人教版高中化学教案-选修四-4.2-化学电源-教案1最全版

第二节化学电源●课标要求通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能转化的实际意义及其应用。●课标解读1.了解几种常见化学电源，一次、二次、燃料电池的工作原理。2．正确书写有关电池的电极反应和电池反应。●教学地位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。简介了三种电池的基本构造，工作原理，性能和适用范围。同时向学生渗透绿色环保的意识。●新课导入建议当一个人的心脏跳动过慢时，医生会建议他安装一个心脏起搏器，借助化学反应产生的电流来延长生命。该用什么材料制作这样的电池呢？经过科学家的长期研究，发明的这种电池叫做锂电池。那除了这种电池外，还有其他的一些电池。让我们一起来了解化学电源的多样性吧！●教学流程设计课前预习安排：(1)看教材P74页，填写【课前自主导学】中的“知识1，化学电池”。(2)看教材P75～77页，填写【课前自主导学】中的“知识2，几种常见的化学电池”，并完成【思考交流】。⇒步骤1：导入新课、本课时的教材地位分析。⇒步骤2：建议对【思考交流】多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。步骤6：先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确掌握已学的内容、安排学生课下完成【课后知能检测】。⇐步骤5：在老师指导下完成【变式训练】和【当堂双基达标】中的题目，验证学生对探究点的理解掌握情况。⇐步骤4：教师通过【例题】和教材P55～57页讲解研析对“探究”中的电极反应进行总结。⇐步骤3：师生互动完成探究点“化学电源中电极反应式的书写”可利用【问题导思】设置的问题由浅入深地进行。建议教师除【例1】外，使用【教师备课资源】中例题，以拓展学生的思路。课标解读重点难点1.了解电池的分类、特点及适用范围。2.了解几类化学电池的构造、原理。3.了解化学电源的广泛应用及废旧电池的危害。1.一次、二次、燃料电池的构造及工作原理。(重点)2.原电池电极反应式的书写。(重难点)化学电池1.概念：是将化学能直接转化为电能的装置。化学电池的主要部分是电解质溶液和浸在溶液中的正极和负极，使用时将两极用导线接通，就有电流产生，因而获得电能。2．类型①一次电池如普通锌锰电池——干电池②二次电池如铅蓄电池③燃料电池如氢氧燃料电池几种常见化学电池1.一次电池(碱性锌锰电池)(1)构成：负极Zn，正极MnO2，电解质KOH。(2)电极反应：负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)22．二次电池(蓄电池)(1)构成：负极Pb、正极PbO2，电解质H2SO4溶液(2)工作原理①放电：负极：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)②充电时铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO2－4(aq)；阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO2－4(aq)；总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。上述充放电反应可写成一个可逆反应方程式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)。3．燃料电池(1)工作原理①连续地将燃料(如氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体)和氧化剂的化学能直接转换成电能。②电极材料本身不发生氧化还原反应。③工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除。(2)氢氧燃料电池①电极材料Pt，酸性电解质。②电极反应：负极：H2－2e－===2H＋正极：12O2＋2H＋＋2e－===H2O总反应：H2＋12O2===H2O若把氢氧燃料电池中的酸性介质换成碱性介质，其电极反应式怎样写？【提示】负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－总反应：2H2＋O2===2H2O化学电源中电极反应式的书写【问题导思】①化学电源中正、负极是什么物质得、失电子？【提示】正极：阳离子得到电子生成单质或O2得电子。负极：活泼金属或H2失去电子。②氢氧燃料电池在酸性电解质和碱性电解质中的总反应实质相同吗？【提示】相同，都为2H2＋O2===2H2O1．根据装置书写电极反应式(1)先分析题目给定的图示装置，确定原电池正、负极上的反应物，并标出相同数目电子的得失。(2)电极反应式的书写。负极：活泼金属或H2失去电子生成阳离子，若电解质溶液中的阴离子与生成的阳离子不共存，则该阴离子应写入负极反应式。如铅蓄电池，负极：Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。正极：阳离子得到电子生成单质，或O2得到电子。若反应物是O2，则：电解质是碱性或中性溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。电解质是酸性溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)正、负电极反应式相加得到电池反应的总反应方程式。2．给出总反应式，写电极反应式分析反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)→选择一个简单的变化情况去写电极反应式→另一极的电极反应直接写出或将各反应式看作数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果以2H2＋O2===2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时的电极反应式的书写步骤如下：(1)根据总反应方程式分析有关元素化合价的变化情况，确定2molH2失掉4mol电子，初步确定负极反应式为2H2－4e－===4H＋。(2)根据电解质溶液为碱性，与H＋不能共存，反应生成水，推出OH－应写入负极反应式中，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。(3)用总反应式2H2＋O2===2H2O减去负极反应式得正极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。3．可充电电池电极反应式的书写在书写可充电电池电极反应式时，要明确电池和电极，放电为原电池，充电为电解池。(1)原电池的负极与电解池的阳极发生氧化反应，对应元素化合价升高。(2)原电池的正极与电解池的阴极发生还原反应，对应元素化合价降低。书写电极反应式应注意电解质溶液的影响。(1)中性溶液反应物中无H＋或OH－。(2)酸性溶液反应物，生成物均无OH－。(3)碱性溶液反应物，生成物中均无H＋。(4)水溶液不能出现O2－。(1)今有2H2＋O2KOH,2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是______，电极反应式分别为______________、______________。(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为__________________、_____________________。(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？_______________________________。(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：________________、__________________。【解析】根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。【答案】(1)H2O2负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)负极：2H2－4e－===4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(1)变小，(2)变大(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－常见燃料电池的电极反应在燃料电池中，电解质溶液参与电极反应，电解质酸碱性的改变，引起电极反应的变化，但不影响燃料及O2的性质。电极反应在遵守质量守恒定律、电荷守恒、电子得失守恒的同时，还要特别考虑电解质溶液是否参与反应。(1)甲烷燃料电池。电解质：KOH正极(通O2)：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－负极(通CH4)：CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O(2)甲醇燃料电池。电解质：KOH正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO2－3＋12H2O总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O(3)肼燃料电池。电解质：KOH正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O(4)熔融盐燃料电池。熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。有关的电池反应式为：正极：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3负极：2CO＋2CO2－3－4e－===4CO2总反应：2CO＋O2===2CO2固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆一氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A．有O2放电的a极为电池的负极B．有H2放电的b极为电池的正极C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2高温,2H2O【解析】固体介质允许O2－通过，说明为非水体系，因此C项中a极反应式不正确，这种表达是水溶液中进行的反应，a极反应式应该是：12O2＋2e－===O2－，b极反应：H2－2e－===2H＋，总反应方程式是H2＋12O2高温,H2O。【答案】D【教师备课资源】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)下列说法错误的是()A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋2OH－(aq)C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g【解析】根据题意，该电池的负极材料是锌。电池工作时，锌本身失去电子而发生氧化反应，失去的电子通过外电路移向另一极(正极)。在该电极上，MnO2获得电子发生还原反应生成MnOOH：2MnO2＋2e－―→2MnOOH。从元素守恒的角度来看，右侧还多2个氢。在碱性溶液中不出现H＋，故正极反应为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。反应