网络教研-原电池化学电源.ppt

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1、原电池.化学电源,（人教版）化学选修四 第四章第一 二节,淄博一中 赵娟,课程标准：1、了解原电池的工作原理，2、能写出电极反应和电池反应方程式。3、了解常见化学电源的种类及其工作原理。,考试说明：了解原电池的工作原理，了解常见化学电源的种类及其工作原理。,2013）（4）为处理银器表面的黑斑（Ag2S），将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，食盐水的作用为,2012）（5）利用反应2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为。,2011）29.科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。（2）右图为钠硫高能电池

2、的结构示意图，该电池的工作温度为320C左右，电池反应为2Na+xS=Na2Sx,正极的电极反应式为。M（由Na2O和AI2O3制得）的两个作用是。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍。,2012）C.图c接通开关时Zn上放出气体的速率增大D.图d中Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的,铅蓄电池的负极反应式要记住！锌锰干电池的负极反应式、燃料电池的电极反应式也要记住！,原电池工作原理-会拆分氧化还原反应！会选择电极材料和电解质溶液设计原电池,原电池的工作原理构成条件,2007年 29铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可

3、用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应，负极反应。2008年 以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为；放电时，CO32-移向电池的（填“正”或“负”）极。2009年 29.（12分）Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。（1）该电池的负极材料是。电池工作时，电子流向（填“正极”或“负极”）。,原电池工作原理-会拆分氧化还原反应！选

4、择电极材料电解质设计原电池,原电池工作原理-会判断正负极、会书写电极反应式 会判断离子和电子移动方向,其他省市以新型化学电源为载体考查a电极反应式的书写、正误判断，b电子、离子的移动方向考查设计原电池装置等知识,研究化学反应与电能的关系。以必修二第二章第二节“化学能与电能”为基础，进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对闭合电路形成过程的分析，引出拆分氧化还原反应、盐桥、内电路和外电路等知识；借助氧化还原反应理论和金属活动性顺序以及物理学中的电学知识对有关问题做定性的介绍和分析。,1.提升 盐桥体现了氧化还原反应发生位置的变化，要使学生体会原电池反应的实质,2.控制理论深度对原电池中正负极判断

5、设计原电池是对正负极材料和电解质溶液的选择以及电极产物的判断只做做定性的介绍和分析；,原电池：概念教学为主,已经学习了锌铜稀硫酸组成的简单原电池，初步了解了原电池原理。,化学电源：技能训练为主,学生在必修2中对化学电源的原理和应用有了初步的了解。,1.提升 盐桥不仅是普通的技术改进，更是对旧有的思维模式的质的突破,2.控制理论深度对原电池中正、负极判断，设计原电池，以及对正负极材料和电解质溶液的选择和电极产物的判断只做定性的介绍和分析；,知识与技能目标,过程与方法目标,学习目标,通过有趣的实验和科学探究过程活动，增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习研究化学的志向。,“重在应用”,“贵在理解”,

6、情感态度价值观目标,1)进一步了解原电池的工作原理2)能写出电极反应和电池反应方程式。3)锌锰干电池的负极反应式；铅蓄电池和燃料电池的电极反应式,(1)学案导学：通过前置作业和每课一题等环节，借助问题组，循序渐进形成学生的原电池思维模型；(2)实验探究：引导学生通过对现象的观察分析发现能量转化过程中存在的矛盾，设计实验解决矛盾，理解现有的解决矛盾的方法；(3)小组合作:便于学生通过分析归纳得出科学结论；,(1)演示实验突破难点激发质疑；(2)用图表设计启发学生对比、引导、分析便于归纳；(3)多媒体白板的使用：借助动画模拟，帮助学生从宏观的现象向微观的实质分析的迁移；,一：前置作业(理论储备),

7、五：整合提升,完善原电池模型,二：每课一题（概念模型),三：温故知新,加深原电池模型认识,四：应用模型,设计原电池,六：课堂小结，巩固反思评价,前置作业归纳,1、该装置叫_作用是_（1）实验现象：电流表指针；锌片；铜片；（2）工作原理：负极，发生 反应，电极反应式为；正极，发生 反应，电极反应式为；电子：从 流出，经导线流向；电流：从 流向；溶液中阳离子向 移动，阴离子向 移动。（3）以上原电池装置的内电路和外电路是怎样形成电流的？实现了怎样的能量转化？,2、在理论上可用于设计原电池的化学反应是A、BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2 B、2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+

