归纳与整理优质课一等奖教案

高二化学选修4第二节

化学电源

知识

教

学

目

的

与

技能

过程

与

方法

情感

态度

1、一次电池与二次电池的区别

2、一次电池、二次电池电极反应的

3、书写理解燃料电池的反应原理

通过查阅资料等途径了解常见化学电源的种类及工作原理，认识化学能转化为电能在生产生活中的实际意义。掌握三类电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。

通过化学能与电能相互转化关系的学习，使学生从能量的角度比较深刻地了解化学科学对人类的贡献，体会能量守恒的意义。在探究三种电池的基价值观

础上，学会利用能源与创造新能源的思路和方法，提高环保意识和节能意识。

重

点

难

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

化学电池的反应原理

第二节 化学电源

一、化学电源 1、化学电源的分类：一次电池、二次电池和燃料电池等。

2、化学电源的优点：

（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。（２）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。（３）易维护，可在各种环境下工作。

3、原电池的优劣或适合某种需要判断标准：

知

识

结

构

与

板

书

设

计

（１）比能量

（２）比功率

（3）电池的储存时间的长短

二、一次电池

1、

碱性锌锰干电池：

负极（锌筒）：Zn +2OH—2e= Zn（OH）2；

正极（石墨）：正极：2MnO2+2H2O+2e= 2MnOOH+2OH

电池的总反应式为：Zn +2MnO2+2H2O= 2MnOOH+ Zn（OH）2

2、银锌电池： 负极：Zn+2OH-2e=ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH

银锌电池充电和放电的总化学方程式为：Zn+Ag2O3、锂电池：8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S 三、二次电池

1、铅蓄电池

2Ag+ ZnO —---－－－—负极：Pb-2e-+SO42－=PbSO4 正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O

蓄电池充电和放电的总化学方程式为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O

1

四、燃料电池

1、燃料电池（碱性）

负极：2H2+4OH—2e=4H2O 正极：O2+2H2O+2e=4OH

电池的总反应为：2H2 + O2 = 2H2O

教学过程

教学步骤、内容

————［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知

[学与问]在日常生活中，你用过那些电池？你知道电池的其它应用吗？道电池的其它应用吗？化学电池将化学能转换成电能的装置电池太阳能电池将太阳能转换成电能的装置原子能电池将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置

[交流结果]干电池、蓄电池、纽扣电池、燃料电池，电池可用于照明、电动车动力、手机电源、手表电源等。

[板书]第二节 化学电源

[问]什么是化学电池？

[回答]化学电池是将化学能转化为电能的装置。

[讲]化学电源的分类：一次电池、二次电池和燃料电池等。一次电池的活性物质消耗到一定程度就不能再用了，如普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池；二次电池又称充电电池或蓄电池，放电后再充电可以使活性物质再生，这类电池可多次重复使用。

[板书]一、化学电源 1、化学电源的分类：一次电池、二次电池和燃料电池等。

[交流]电池与其他能源相比，其优点有那些？

[讲]能量转化率高、供能稳定、可以制成各种大小和形状、不同容量和电压的电池或电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作。

[板书]2、化学电源的优点：

（１）能量转换效率高，供能稳定可靠。

（２）可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。

（３）易维护，可在各种环境下工作。

[投影]图4-2电池及其用途

[问]面对许多原电池，我们怎样判断其优劣或适合某种需要？

[讲]看单位质量或单位体积所输出电能的多少，或输出功率大小以及电池储存时间长短。除

2

特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多，功率大储存时间长的电池，更适合电池使用者。

[板书] 3、原电池的优劣或适合某种需要判断标准：

（１）比能量（２）比功率

（3）电池的储存时间的长短

[展示]几种一次电池：普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池、锂电池等

[板书]二、一次电池

[讲]普通锌锰干电池的简称，在一般手电筒中使用锌锰干电池，是用锌皮制成的锌筒作负极兼做容器，中央插一根碳棒作正极，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液；电池顶端用蜡和火漆封口。在石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl 和淀粉糊作电解质，还填有MnO2作去极化剂吸收正极放出的H2

，防止产生极化现象，即作去极剂，淀粉糊的作用是提高阴、阳离子在两个电极的迁移速率。

[板书]1、

碱性锌锰干电池：

负极（锌筒）：Zn +2OH—2e= Zn（OH）2 ；正极（石墨）：正极：2MnO2+2H2O+2e= 2MnOOH+2OH

电池的总反应式为：Zn +2MnO2+2H2O= 2MnOOH+ Zn（OH）2

[讲]

