1、化学能与电能化学能与电能 第 2 课时 【教学目标】 1、通过实验探究初步认识一些常见的化学电源，进一步学习电极反应式的书写。 2、能从能量转化、装置、电极反应等方面区别充电和放电反应，进一步体验科学探究的 过程，掌握基本的研究方法，提高分析问题、解决问题的能力。 3、初步了解化学电源在生产和生活中的应用，感受化学在促进社会发展、提高人们生活 质量中的重要作用。 【教学重点、难点】 能量转化、装置、电极反应等方面区别充电和放电反应。 【教学方法】实物展示和探究相结合 【教学过程】 引入 1 号和 5 号干电池大家熟悉吗？它的内部构造大家清楚吗？它的放电原理是什么？ 观察 1 号和 5 号干电池
2、的外型，说出在日常生活中的用途。 了解干电池的内部结构 干电池的构造：石墨棒、MnO2糊、NH4Cl 糊、锌筒。 板书 二、发展中的化学电源二、发展中的化学电源 1 1、干电池、干电池 最早使用的，大家熟悉的干电池锌锰电池。它是一种一次性电池， 放电后不能充电（内部的氧化还原反应是不可逆的） 。 电池反应电池反应：正极：MnO2 + H2O +2e - MnO(OH) + OH- 负极：Zn 2e - Zn2+ Zn + 2NH4Cl 2e - Zn(NH 3)2Cl2 + H + 总反应：Zn + MnO2 + 2NH4Cl MnO(OH) + Zn(NH3)2Cl2 缺点：缺点：锌皮被腐蚀
3、而穿导致电解液外溢。生活中的 1 号或 5 号电池。 改进：改进：外壳套上金属筒或塑料筒的方法改成了防漏电池；将糊状 NH4Cl 换成湿的 KOH，并在构 造上作了改进，制成了碱性锌锰电池，延长了电池的使用寿命。广泛用于卡式录音机、闪光 灯、电动玩具、袖珍电视机等。 思考与交流 在购买、保存和使用干电池方面你有何经验和建议？ 问题 汽车用的电瓶是一种什么样的化学电源？ 板书 2 2、充电电池、充电电池 展示 铅蓄电池（简称蓄电池） 充电电池又称为二次电池，它在放电时进行的氧化还原反应，在 充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转化为直流电进行充 电） ，使电池恢复到放电前的状态。这样可以实
4、现：化学能转换为电 能（放电） 、再由电能转变为化学能（充电）的循环。 缺点：由于电池制造工艺等方面存在不足，实际上冲放电电池的冲放 电次数仍有限制，且使用是否得当，对电池的工作状态及寿命影响很 大。最早使用的充电电池是铅蓄电池。目前，汽车上使用的电瓶大多 仍是铅蓄电池。 电池反应（放电） ：电池反应（放电） ：正极：PbO2 + 4H + + SO 4 2- + 2e- PbSO 4 + 2H2O 负极：Pb + SO4 2- - 2e- PbSO 4 总反应：PbO2 + 4H + + SO 4 2- + Pb = 2PbSO 4 + 2H2O 思考与回答 铅蓄电池充电时，其反应原理正好放
5、电时相反，原来的负极（阳极）反应为 原来的正极（阴极）反应为 。你能它们的电极反应？ 改进：改进：新型的封闭式体积小的充电电池镊镉电池。可以反复充电 500 次以上，广泛用于 收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。 电池反应（放电）电池反应（放电） ：正极：2NiO(OH) + 2H2O + 2e - 2Ni(OH) 2 + 2OH - 负极：Cd + OH - - 2e- Cd(OH) 2 总反应：Cd + 2NiOOH + 2H2O = Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2 缺点：缺点：镉是致癌物质，废弃的镊镉电池如不回收，会严重污染环境，这制约了镊镉电池的发 展。镊氢电池的面世初
6、步解决了这个问题。 目前，手机常见电池类别有：Ni-MH（镍氢电池） 、Li-ion（锂电池） 、LiB（液体锂离子电池） 、 LiP（聚合物锂离子电池） 3 3、燃料电池、燃料电池 燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，通 过燃烧释放的热能再转化为电能（如火力 发电） ，其能量转化率不高。燃料电池就 是利用原电池的工作原理将燃料和氧化 剂（如 O2）反应所放出的化学能直接转化 为电能的一种高效、对环境友好的装置。 燃料电池的能量转化率理论上可以高达 85%90% （ 现 在 实 际 利 用 率 已 达 到 40%60%） 。 燃料电池：燃料电池：燃料：氢气、甲烷（天然气） 、 甲醇、乙醇、汽油等