8、H2 C、2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H23、氧化还原反应中，还原剂发生_电子的反应,氧化剂发生_电子的反应,还原剂所_电子总数与氧化剂所_电子总数_。,问题3 复习氧化还原反应理论，体会原电池装置中微粒观和守恒观,问题1：复习原电池思维模型,负极,正极,异性电荷相吸,问题2结论：理论上自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。,下列关于原电池的叙述正确的是（）A.构成原电池的正负极必须是两种不同的金属 B.原电池是将化学能转变成电能的装置 C.原电池中的电子流出的一级是负极，该极被还原D.原电池放电时，电流的方向是从负极到正极,每课一题,设计意图：准备好盐桥的理论依据；提升对

9、电极材料与电解质溶液的认识。,两个电极与溶液都参与反应,两个电极与溶液都不参与反应,环节一：原电池的构成条件及工作原理问题1（1）原电池的构成满足哪些条件？（2）下列装置能否产生电流？,两极 一液一导线,1、6,原电池本质：使氧化反应和还原反应分别在两个不同区域进行，并使其间的电子转移形成电流，将化学能转化成电能。以反应2为例重点分析,一前提,CuSO4溶液,(2)图实验装置反应一段时间以后，Zn片上会出现金属铜,电流计指针偏转减小，思考：锌片的电子为何转移到铜片？以上现象产生的原因？怎样克服锌片上产生铜？,实验探究 问题2:(1)用分组实验器材，设计实验装置，思考氧化和还原反应的发生位置分别

10、在哪里？能量变化情况？,不能得到持续稳定的电流原因,(3)如何得到持续稳定的电流？,溶液中电荷分布不均匀,Cu2+直接在锌片表面反应,将负极材料和电解质溶液分开,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,？,问题3：（1）观察实验，分析如图所示的原电池。,将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花堵住管口即可,锌片溶解,铜片增重,盐桥制法：将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。,Zn+Cu2+=Cu+Zn2+,Cu2+2e-=Cu,氧化反应,失去,得到,还原反应,Zn 2e-=Zn2+,（1）观察实验（2）填写表格,问题4（1

11、）外电路上电子是如何流动的？（2）盐桥中的离子如何移动？（3)溶液中的离子是如何流动的？用箭头表示出上述原电池中电子流动方向和溶液中离子移动方向。（4）能量的转化形式如何？,环节一：原电池的构成条件及工作原理,设计意图：1、通过实验探究和理论分析进一步认识溶液中的原电池反应的实质。2、在问题组的引导下，结合氧化还原理论完善原电池的模型：,对学生的认识提升 就是自发的氧化还原反应从发生在同一位置发生在不同位置发生在不同溶液;这一转变不仅是技术的改变更是能量利用效率的提高过程,归纳一：4.原电池的形成条件和带电微粒的移动情况,正负电极导线、电解质溶液,正负电极导线、盐桥 电解质溶液,正负极一般活性

12、不同,一种电解质溶液与负极不反应(一般含负极金属离子)，一种电解质溶液与负极发生自发的氧化还原反应。,电解质溶液与负极发生自发的氧化还原反应。,正负极一般活性不同,负极插入不反应的电解质溶液中；正极插入与负极反应的电解质溶液中；两极用导线连接；两电解质溶液用盐桥连接。,两极用导线连接插入电解质溶液,设计意图：概括归理原电池的构成条件及工作原理,问题5:(1)将以下两个反应设计成的原电池画出装置图Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag（不带盐桥）2FeCl3+Fe=3FeCl2（带盐桥）,环节二：应用原电池思维模型 设计原电池,设计意图：两反应的特点是氧化还原产物不同，难度有层次，设计有差

13、别,Cu+2Ag+=Cu2+2Ag,Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag,氧化反应,2Ag+2e-=2Ag,Cu-2e-=Cu2+,还原反应,负极材料：Cu,正极材料：石墨/Ag,电解质溶液：AgNO3溶液,原电池设计步骤,将反应拆成两个半反应,根据氧化反应找负极；,根据还原反应找电解质溶液,2Fe3+Fe=3Fe2+,2FeCl3+Fe=3FeCl2（带盐桥）,氧化反应,2Fe3+2e-=3Fe2+,Fe-2e-=Fe2+,还原反应,负极材料：Fe,正极材料：石墨/Ag,电解质溶液：FeCl3溶液,原电池设计步骤,FeCl3溶液,Fe,FeCl2,石墨,将反应拆成两个半反应,根据氧化