正极生成的氨被电解质溶液吸收，生成的氢气被二氧化锰氧化成水。干电池的电压15 V—16 V。在使用中锌皮腐蚀，电压逐渐下降，不能重新充电复原，因而不宜长时间连续使用。这种电池的电量小，在放电过程中容易发生气涨或漏液。而今体积小，性能好的碱性锌—锰干电池是电解液由原来的中性变为离子导电性能更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增加，使放电电流大加幅度提高。碱性干电池的容量和放电时间比普通干电池增加几倍。

[讲]根据投影讲解结构。优点：比普通锌锰干电池好，比能量和储存时间有所提高，使用于大电流和连续放电，是民用电池更新换代产品。

[阅读]资料卡片---银锌电池。

[讲]

银锌电池是一种高能电池，它质量轻、体积小，是人造卫星、宇宙火箭、空间电视转播站等的电源。目前，有一种类似干电池的充电电池，它实际是一种银锌蓄电池，电解液为KOH溶液。

常见的钮扣电池也是银锌电池，它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极盒－—－－一端充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为KOH浓溶液，溶液两边用羧甲基纤维素作隔膜，将电极与电解质溶液隔开。一粒钮扣电池的电压达159 V，安装在电子表里可使用两年之久。

[板书]2、银锌电池： 负极：Zn+2OH-2e=ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH

银锌电池充电和放电的总化学方程式为：

Zn+Ag2O 2Ag+ ZnO --—- [阅读]资料卡片—锂电池。

[讲]

锂电池是金属锂作负极，石墨作正极，无机溶剂亚硫酰氯SO2Cl2在炭极上发生还原反应。电解液是

3

由四氯铝化锂LiAlCl4溶解于亚硫酰氯中组成。它的总反应是锂与亚硫酰氯发生反应，生成氯化锂、亚硫酸锂和硫。

[板书]3、锂电池

8Li＋3SO2Cl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S ［讲］锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其它金属作负极相比较，能在较小的体积和质量下能放出较多的电能，放电时电压十分稳定，贮存时间长，能在2163—3441K温度范围内工作，使用寿命大大延长。锂电池是一种高能电池，它具有质量轻、电压高、工作效率高和贮存寿命长的优点，因而已用于电脑、照相机、手表、心脏起博器上，以及作为火箭、导弹等的动力资源。

[板书]三、二次电池

[投影]铅蓄电池

[讲]铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。

[分析]放电时起原电池的作用。

[板书] 1、铅蓄电池

负极：Pb-2e-+SO4=PbSO4 2－正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O 蓄电池充电和放电的总化学方程式为：

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O 3[讲]当放电进行到硫酸的浓度降低，溶液的密度达到1.18g/cm时应停止使用，需充电，充电时起电解池的作用。

[投影]资料：随着人们生活水平的提高和现代化通信业的发展，人们使用电池的机会愈来愈多，手机、寻呼机、随身听、袖珍收音机等都需要大量的二次电池作电源。可重复充电使用的二次电池市场主要包括镍镉、镍氢、锂离子和铝箔包装的锂高分子电池等4种。

[板书]四、燃料电池

[讲]

燃料电池是将燃料化学能直接转化为电能的装置。与一般电池不同的是，其所需的化学燃料并不储存了电池内部，而是从外部供应，便于燃料的补充，从而电池可以长时间甚至不间断地工作。另一方面，燃料电池除了电池本身之外，还需要燃料和氧化剂供应等配套部件与电池堆一起构成一个完整的燃料电池系统。

按电解质划分，燃料电池大致上可分为五类：碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）。

[投影]氢氧燃料电池。

[板书]1、燃料电池（碱性）

电极反应：负极：2H2+4OH—2e=4H2O 正极：O2+2H2O+2e=4OH

————

4

电池的总反应为：2H2 + O2 = 2H2O [讲]该电池的特点是能量转化率高，可达70%以上，且其燃烧的产物为水，因此不污染环境。

[讲]燃料电池应用前景：燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重视。燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力装置。预期燃料电池会在国防和民用的电力、汽车、通信等多领域发挥重要作用。

