新人教版高中化学必修2教案-化学能与电能

化學能與電能
第2課時
【教學目標】
1、通過實驗探究初步認識一些常見的化學電源，進一步學習電極反應式的書寫。

2、能從能量轉化、裝置、電極反應等方面區別充電和放電反應，進一步體驗科學探究的過程，掌握基本的研究方法，提高分析問題、解決問題的能力。

3、初步瞭解化學電源在生產和生活中的應用，感受化學在促進社會發展、提高人們生活品質中的重要作用。

【教學重點、難點】
能量轉化、裝置、電極反應等方面區別充電和放電反應。

【教學方法】實物展示和探究相結合
【教學過程】
[引入] 1號和5號乾電池大家熟悉嗎？它的內部構造大家清楚嗎？它的放電原理是什麼？
[觀察] 1號和5號乾電池的外型，說出在日常生活中的用途。

[瞭解乾電池的內部結構]
乾電池的構造：石墨棒、MnO2糊、NH4Cl糊、鋅筒。

[板書] 二、發展中的化學電源
1、乾電池
最早使用的，大家熟悉的乾電池——鋅錳電池。

它是一種一次性電池，
放電後不能充電（內部的氧化還原反應是不可逆的）。

電池反應：正極：MnO2 + H2O +2e-→ MnO(OH) + OH-
負極：Zn － 2e- → Zn2+
Zn + 2NH4Cl － 2e- → Zn(NH3)2Cl2 + H+
總反應：Zn + MnO2 + 2NH4Cl →MnO(OH) + Zn(NH3)2Cl2
缺點：鋅皮被腐蝕而穿導致電解液外溢。

生活中的1號或5號電池。

改進：外殼套上金屬筒或塑膠筒的方法改成了防漏電池；將糊狀NH4Cl換成濕的KOH，並在構造上作了改進，製成了鹼性鋅錳電池，延長了電池的使用壽命。

廣泛用於卡式答錄機、閃光燈、電動玩具、袖珍電視機等。

[思考與交流] 在購買、保存和使用乾電池方面你有何經驗和建議？
[問題] 汽車用的電瓶是一種什麼樣的化學電源？
[板書]
2、充電電池
[展示] 鉛蓄電池（簡稱蓄電池）
充電電池又稱為二次電池，它在放電時進行的氧化還原反應，在
充電時可以逆向進行（一般通過充電器將交流電轉化為直流電進行充
電），使電池恢復到放電前的狀態。

這樣可以實現：化學能轉換為電
能（放電）、再由電能轉變為化學能（充電）的迴圈。

缺點：由於電池製造工藝等方面存在不足，實際上沖放電電池的沖放
電次數仍有限制，且使用是否得當，對電池的工作狀態及壽命影響很
大。

最早使用的充電電池是鉛蓄電池。

目前，汽車上使用的電瓶大多
仍是鉛蓄電池。

電池反應（放電）：正極：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-→ PbSO4 + 2H2O
負極：Pb + SO42- - 2e-→ PbSO4
總反應：PbO2 + 4H+ + SO42- + Pb ==== 2PbSO4 + 2H2O
[思考與回答] 鉛蓄電池充電時，其反應原理正好放電時相反，原來的負極（陽極）反應為
原來的正極（陰極）反應為。

你能它們的電極反應？
改進：新型的封閉式體積小的充電電池——鑷鎘電池。

可以反復充電500次以上，廣泛用於收錄機、無線對講機、電子閃光燈、電動剃鬚刀等。

電池反應（放電）：正極：2NiO(OH) + 2H2O + 2e-→ 2Ni(OH)2 + 2OH-
負極：Cd + OH- - 2e-→ Cd(OH)2
總反應：Cd + 2NiOOH + 2H2O ==== Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2
缺點：鎘是致癌物質，廢棄的鑷鎘電池如不回收，會嚴重污染環境，這制約了鑷鎘電池的發展。