14、反应找负极；,根据还原反应找电解质溶液,问题6:（2）用箭头表示出上述原电池中电子流动方向和溶液中离子移动方向（3）写出两个原电池中各电极上的反应式,e-,Fe-2e-=Fe2+,2Fe3+2e-=2Fe2+,Ag+,2Ag+2e-=2Ag,NO3-,Cu-2e-=Cu2+,阴离子,阳离子,环节二：应用原电池思维模型 设计原电池,设计意图：应用原电池思维模型，分析微观粒子的移动情况，通过对比加深对原电池装置的认识。“思路跟着电子走 异性相吸”,环节三：电极的判断及电极反应式的书写,问题8：两极材料相对活泼的金属一定做负极吗？判断以下反应的正负极材料？电极反应式书写？总反应方程式书写？,Al,C

15、u,Al+4OH-3e-=Al O2+2H2O,2H2O+2 e-=H2+2OH,Mg,2Al+2OH+2H2O=2Al O2+3H2,Cu+4H+2NO3=2NO2+Cu 2+2H2O,Cu 2e-=Cu 2+,2H+NO3+e-=NO2+H2O,Al,设计意图：两极材料相对活泼的金属不一定做负极！正负极的判断应以实质发生的氧化还原反应为依据！,(4)看内电路离子流向,阳离子向_极移动,阴离子向_极移动.,(5)看现象,如:产生气泡或质量增加的是_极,质量减少的是_极.,正,负,环节三：电极的判断及电极反应式的书写,【练习】利用反应2Cu+O2+2H2SO4=2 CuSO4+2H2O可以制备

16、CuSO4，将该反应设计为原电池，画出装置图，并写出电极反应式,环节二：应用原电池思维模型 设计原电池,设计意图：综合应用，体会实际应用中电极材料和电解质溶液的选择,思维过渡问题7：原电池的电极材料一定都是金属吗？电极反应的反应物一定来源于电极材料和电解质溶液吗？设计意图：综合应用，体会实际应用中电极材料和电解质溶液的选择,O2,1、铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式。（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式注明外电路中电子的流向。正极反应 负

17、极反应。,2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+,2Fe3+2e-=2Fe2+,Cu-2e-=Cu2+,负极,正极,e-,2007年山东省高考,应用练习,原电池,工作原理,构成条件,设计,应用,外电路,内电路,电极,两极,一液,一导线,一前提,选电极,选电解质,闭合回路,加快反应速率,判断金属活泼性,化学电源,负极正极,氧化剂还原反应电解液,氧化反应,正极负极,氧化反应,还原反应,负极,正极,负极,还原剂,知识线索,教学设计线索,感性,理性,迁移,建模,用模,提升,形成科学的思维,用科学方法学习科学知识。,思想线索,形形色色的电池,笔记本电脑专用电池,碱性电池,铅蓄电池,汽车燃料电池,普通干电池,

18、纽扣电池,第二节 化学电源,教学建议：,1.原则:锌锰干电池和新型电池：一般以负极反应式书写为主，用减法；燃料电池：以正极反应方程式书写为主(考虑介质和三种守恒思想的应用)；可以用减法，也可以直接写出负极反应式(根据实际情况)。,2.教师的点拨作用体现：层次突出 重点点拨,对高二学生来说，化学电源的电极反应式的书写属于新内容，是个重点和难点,一：前置作业(理论储备),五：燃料电池电极反应式书写,二：动画-原电池原理分析(迁移到化学电源),三：一次电池中电极产物的判断,四：二次电池充放电过程的产物判断,六：课堂小结，巩固反思评价,前置作业,1、你知道哪些电池，它们有哪些应用？2、生活中实用电池与

19、其他能源、原电池相比较有哪些优点？3、你如何评判一块电池的优劣？4、你能根据电池特点将其分类吗？,设计意图：复习必修二中干电池 充电电池 燃料电池的特点。,一次电池,二次电池,燃料电池,明确：正负极反应物，不一定是正负极材料,碱性锌-锰干电池,负极：,正极：,电池反应：,电解质：,KOH,Zn,MnO2,Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,思考该电池的正负极材料和电解质,一.干电池(一次电池),0+4+3+2,放电过程负极：Pb+SO42-2e-=PbSO4（氧化反应）正极：PbO

