《化學能與電能》教學設計

三維目標：

①透過實驗探究初步認識一些常見的化學電源。

知識與技能：

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。

③初步瞭解化學電源在生產和生活中的應用。

過程與方法：

①學會運用觀察、實驗、查閱資料等多種方法獲取資訊。

②透過對幾種新型實用電池的認識，提高自主學習化學的能力。

情感、態度

①將電池的知識應用於生產實際，使學生體會學以致用。

與價值觀

②透過瞭解電池對社會的貢獻，逐步形成可持續發展的思路。

教學重點：

各種電池的區別及優缺點

教學難點：

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：

分析比較法

教學準備：

多媒體課件、實驗用品

教學過程：

第二課時

【複習】

請同學們利用銅和硝酸銀的反應設計一個原電池，指出正負極，寫出電極反應。

[引言] 乾電池是我們常用的電池，乾電池大家非常熟悉，其實幹電池是化學電源的一種，化學電源就是利用原電池原理製造的具有實際應用價值的'各種電池。它的內部構造大家清楚嗎？它的放電原理是什麼？下面讓我們具體來了解化學電源。

化學電源就是利用原電池原理製造的具有實際應用價值的各種電池，簡稱電池。

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）。

[觀察]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。

【圖片和實物展示】

①乾電池的構造：石墨棒、MnO2糊、NH4Cl糊、鋅筒。

②電極反應：

正極：2NH4++ 2e- = 2NH3+H2 負極：Zn － 2e- → Zn2+

總反應：Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2

2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2

③優缺點：

優點：體積小，攜帶方便。

缺點：一次性電池，放電之後不能充電。鋅皮被腐蝕而穿導致電解液外溢。廢舊電池污染環境。

④改進：外殼套上金屬筒或塑料筒的方法改成了防漏電池；將糊狀NH4Cl換成溼的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。

[思考與交流] 乾電池即使不使用，過一段時間也會失效，在購買、儲存和使用乾電池方面你有何經驗和建議？

提示：購買後及時使用；電器暫時不用時，將電池及時取出；新舊電池不要混合使用；舊電池要集中處理等等。

[過渡]乾電池雖然有體積小，攜帶方便等優點，但是一次性電池，放電之後不能充電，易造成污染。所以，可充電電池是一種實用價值更高的電池，現在廣泛的應用於各種電器中。

【問題】

請同學們舉例說明，哪些電器中使用了可充電電池。汽車用的電瓶是一種什麼樣的化學電源？

2、充電電池

充電電池又稱爲二次電池，它在放電時進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行（利用直流電進行充電），使電池恢復到放電前的狀態。這樣可以實現：化學能轉換爲電能（放電）、再由電能轉變爲化學能（充電）的循環。

（1）鉛蓄電池

①結構：

[展示] 鉛蓄電池（簡稱蓄電池）：

②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

③優缺點

優點：可以循環使用，更加經濟實用。

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

應用：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。

（2）鎳鎘電池

由於現代社會對耗電量高的便攜式電器需求很大，所以化學家研製了新型的封閉式體積小的充電電池——鎳鎘電池。

①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

②優缺點：

優點：體積小攜帶方便，可鎳鎘電池以反覆充電500次以上。

缺點：鎘是致癌物質，廢棄的鎳鎘電池如不回收，會嚴重污染環境，這制約了鎳鎘電池的發展。鎳氫電池的面世初步解決了這個問題。

應用：廣泛用於收錄機、無線對講機、電子閃光燈、電動剃鬚刀等。

（3）鋰離子電池

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）。

優點：重量小，綠色環保。

缺點：能量儲存少，使用時間短。

應用：筆記本電腦、移動電話、數碼照相機、攝像機等等。

【思考與交流】

課本43頁

【過渡】

燃料燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，透過燃燒釋放的熱能再轉化爲電能（如火力發電），其能量轉化率不高。我們來學習一種新型電池—燃料電池。

3、燃料電池

【分析】

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爲電能的一種高效、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%）。

①燃料電池組成：

燃料：氫氣、甲烷（天然氣）、甲醇、乙醇、汽油等。

氧化劑：氧氣、空氣等。

電極：石墨

電解質：硫酸或KOH溶液

【思考與交流】

從組成上看，燃料電池與普通乾電池和可充電電池有何不同？

燃料電池與普通乾電池和可充電電池比較：普通乾電池和可充電電池反應物儲存於電池內部，燃料電池反應物不是儲存於電池內部，由外部設備提供。電池裝置只是反應器。

②電極反應：以氫氧燃料電池爲例：

電解質：H2SO4

負極：2H2－4e- ＝4H+； 正極：O2＋ 4H+＋4e-＝ 2H2O

總反應：2H2＋O2＝2H2O

電解質：KOH

正極：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-；負極：2H2 + 4OH- － 4e- → 4H2O

總反應：2H2 + O2 == 2H2O

③優點：燃料可以從外部源源不斷的輸入，能量利用率高，減少廢電池的污染，電池反應產物對環境沒有污染。

〖過渡〗其實最好最清潔、最經濟、最實用的能源是太陽，我們可以探究以下太陽能的利用。

〖板書設計〗

二、發展中的化學電源

1、乾電池（鋅錳電池）

2、充電電池：（1）鉛蓄電池 （2）鎳鎘電池 （3）鋰離子電池

3、燃料電池