鑷氫電池的面世初步解決了這個問題。

目前，手機常見電池類別有：Ni-MH（鎳氫電池）、Li-ion（鋰電池）、LiB（液體鋰離子電池）、LiP（聚合物鋰離子電池）
3、燃料電池
燃料燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，通
過燃燒釋放的熱能再轉化為電能（如火力
發電），其能量轉化率不高。

燃料電池就
是利用原電池的工作原理將燃料和氧化
劑（如O2）反應所放出的化學能直接轉化
為電能的一種高效、對環境友好的裝置。

燃料電池的能量轉化率理論上可以高達
85%~90%（現在實際利用率已達到
40%~60%）。

燃料電池：燃料：氫氣、甲烷（天然氣）、
甲醇、乙醇、汽油等。

氧化劑：氧氣、空氣等。

優點：燃料可以從外部源源不斷的輸入，
減少廢電池的污染，電池反應產物對環境沒有污染。

以氫氧燃料電池為例：
正極：O2 + 2H2O + 4e-→ 4OH-
負極：2H2 + 4OH-－ 4e-→ 4H2O
總反應：2H2 + O2 == 2H2O
[科學視野]
我國首輛燃料電池混合動力轎車“超越一號”，2003年8月7日在同濟大學校園賓士，接受國家科技部的驗收。

“超越一號”的最高時速每小時１１０公里，可連續行駛２１０公里。

在燃料電池汽車領或，“超越一號”大大縮短了我國與世界先進水準的差距。

楚天一號燃料電池電動汽車：由東風汽車公司和武漢理工大學合作聯合研發的東風燃料電池電動汽車“楚天一號”通過專家組驗收。

這是繼上海研製的“超越號”之後，我國研發成功的第二臺燃料電池轎車型樣車。

最高時速為103公里。

美國AB1公司預測，2011年，全球燃料電動汽車的產量將達240萬輛，約占全球汽車總產量3.4%。

2010年將是燃料電池電動汽車的決戰年，而真正成氣候，可能是在2020年，這種預測，國內外汽車界人士多是應同的。

筆記本電腦用小型燃料電池
日本東芝公司03.3.5日宣佈成功地開發出了支持筆記本電腦的小型燃料電池。

東芝公司稱，這在世界上首次將燃料電池直接與電腦連接。

新型燃料電池採用甲醇作為燃料，與採用鋰電池的東芝公司自己生產的筆記本電腦相比，50CC的甲醇可以連續使用5小時，超過鋰電池兩倍以上。

燃料電池的另一個好處時只需填充燃料，而不必像鋰電池那樣再次充電。

太陽能利用
太陽能的優點：
．．．．．．．
（1）壽命無限；
（2）供能巨大（幾萬倍）；
（3）潔淨無公害；
（4）隨處可取；
太陽能利用種類
．．．．．．．
光解水制氫；太陽能電池；太陽能集熱器; 光合作用模擬；高張力化合物畜積太陽能, 太陽能汽車等。

太陽能電池光電轉換率：單晶矽型 20% ，多晶矽型 17%
歐洲聯盟國家計畫在２０１０年太陽能光電轉換的電力占所有總電力的1.5％，美國啟動了“百萬屋頂”計畫。

[總結、板書計畫]
二、發展中的化學電源
1、乾電池（鋅錳電池）
電池反應：正極：MnO2 + H2O +2e-→ MnO(OH) + OH-
負極：Zn － 2e- → Zn2+
Zn + 2NH4Cl － 2e- → Zn(NH3)2Cl2 + H+
總反應：Zn + MnO2 + 2NH4Cl →MnO(OH) + Zn(NH3)2Cl2
2、充電電池（鉛蓄電池）
電池反應（放電）：正極：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-→ PbSO4 + 2H2O
負極：Pb + SO42- - 2e-→ PbSO4
總反應：PbO2 + 4H+ + SO42- + Pb ==== 2PbSO4 + 2H2O
鑷鎘電池
電池反應（放電）：正極：2NiO(OH) + 2H2O + 2e-→ 2Ni(OH)2 + 2OH-
負極：Cd + OH- - 2e-→ Cd(OH)2
總反應：Cd + 2NiOOH + 2H2O ==== Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2
3、燃料電池
燃料：氫氣、甲烷（天然氣）、甲醇、乙醇、汽油等。