废旧电池中含有汞、铅、镉、镍等重金属及酸、碱等电解质溶液，对人体及生态环境有不同程度的危害。如当成资源，加以回收利用，即可减少对环境污染，又可节约能源。

［专题训练］对比掌握11种原电池

原电池电极反应式的书写格式：电极名称（电极材料）：氧化还原反应的半反应（氧化还原类型）

1、铜锌非氧化性强酸溶液的原电池（伏打电池）

（电极材料：铜片和锌片，电解质溶液：稀硫酸）

（1）氧化还原反应的离子方程式：Zn+2H = Zn+ H2↑

（2）电极反应式及其意义

正极（Cu）：2H +2e=H2↑（还原反应）；负极（Zn）：Zn -2e=Zn（氧化反应）。

意义：在标准状况下，正极每析出2.24升氢气，负极质量就减小6.5克。

（3）微粒移动方向：

①在外电路：电流由铜片经用电器流向锌片，电子由锌片经用电器流向铜片。

②在内电路：SO24（运载电荷）向锌片移动，H（参与电极反应）向铜片移动的电子放出+ +--2+ +2+ 氢气。

2、铜锌强碱溶液的原电池

（电极材料：铜片和锌片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）

（1）氧化还原反应的离子方程式：Zn +2OH=ZnO22+ H2

↑

-

（2）电极反应式及其意义

①正极（Cu）： 2H2O+2e =H2

↑+2OH

②负极（Zn）： Zn +4OH-2e=ZnO22+2H2O--

--

意义：在标准状况下，正极每析出2.24升氢气，负极质量就减小6.5克。

（3）微粒移动方向：

①在外电路：电流由铜片经用电器流向锌片，电子由锌片经用电器流向铜片。

②在内电路：OH（参与溶液反应）向锌片移动遇到Zn发生反应产生ZnO22，Na（运载电-2++荷）向正极移动。

3、铝铜非氧化性强酸溶液的原电池

（电极材料：铜和铝；电解质溶液：稀硫酸。）

（1）氧化还原反应的离子方程式：2Al+6H = 2Al+ 3H2↑

（2）电极反应式及其意义

+3+

5

正极（Cu）：6H +6e=3H2↑（还原反应）；

负极（Al）：2Al -6e=2Al（氧化反应）。

意义：在标准状况下，正极每析出6.72升氢气，负极质量就减小5.4克。

（3）微粒移动方向：

①在外电路：电流由铜片经用电器流向铝片，电子由铝片经用电器流向铜片。

②在内电路：SO24（运载电荷）向铝片移动，H（参与电极反应）向铜片移动得电子放出+ +- -3+ 氢气。

4、铜铝强碱溶液的原电池

（电极材料：铜片和铝片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）

（1）氧化还原反应的离子方程式：2Al +2OH +2H2O=2AlO2+ 3H2

↑

（2）电极反应式及其意义

①正极（Cu）： 6H2O+6e =3H2

↑+6OH②负极（Al）： 2Al +8OH-6e=2AlO2+4H2O意义：在标准状况下，正极每析出6.72升氢气，负极质量就减小5.4克。

（3）微粒移动方向：

①在外电路：电流由铜片经用电器流向铝片，电子由铝片经用电器流向铜片。

②在内电路：OH（参与溶液反应）向铝片移动遇到Al发生反应产生AlONa（运载电荷）2，向正极移动。

5、铝铜电池浓硝酸原电池

（电极材料：铜片和铝片，电解质溶液：浓硝酸）

（1）氧化还原反应的离子方程式：Cu+4H +2NO3=Cu +2NO2↑+2H2O （2）电极反应式及其意义

①正极（Al）：4H +2NO3 +2e=2NO2↑+2H2O（还原反应）；

②负极（Cu）：Cu-2e =Cu

（氧化反应）；

意义：在标准状况下，正极每析出4.48升NO2，负极质量就减小6.4克。

（3）微粒移动方向：

①在外电路：电流由铝片经用电器流向铜片，电子由铜片经用电器流向铝片。

②在内电路：H（参与电极反应）向铝片移动与NO3汇合，NO3（参与电极反应）得电子产生NO2

。

6、镁铝非氧化性强酸溶液的原电池

（电极材料：镁和铝；电解质溶液：稀硫酸。）

（1）氧化还原反应的离子方程式：Mg+2H = Mg+ H2↑

（2）电极反应式及其意义

正极（Al）：2H +2e=H2↑（还原反应）；

负极（Mg）：Mg -2e=Mg（氧化反应）。

意义：在标准状况下，正极每析出2.24升氢气，负极质量就减小2.4克。

（3）微粒移动方向：

①在外电路：电流由铝片经用电器流向镁片，电子由镁片经用电器流向铝片。

+--2+ +2+ + ---2+

+-- +- 2+-3++--

--

-

6

②在内电路：SO24（运载电荷）向铝片移动，H（参与电极反应）向镁片移动得电子放出+ 氢气。

7、镁铝强碱溶液的原电池

（电极材料：镁片和铝片，电解质溶液：氢氧化钠溶液）

（1）氧化还原反应的离子方程式：2Al +2OH +2H2O=2AlO2+ 3H2

↑

（2）电极反应式及其意义

①正极（Mg）： 6H2O+6e =3H2

↑+6OH②负极（Al）： 2Al +8OH-6e=2AlO2+4H2O意义：在标准状况下，正极每析出6.72升氢气，负极质量就减小5.4克。