7、。 氧化剂：氧化剂：氧气、空气等。 优点：燃料可以从外部源源不断的输入， 减少废电池的污染，电池反应产物对环境没有污染。 以氢氧燃料电池为例： 正极：正极：O2 + 2H2O + 4e - 4OH- 负极：负极：2H2 + 4OH - 4e- 4H 2O 总反应：总反应：2H2 + O2 = 2H2O 科学视野科学视野 我国首辆燃料电池混合动力轿车“超越一号”，2003 年 8 月 7 日在同济大学校园奔驰， 接受国家科技部的验收。 “超越一号”的最高时速每小时公里， 可连续行驶公里。 在燃料电池汽车领 或，“超越一号”大大缩短了我国与世界先进水平的差距。 楚天一号燃料电池电动汽车： 由东风汽
8、车公司和武汉理工大学合作联合研发的东风燃料电 池电动汽车“楚天一号”通过专家组验收。这是继上海研制的“超越号”之后，我国研发成 功的第二台燃料电池轿车型样车。最高时速为 103 公里。 美国 AB1 公司预测，2011 年，全球燃料电动汽车的产量将达 240 万辆，约占全球汽车总 产量 3.4%。2010 年将是燃料电池电动汽车的决战年，而真正成气候，可能是在 2020 年，这 种预测，国内外汽车界人士多是应同的。 笔记本笔记本电脑用小型燃料电池电脑用小型燃料电池 日本东芝公司 03.3.5 日宣布成功地开发出了支持笔记本电脑的小型燃料电池。东芝公司 称，这在世界上首次将燃料电池直接与电脑连接
9、。新型燃料电池采用甲醇作为燃料，与采用 锂电池的东芝公司自己生产的笔记本电脑相比，50CC 的甲醇可以连续使用 5 小时，超过锂电 池两倍以上。 燃料电池的另一个好处时只需填充燃料，而不必像锂电池那样再次充电。 太阳能利用太阳能利用 太阳能的优点： （1）寿命无限； （2）供能巨大（几万倍） ； （3）洁净无公害； （4）随处可取； 太阳能利用种类 光解水制氢； 太阳能电池； 太阳能集热器; 光合作用模拟； 高张力化合物畜积太阳能, 太 阳能汽车等。太阳能电池光电转换率： 单晶硅型 20% ， 多晶硅型 17% 欧洲联盟国家计划在年太阳能光电转换的电力占所有总电力的 1.5， 美国启动 了“百
10、万屋顶”计划。 总结、板书计划 二、发展中的化学电源二、发展中的化学电源 1 1、干电池、干电池（锌锰电池锌锰电池） 电池反应：正极：电池反应：正极：MnOMnO2 2 + H+ H2 2O +2eO +2e - - MnO MnO( (OHOH) ) + OH+ OH - - 负极：负极：Zn Zn 2e2e - - Zn Zn 2+2+ Zn + 2Zn + 2NHNH4 4Cl Cl 2e2e - - Zn(NH Zn(NH3 3) )2 2ClCl2 2 + H+ H + + 总反应总反应：Zn Zn + + MnOMnO2 2 + 2NH+ 2NH4 4Cl MnOCl MnO( (
11、OHOH) ) + Zn(NH+ Zn(NH3 3) )2 2ClCl2 2 2 2、充电电池、充电电池（铅蓄电池铅蓄电池） 电池反应（放电） ：正极：电池反应（放电） ：正极：PbOPbO2 2 + 4H+ 4H + + + SO + SO4 4 2 2- - + 2e + 2e - - PbSO PbSO4 4 + 2H+ 2H2 2O O 负极：负极：Pb + SOPb + SO4 4 2 2- - - - 2e 2e - - PbSOPbSO4 4 总反应：总反应：PbOPbO2 2 + 4H+ 4H + + + SO + SO4 4 2 2- - + + PbPb = 2= 2PbS
12、OPbSO4 4 + 2H+ 2H2 2O O 镊镉电池镊镉电池 电池反应（放电） ：正极：电池反应（放电） ：正极：2 2NiO(OH) NiO(OH) + + 2H2H2 2O O + 2e+ 2e - - 2Ni(OH)2Ni(OH)2 2 + 2O+ 2OH H - - 负极：负极：Cd + OHCd + OH - - - - 2e 2e - - Cd(OH)Cd(OH)2 2 总反应：总反应：Cd + 2NiOOH Cd + 2NiOOH + + 2H2H2 2O = Cd(OH)O = Cd(OH)2 2 + 2Ni(OH)+ 2Ni(OH)2 2 3 3、燃料电池、燃料电池 燃料
13、：氢气、甲烷（天然气） 、甲醇、乙醇、汽油等。燃料：氢气、甲烷（天然气） 、甲醇、乙醇、汽油等。 氧化剂：氧气、空气等。氧化剂：氧气、空气等。 优点：燃料可以从外部源源不断的输入，减少废电池的污染，电池反应产物对环境没有污染。优点：燃料可以从外部源源不断的输入，减少废电池的污染，电池反应产物对环境没有污染。 以氢氧燃料电池为例：以氢氧燃料电池为例： 正极：正极：O O2 2 + 2H+ 2H2 2O + 4eO + 4e - - 4OH 4OH - - 负极：负极：2H2H2 2 + 4OH+ 4OH - - 4e4e - - 4H 4H2 2O O 总反应：总反应：2H2H2 2 + O+