氧化劑：氧氣、空氣等。

優點：燃料可以從外部源源不斷的輸入，減少廢電池的污染，電池反應產物對環境沒有污染。

以氫氧燃料電池為例：
正極：O2 + 2H2O + 4e-→ 4OH-
負極：2H2 + 4OH-－ 4e-→ 4H2O
總反應：2H2 + O2 == 2H2O
太陽能利用
[課堂練習]
1．隨著人們生活品質的不斷提高，廢電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程，其首要原因是
A．利用電池外殼的金屬材料
B．防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染
C．不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品 D．回收其中石墨電極
2．廢電池處理不當不僅造成浪費，還會對環境造成嚴重污染，對人體健康也存在極大的
危害。

有同學想變廢為寶，他的以下想法你認為不正確的是
A．把鋅皮取下洗淨用於實驗室制取氫氣 B．碳棒取下洗淨用作電極
C．把銅帽取下洗淨回收利用
D．電池內部填有氯化銨等化學物質，將廢電池中的黑色糊狀物作化肥用
3、下列變化中屬於原電池的是
A.在空氣中金屬鋁表面迅速氧化形成保護層
B.白鐵(鍍鋅)表面有劃損時,也能阻止鐵被氧化
C.紅熱的鐵絲與水接觸表面形成藍黑色保護層
D.鐵與稀硫酸反應時,加入少量硫酸銅溶液時,可使反應加速
4、實驗室中欲制氫氣,最好的方法是
A.純鋅與稀硫酸反應
B.純鋅與濃硫酸反應
C.純鋅與稀鹽酸反應
D.粗鋅(含鉛、銅雜質)與稀硫酸反應
5、鐵製品上的鉚釘應該選用下列哪些材料製成
A.鋁鉚釘
B.銅鉚釘
C.鋅鉚釘
D.錫鉚釘
6、由銅、鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質溶液的pH怎樣變化
A．不變 B.先變小後變大 C.逐漸變大 D.逐漸變小
7、對銅-鋅-稀硫酸構成的原電池中,當導線中有1mol電子通過時,理論上的兩極變化是
①鋅片溶解了32.5g②鋅片增重了32.5g③銅片上析出1g H2④銅片上析出1molH2
A. ①③
B. ①④
C. ②③
D. ②④
10、鹼性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛使用，鋅-錳鹼性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應為：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)﹦Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)
下列說法錯誤的是
A．電池工作時，鋅失去電子
B．電池正極的電極反應式為：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-﹦Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
D．外電路中每通過0.2mol電子，鋅的品質理論上減小6.5g
11、微型鋰電池可作植入某些心臟病人體內的心臟起博器所用的電源，這種電池中的電解質是固體電解質LiI，其中的導電離子是I-.下列有關說法正確的是
A．正極反應：2Li - 2e- = 2Li＋ B．負極反應：I2 + 2e- = 2I-
C．總反應是：2Li + I2 = 2LiI D．金屬鋰作正極
13、鋅錳乾電池在放電時，電池總反應方程式可以表示為：
Zn + 2MnO2 + 2NH4＋ = Zn2＋ + Mn2O3 + 2NH3 + H2O
在此電池放電時，正極（碳棒）上發生反應的物質是
A. Zn
B. 碳棒
C. MnO2和NH4＋
D. Zn2＋和NH4＋
14、氫氧燃料電池用於航太飛船，電極反應產生的水，經過冷凝後可用作太空人的飲用水，其電極反應如下：負極：2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O 正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH—，當得到1.8L飲用水時，電池內轉移的電子數約為
A.1.8mol
B.3.6mol
C.100mol
D.200mol
17、請設計一個原電池,其總反應為:Zn + 2FeCl3＝ ZnCl2 + 2FeCl2。

18．有A、B兩種金屬分別與鹽酸反應，產生氫氣的速率相近。

怎樣設計一個實驗證明A、B兩種金屬的活動性？（畫出實驗裝置圖）
【教學反思】。