化学电源

第四章第二节化学电源

主备人：傅晓涛辅备人：高二化学备课组

Ⅰ教学目标

一、知识与技能

1、了解一次电池与二次电池的区别。

2、学会书写一次电池、二次电池的电极反应。

3、理解燃料电池的反应原理。

二、过程与方法

4、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。

三、情感、态度与价值观

5、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。

Ⅱ教学重点

一次电池、二次电池和燃料电池的反应原理及其应用。

Ⅲ教学难点

化学电池的反应原理。

Ⅳ教学方法

提问：什么是化学电池？（化学电池是将化学能转化为电能的装置。）

讲述：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。

（一）化学电源

板书：1、化学电源的分类：一次电池、二次电池和燃料电池等。

思考交流：电池与其他能源相比，其优点有那些？

讲述：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

质疑：面对许多原电池，我们怎样判断其优劣或适合某种需要？

讲述：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

第三环节：班内交流，确定难点

（二）一次电池

讲述：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)：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－

电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O= 2MnOOH+Zn(OH)2

讲述：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。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。而今体积更小、性能更好的碱性锌—锰干电池将电解液由中性变为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，使放电电流大幅度提高。

讲清：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。

指导学生阅读资料卡片——银锌电池。

讲述：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。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159V，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+Ag2O2Ag+ ZnO

指导学生阅读资料卡片——锂电池。

讲述：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

讲述：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—3441K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。

第四环节：点拨精讲，解难释疑

（三）二次电池

讲述：投影铅蓄电池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—+SO42－=PbSO4

正极：PbO2+2e—+4H++SO42—=PbSO4+2H2O

总反应：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O

讲述：放电时硫酸的浓度降低，当溶液密度达到1.18g/cm3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。

（四）燃料电池

讲述：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。