14、O2 2 = 2H= 2H2 2O O 太阳能利用太阳能利用 课堂练习 1随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其 首要原因是 A利用电池外壳的金属材料 B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D回收其中石墨电极 2废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的 危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是 A把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气 B碳棒取下洗净用作电极 C把铜帽取下洗净回收利用 D电池内部填有氯化铵等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用 3、下列变化中属于
15、原电池的是 A.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B.白铁(镀锌)表面有划损时,也能阻止铁被氧化 C.红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色保护层 D.铁与稀硫酸反应时,加入少量硫酸铜溶液时,可使反应加速 4、实验室中欲制氢气,最好的方法是 A.纯锌与稀硫酸反应 B.纯锌与浓硫酸反应 C.纯锌与稀盐酸反应 D.粗锌(含铅、铜杂质)与稀硫酸反应 5、铁制品上的铆钉应该选用下列哪些材料制成 A.铝铆钉 B.铜铆钉 C.锌铆钉 D.锡铆钉 6、由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH 怎样变化 A不变 B.先变小后变大 C.逐渐变大 D.逐渐变小 7、对铜-锌-稀硫酸构成的原电池中,当导
16、线中有 1mol 电子通过时,理论上的两极变化是 锌片溶解了 32.5g锌片增重了 32.5g铜片上析出 1g H2铜片上析出 1molH2 A. B. C. D. 10、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛使用，锌-锰碱性电池以氢 氧化钾溶液为电解液，电池总反应为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s) 下列说法错误的是 A电池工作时，锌失去电子 B电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq) C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D外电路中每通过 0.2mol 电子，锌的质量理
17、论上减小 6.5g 11、微型锂电池可作植入某些心脏病人体内的心脏起博器所用的电源，这种电池中的电 解质是固体电解质 LiI，其中的导电离子是 I -.下列有关说法正确的是 A正极反应：2Li - 2e - = 2Li B负极反应：I 2 + 2e - = 2I- C总反应是：2Li + I2 = 2LiI D金属锂作正极 13、锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为： Zn + 2MnO2 + 2NH4 = Zn2 + Mn 2O3 + 2NH3 + H2O 在此电池放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是 A. Zn B. 碳棒 C. MnO2 和 NH4 D. Zn2 和 NH 4 14、氢氧燃料电池用于航天飞船，电极反应产生的水，经过冷凝后可用作航天员的饮用 水，其电极反应如下：负极：2H2 + 4OH - - 4e- = 4H 2O 正极：O2 + 2H2O + 4e - = 4OH，当 得到 1.8L 饮用水时，电池内转移的电子数约为 A.1.8mol B.3.6mol C.100mol D.200mol 17、请设计一个原电池,其总反应为:Zn + 2FeCl3 ZnCl2 + 2FeCl2。 18有 A、B 两种金属分别与盐酸反应，产生氢气的速率相近。怎样设计一个实验证明 A、 B 两种金属的活动性？（画出实验装置图） 【教学反思】
