高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第三单元 化学能与电能的转化教学设计及反思

这是一份高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第三单元 化学能与电能的转化教学设计及反思，共5页。教案主要包含了设计原电池，常见的化学电源，电池中电极反应式的书写，新型化学电源等内容，欢迎下载使用。

前一节已经学习了电池是利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置。本课时主要是让学生了解几种常见的化学电源在社会生产中的应用；通过碱性锌锰电池、蓄电池和燃料电池进一步理解原电池的概念和原理；了解化学电源的发展以及电池对环境造成的污染，增强环保意识。
教学目标与核心素养
教学目标：
1.会设计简单的原电池。
2.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。
3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。
4.了解研制新型电池的重要性。
核心素养：
1.宏观辨识与微观探析：会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。
2.模型认知：能利用原电池工作原理分析常见简单的化学电源。
教学重难点
1.常见化学电池、新型燃料电池的组成和应用
2.新型燃料电池的组成和工作原理
教学过程
一、设计原电池
1.依据
已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
2.设计思路
(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。
(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。
负极电极反应：还原剂－ne－=氧化产物；
正极电极反应：氧化剂＋ne－=还原产物。
(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
3.实例
(1)以Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu为例
(2)实物原电池
材料：铜片、锌片、导线、橙子
同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。
提出问题 影响自制电池效果的因素有哪些？
查阅资源 电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。
实验探究
Ⅰ.按如图连接水果电池。
Ⅱ.实验记录如下：
解释与结论
(1)实验①②③的目的是探究电极材料对电池效果的影响。
对比实验①②③得出的结论是：在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好。
(2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验①④ (填序号)；对比④⑤得出结论是： 在其他条件相同时，电极间距离越小，电流越大，电池效果越好。
小结：水果电池的电流效果与电极材料、水果的种类有关，另外还与两电极间距离以及电极插入水果的深度等因素有关。
二、常见的化学电源
1.锌锰干电池（一次电池）
(1)结构：锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，
在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。
(2)原理：锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，
内部的氧化还原反应是不可逆的。
(3)电极反应
负极：Zn-2e－=Zn2+，
正极：2MnO2＋2NH4+＋2e－=Mn2O3＋2NH3↑＋H2O
总反应：Zn+2MnO2＋2NH4+= Zn2+ +Mn2O3＋2NH3↑＋H2O
(4)缺陷与改进措施：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气胀或漏液，会导致电器设备的腐蚀。
改进措施：
①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；
②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。
2.充电电池
(1)充电电池又称二次电池。其能量的转化关系是化学能 电能。
(2)常见的充电电池
①铅蓄电池
Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O
常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。
负极材料是Pb，正极材料是PbO2，
电解质溶液是硫酸溶液。
②镍镉电池：以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境。
③锂电池：碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
3.燃料电池
(1)燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电源。
三、电池中电极反应式的书写
1.充电电池电极反应式的书写方法
(1)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。
(2)写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)。
(3)在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。
2.燃料电池电极反应式的书写方法
(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。
(2)写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下两种情况：
①碱性电解质溶液环境下的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。
②酸性电解质溶液环境下的电极反应式：O2＋4H＋＋4e－=2H2O。
(3)写出负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。
四、新型化学电源
1.自制简易燃料电池
(1)材料：0.5 ml·L－1的Na2SO4溶液。
3～6 V直流电源、发光二极管(起辉电压1.7 V，电流0.6 mA)
(2)多孔碳棒电极制作：将碳电极放在高温火焰上灼烧至红热，迅速浸入冷水中。
(3)操作
①按下开关S1，接通电源，电解溶液约
半分钟，碳棒上分别产生明显的气泡。
②断开开关S1，按下开关S2，可以观察
到二极管的发光现象。
(4)结论和解释：构成了氢氧燃料电池，先电解水生成
了H2和O2，H2为负极上的反应物，发生：2H2－4e－=4H＋，
O2在正极上发生：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。
2.锂离子电池
实际上为一个Li＋浓差电池，通过Li＋的电池
两极间的相互传输，完成电子的传递过程。主要包
括锂－铜电池、锂－空气电池、锂－硫电池等。
(1)优点：清洁；工作电压高；能量密度大；质量轻。
(2)缺点：作为电动汽车的驱动电源，安全性有待改
善；能量密度不足。
(3)用途：广泛用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备。
3.与原电池相反，电解池是将电能转化为化学能的装置。如二次电池的充电，冶炼活泼金属钠、镁、铝等都是将电能转化为化学能。
知识总结：
课后作业：
1.笔记：课件4、16、17、26、27页（重点笔记）
2.苏教版必修二课本P25-26：5、8
3.专题6-§3-2化学电源（ 同步练习）
4.预习专题6-§3-3电能转化为化学能
教学反思
1．本节课通过设计原电池结合学生已知道的电池，让学生相互交流总结了几种常见的化学电源在社会生产中的应用；通过碱性锌锰电池、蓄电池和燃料电池进一步理解原电池的概念和原理；了解化学电源的发展与环境污染，增强环保意识。本课时充分体现以学生的“学”为中心的教学方式，且有利于学生掌握和理解本节知识。
2．本节课讲授的电池，其种类繁多、用途广泛不宜讲得太繁杂。对感兴趣的学生可以让他们自己去进行课外阅读以加深对化学电源有更深层次的了解。