20、2+4H+SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O（还原反应）放电过程总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,铅蓄电池的放、充电过程：,充电过程 阴极(接电源负极)：PbSO4+2e-=Pb+SO42-（还原反应）阳极(接电源正极)：2PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+SO42-（氧化反应）充电过程总反应：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4,环节二 二次电池,二次可充电电池特点：生成物附着在电极表面；充电过程是电子复原的过程：负接负 正接正,使用氢氧燃料电池动力 的法国产标致TAXI,同济大学研制的燃料电池汽车超越3号,我国自主研发的燃料电

21、池车,神舟六号燃料电池发电系统,写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，即O2-2e-=2O2-随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同,注意燃料电池,O24H4e=2H2O,O22H2O4e=4OH,O24e=2O2,O22CO24e=2CO32-,记住！,在理解的基础上,环节三 燃料电池,(1)酸性电解质溶液环境下：(2)碱(中)性电解质溶液环境下(3）熔融氧化物(高温下能传导O2)环境下(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下,熔融碳酸盐介质条件下，电极反应式的书写是个难点。,归纳1.碱性溶液反应物、生成物中均无H2.酸性溶液反应物、生成物中均

22、无OH-3.中性溶液反应物中无H 和OH；4.水溶液中不能出现O2,CO-2e-=CO2,+CO32-,得失电子守恒电荷守恒原子守恒,2,O22CO24e=2CO32-,介质,负极,正极,环节三 燃料电池,二、甲烷燃料电池甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH42OH-2O2CO32-3H2O。负极发生的反应：正极发生的反应有：O24e2O2 和O2H2O2OH 所以：正极的电极反应式为：O22H2O4e4OH,方法一CH4+OH-=CO32-+H2O,10,7,8e-,方法二 减法,环节三 燃料电池,三、甲醇燃料电池甲

23、醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质：1 碱性电解质（KOH溶液为例）总反应式：2CH4O3O2 4OH-2CO32-6H2O正极：3O212e6H2O12OH 负极：CH4O 6e8OHCO32 6H2O 2.酸性电解质（H2SO4溶液为例）总反应：2CH4O3O22CO24H2O正极：3O212e12H6H2O 负极：2CH4O12e2H2O12H 2CO2说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同,环节三 燃料电池,四、铝空气海水电池：我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白

24、光。电源负极材料为：铝；电源正极材料为：石墨、铂网等能导电的惰性材料。负极反应式为：4Al12e4Al3；正极应式为：3O26H2O12e12OH总反应式为：4Al3O26H2O4Al(OH)3,介绍的目的：体会电解质为中性和强碱性溶液条件下，电极方程式的书写。,环节三 燃料电池,1、金属氢化物镍电池2、锂离子蓄电池3、可充电碱锰电池4、太阳能电池,环节四 其他新型电池,2.锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：；正极：。,8Li-8e-=8Li+,3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S,1.纽扣电池:Ag2O（S）+Zn（S）

25、=2Ag（l）+ZnO（S）负极_,正极_,环节四 其他新型电池,1、银-锌蓄电池,负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2,正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-,练习：,NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+Cd(OH)2,2、镉镍电池,负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2,正极：NiO2+2e-+2H2O=Ni(OH)2+2OH-,Zn2+,Cd2+,环节四 其他新型电池,1、电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献，下列有关电池的叙述不正确的是()A手机上用的锂离子电池属于二次电池 B甲醇燃料电池中甲醇参与正极反应 C碱性锌锰电池中，锌电极是负极 D太阳能电池的主要材料是高纯度的硅,B,环节四 其他新型电池,2、关于铅蓄电池放电时的说法正确的（）A电池的负极材料是铅板 B正极发生的反应是 Pb+SO42-2e-=PbSO4 C电池中硫酸的浓度不发生变化 D负极质量减少、正极质量增加,A,环节四 其他新型电池,3、氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。关于以KOH为电解质的氢氧燃料电池叙述错误的是（）A、氢氧燃料电池直接把热能转化为电能 B、电子从负极出发，沿导线流向正极 C、负极反应式为H2+2OH-2e-=2H2O D、电解质 KOH的物质的量不发生变化,A,环节四 其他新型电池,