电极反应为：6C4H10+26e—+13O2—==4CO2+5H2O例6．（2000年理科高考综合卷26题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物作电解质,CO为负极燃气，空气与CO2的混和气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关电极及电池方程式负极：2CO+2CO32-—4e—==4CO2正极：总反应式答案：正极：O2＋4e-＋2CO2＝2CO32-总电池反应式：2CO＋O2＝2CO2例7．新型的质子交换膜燃料电池——甲醇燃料电池，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。答案：总反应2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O，负极反应式为：2CH3OH+2H2O=2CO2+12H++12e-；正极反应式为：3O2+12e-+12H+＝6H2O（H+可自由移动）。