（3）微粒移动方向：

①在外电路：电流由镁片经用电器流向铝片，电子由铝片经用电器流向镁片。

②在内电路：OH（参与溶液反应）向铝片移动遇到Al发生反应产生AlONa（运载电荷）2，向正极移动。

8、氢气和氧气细菌燃料电池

（电解质溶液是磷酸）

（1）氧化还原反应的化学方程式：2H2 +O2=2H2O （2）电极反应式及其意义

①正极（惰性材料）：O2 +4H +4e=2H2O ②负极（惰性材料）：2H2 -4e=4H（氧化反应）；

意义：在标准状况下，正极每消耗3.2升氧气，负极同时消耗0.4克氢气，电解质溶液增加3.6克水。

9、氢气和氧气燃料电池

（电解质溶液是氢氧化钾溶液）

（1）氧化还原反应的化学方程式：2H2 +O2=2H2O （2）电极反应式及其意义

--①正极（惰性材料）：

O2 +2H2O +4e-=4OH-

②负极（惰性材料）： 2H2 +4OH-4e=4H2O -

-- --

-3+++--+ 意义：在标准状况下，正极每消耗3.2升氧气，负极同时消耗0.4克氢气，电解质溶液增加3.6克水

10、甲烷和氧气燃料电池

（电解质溶液是氢氧化钾溶液）

（1）氧化还原反应的化学方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O 。

2在强碱性条件下修正为：CH4+2O2 +2NaOH=Na2CO3+3H2O；CH4+2O2 +2OH=CO3+3H2O - （2）电极反应式及其意义

①正极（惰性材料）： 2O2 +4H2O +8e=8OH

②负极（惰性材料）： CH4

–8e +10 OH=CO3 +7 H2O 意义：在标准状况下，正极每消耗4.48升氧气，负极同时消耗2.24升甲烷。

11、丙烷和氧气燃料电池

（电解质溶液是氢氧化钾溶液）

7 -- 2---

（1）氧化还原反应的化学方程式：C3H8+5O2=3CO2+4H2O 。

2在强碱性条件下修正离子方程式为：C3H8+5O2 +6OH=3CO3+7H2O -（2）电极反应式及其意义

①正极（惰性材料）：5O2 +10H2O +20e=20OH

2②负极（惰性材料）： C3H8

–20e +26 OH=3 CO3+ 17 H2O -- --意义：在标准状况下，正极每消耗11.2升氧气，负极同时消耗2.24升丙烷。

强调八点：

①书写电极反应式要注意酸碱性环境对产物存在形式的影响。

②在酸性环境中，氢元素的存在形式有：H

、H2O 、H2三种形式，不会出现OH形式。

③在碱性环境中，氢元素的存在形式为：OH

、H2O 、H2三种形式，不会出现H形式。

④在酸性环境中，氧元素的存在形式有：H2O 一种形式，不会出现OH

、O两种形式。

⑤在碱性环境中，氧元素的存在形式为：OH

、H2O 两种形式，不会出现O形式。

-2--2--++ -⑥检验电极反应式的三个标准：正负极得失电子数相等，原子个数守恒，微粒存在形式符合酸碱环境。

⑦在正负极得失电子数相同的情况下，两个电极反应式叠加，会得到总反应式。

⑧用总反应式减去任何一个电极反应式会得到另一个电极反应式。

［随堂练习］

1、锂电池是新一代的高能电池，它以质轻、高能而受到普遍重视．目前已经研制成功了多种锂电池．某种锂电池的总反应可表示为：Li＋MnO2＝LiMnO2．若该电池提供5库仑(C)电量(其他损耗忽略不计)，则消耗的正极材料的质量约为(相对分子质量和相对原子质量Li：7，MnO2：87，电子电量取1.60×10A．3.5×10g B．7×10g C． 4.52×10g

D．4.52×10g 2、1958年世界上第一个心脏起搏器在瑞典植入人体成功，使用寿命长达10年之久．这种能源起搏器中安装了寿命最长、可靠性最高的锂—碳电池．这种电池容量大，电压稳定，能在－56.7～71.1℃温度范围内正常工作，现已在火箭、移动电话、笔记本电脑中广泛使用．它采用锂和石墨作电极，四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯中(SOCl2)组成电解质溶液．电池总反应为：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S．

（1）此电池中________作负极，电极反应为________，________作正极．

（2）该电池用于心脏起搏器时，在生理上的作用是_______。

答案：1、C 2、(1)锂,Li-e- =Li+,石墨.(2)起搏器遵循天然心脏的工作原理通过向心脏发送电脉冲以控制心脏的跳动。

3、新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。写出电极反应式：

答案：负极：CH4+10OH-8e=CO3+7H2O 正极：2O2+4H2O+8e=8OH

电池的总反应式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

—－2－－－3-4-3-2－19C)

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