高中化学人教版 (2019)选择性必修1原电池表格教学设计

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1原电池表格教学设计，共6页。教案主要包含了情境引入，学习任务1，学习任务2，学习任务3，课堂总结，课后任务等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
高中化学
年级
高二
学期
秋季
课题
化学电源
教科书
书 名：高中化学选择性必修1化学反应原理
出版社：人民教育出版社 .
教学目标
1.了解常见的化学电源，能运用原电池思维模型分析其工作原理，能运用反应表示其中发生的化学反应，体会变化与守恒思想。
2.了解化学电源的发展史，能列举常见的化学电源；能从物质变化和能量变化的角度分析新型电池的研发和利用，培养责任意识和创新精神。
教学内容
教学重点：
1.在新型化学电源探究过程中，构建原电池模型，并能分析出其电极反应和总反应方程式。
教学难点：
1.在新型化学电源探究过程中，构建原电池模型。
教学过程
【情境引入】在我们的生活中，电动自行车已进入千家万户，电动汽车也日渐普及，经济、环保、便捷，是它们的代名词，方便了我们的生活。这离不开它们里面化学电源的功劳，化学电源的构成及工作原理是怎样的呢？相信，学习了今天这节课，我们能得出答案。
思考与交流：在日常生活和学习中，你认识哪些电池？
答案：干电池、蓄电池、纽扣电池等。
化学史：发明电池的故事。伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。有一天,伏特看了一位名叫伽伐尼的解剖学家的一篇论文,说动物肌肉里贮存着电,可以用金属接触肌肉把电引出来。看了这篇论文,伏特非常兴奋,便决定亲自来做这个实验。他用许多只活青蛙反复实验,终于发现,实际情况并不像伽伐尼所说的那样,而是两种不同的金属接触产生的电流,才使蛙腿的肌肉充电而收缩。为了证明自己的发现是正确的,伏特决定更深入地了解电的来源。为了纪念他的贡献,人们把电压的计量单位叫做伏特,简称伏,符号V。比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。
介绍化学电源的分类：
（1）一次电池：放电后不可再充电的电池，也叫干电池。
（2）二次电池：放电后可以再充电而反复使用的电池，又称可充电电池或蓄电池。
（3）燃料电池：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
【学习任务1】探秘“一次电池”
模型认知：由原电池模型建构化学电源中的电极反应、总反应式的分析模型。
（1）普通锌锰电池
电解液：NH4Cl糊
负极（锌筒）：Zn-2e-＝Zn2+
正极（碳棒）：2NH4+ +2e‾=2NH3↑+H2↑
总反应式：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3↑+H2↑
优点：制作简单、价格便宜
缺点：放电时间短，电压下降快,使用寿命短、
易泄露。
（2）碱性锌锰电池
电解液：NH4Cl糊 湿的KOH（离子导电性更好）；
负极：锌筒 锌粉（反应面积成倍增大，放电电流大幅度提高）；
问题：已知总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2，能写出相应的正极和负极反应式吗？
答案：负极：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2；
正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-。
优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。
用途: 广泛用于个人音响、照相机、闪光灯、电动玩具等各种电器。
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。
【学习任务2】探秘“二次电池”
（1）铅蓄电池
放电后可以再充电使活性物质获得再生；铅蓄电池、锂离子电池……其电池反应可以正向和逆向进行。蓄电池放电时为自发电池,充电时为电解池。充电后电池容量得到恢复，充放电次数可达千百次。
正负极材料：
正极：PbO2；负极：Pb；电解质溶液：H2SO4(aq)
放电时电极反应式：
负极：Pb+SO42--2e-＝PbSO4
正极：PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O
（2）(充放电)可逆反应式：充电时电极反应式与放电时电极反应式相反,所以可以把上述反应写成一个可逆反应式：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)
用途：电动自行车、汽车、发电站等都要用到它。
优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。
缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境。
（2）锂离子电池——电解液为有机溶剂（无水）
负极:Li(嵌锂石墨),正极：LiCO2(钴酸锂);电解质溶液为LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液。
负极：LixCy-xe-=xLi++Cy；
正极：Li1-xCO2 +xLi+ + xe-= LiCO2；
总反应表示为：LixCy+ Li1-xCO2 = LiCO2+Cy
优点：质量小、体积小、储存和输出能量大等。
用途：便携式电子设备(智能手机、笔记本电脑等)和交通工具(电动汽车、电动自行车等；大型储能电站等)。
【学习任务3】探秘“燃料电池”
介绍：燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂。它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。是一种能量转化率高、可持续使用、对环境友好的化学电池。可供选择的燃料:氢气、烃类、肼、甲醇、氨、煤气等液态或气态的燃料。
（1）氢氧燃料电池
电极材料：使用铂电极或多孔性碳
1.酸性氢氧燃料电池
正极: O2+4H++4e-＝2H2O；负极: 2H2-4e-＝4H+
总(电池)反应：2H2+O2＝2H2O
2.碱性氢氧燃料电池
正极: O2+2H2O+4e-＝4OH-；负极: 2H2+4OH--4e-＝4H2O
总(电池)反应：2H2+O2＝2H2O
课堂小结：
（1）燃料电池结构特征及应用
正极—助燃剂（氧气）；
电极材料—一般不参加反应，传导电子；
负极—燃料（H2、CO、CH4、C2H6、C2H5OH等）。
燃料电池与前几种电池的差别：
1.氧化剂与还原剂在工作时不断补充；
2.反应产物不断排出；
3.能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。
用途：宇宙飞船，应用前景广阔。
（2）燃料电池的电极反应式和总反应式的书写
1.明确燃料电池的正、负极均为惰性电极，一般具有很强的催化活性，
但不参与反应。
2.正极反应式的书写。正极发生还原反应，通入的气体一般是氧气，氧气得到电子首先变为O2－，即O2+4e－=2O2－，根据电解质的不同，其正极反应式的书写分以下几种情况:
a.碱性溶液：O2+4e-+2H2O=4OH-
b.酸性溶液：O2+4e-+4H+=2H2O
c.能传导O2-的固体介质：O2+4e-=2O2－
d.熔融碳酸盐介质：O2+4e-+2CO2=2CO32－
思考与提升
分别写出甲烷燃料电池在酸性和碱性介质中的电极反应和总反应方程式。
结论：
（1）酸性介质
正极：2O2+8H++8e-＝4H2O；负极：CH4+2H2O-8e－=CO2+8H+
总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O
（2）碱性介质
正极：2O2+4H2O+8e-＝8OH-；负极：CH4+10OH－-8e－=CO32－+7H2O
总反应：CH4+2O2+2OH－=CO32－+3H2O
介绍：建好污染，节约资源
电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节纽扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。
【课堂总结】我们的收获
1.学习化学电源的发展历程
一次电池 二次电池 燃料电池 “未来”电池
2.强化了“变化与守恒思想”
质量守恒、能量守恒、电荷守恒等
3.感知了绿色环保理念
保护生态环境，合理处理各类化学电源
【课后任务】
查阅资料，了解氢氧燃料电池、生物燃料电池等的特点及应用前景，并撰写微型研究报告。
课后作业：配套作业+实践性作业。