高中化学教学设计化学电源

　　化学电源
　　本节内容主要介绍了三类生活中常见的化学电源一次电池（锌锰干电池）、二次电池（铅蓄电池）、燃料电池（氢氧燃料电池）。目的在于使学生在学习了原电池原理后，能够利用原电池原理从微观上对生活中的化学电池及其变化进行分类表征，能运用相关的化学用语说明各类电池的有关变化。通过对燃料电池装置的设计和原理探究，培养学生科学探究能力与创新意识。
　　宏观辨识与微观探析
　　能从宏观与微观结合的视角对电池及其变化进行分类和表征。能运用相关的化学用语说明各类电池的有关变化，能分析电池中的物质变化和伴随发生的能量转化与电池结构之间的关系。
　　科学探究与创新意识
　　根据实验方案，独立完成氢氧燃料电池的实验，收集实验证据，能用数据、图标、符号等处理实验信息，基于现象进行分析并得出结论，交流自己的探究成果。
　　科学态度与社会责任
　　了解化学电源的广泛应用及废旧电池对环境的危害，在实践中逐步形成保护环境的观念。
　　1.锌锰干电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理
　　2.氢氧燃料电池不同条件下的电极反应式
　　制作氢氧燃料电池所需的试剂和仪器
　　【知识回顾】回顾原电池工作原理，完成学案＂知识回顾＂部分。
　　原电池是将 能转化为 能的装置，其原理是将 和 进行，还原剂在 极上 电子发生 反应，电子流 通过导线流向 极，氧化剂在 极上 电子发生 反应。在原电池中，正极上得电子数和负极上失电子的数目 。
　　【投影】生活中的化学化学电源
　　【引入】化学电源是将化学能转化为电能的实用装置，常见的化学电源可分为一次电池、可充电电池和燃料电池。一次电池只能放电不能充电，可充电电池可以反复充放电又称为二次电池。一次电池中的锌锰干电池和氢氧燃料电池，二次电池中的铅蓄电池是用途广泛的电池。
　　【板书】二.化学电源
　　【投影】化学电源的分类
　　【自主学习】阅读教材P15相关内容，了解锌锰干电池的工作原理，完成学案有关问题。记忆有关电极反应式。
　　【板书】1.锌锰干电池
　　【默写】酸性和碱性锌锰干电池的电极反应式
　　【投影总结】
　　【自主学习】阅读教材P16相关内容，了解锌锰干电池的工作原理，完成学案有关问题，记忆电极反应式和电池反应。
　　【板书】2.铅蓄电池
　　【投影总结】
　　【讲述】除铅蓄电池外，目前市场上还有镍铬电池、镍氢电池、银锌电池、锂离子电池等充电电池。
　　【投影】
　　【引入】燃料电池是一类特殊的电池，其特点是电池的正、负极反应物分别为氧化剂和燃料气体。且两种反应物能不断的输入电池的两极，燃料在负极发生氧化反应，氧化剂在正极发生还原反应，电池反应相当于燃烧反应。将化学能转化为电能，且能量转化率较高。
　　【投影】
　　【板书】3.燃料电池
　　【思考】利用课本＂活动探究＂所给试剂和仪器设计装置并进行实验，通过装置将反应H2+O2=2H2O产生的化学能转化为电能.思考一下问题
　　（1）设计电池的基本思路是什么？
　　（2）氢氧燃料电池中，正负极反应物是什么？如何获得这些反应物？
　　（3）哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？
　　【讲述】设计电池的一般思路为＂分析电池反应化合价变化→确定电极反应物→确定电极材料→确定离子导体＂。氢氧燃料电池中，正负极反应物分别是氢气和氧气，可以通过电解水获得。电极材料可以用石墨，离子导体可以用酸、碱或盐的水溶液。
　　【活动探究】结合课本＂活动探究＂栏目，利用所给实际和仪器设计装置并进行实验，完成学案表格。
　　【投影总结】
　　【讨论】小组交流谈论以下问题，讲讨论结果总结整理到学案上
　　1.尝试分析你设计你设计的氢氧燃料电池的工作原理，写出电极反应式。
　　2.若选择不同的电解质溶液（离子导体），对于电极反应式有哪些应影响？
　　3.你认为还可以从哪些方面来改进所设计的原电池？
　　【展示】小组展示谈论成果。
　　【投影】氢氧燃料电池电池介绍和原理分析视频
　　【总结】氢氧燃料电池电极反应和电池反应
　　（1）酸性氢氧燃料电池（离子导体稀H2SO4）
　　负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
　　（2）酸性氢氧燃料电池（离子导体KOH溶液）
　　负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
　　【思考】酸性和碱性氢氧燃料电池中，反应进行一段时间后电解质溶液的pH分别如何变化？氢氧燃料电池有和优点？
　　【总结】碱性氢氧燃料电池中pH变小，酸性氢氧燃料电池中pH变大。氢氧燃料电池的产物只有水，不产生污染，能量利用率高，可连续使用。
　　【迁移应用】完成学案1、2、3.
　　【投影】答案
　　【归纳总结】1.电池反应一般为燃料燃烧的反应。若反应产物能和电解质溶液发生反应，则为产物和电解质溶液反应和燃烧反应方程式的加和。
　　2.电池正极反应物一般为氧气，酸性电解质溶液中正极电极反应为2H2-4e- =4H+ ，碱性性电解质溶液中正极电极反应为O2 +4e-+2H2O==4OH-。
　　3.电池负极反应可以用总反应减去正极反应得到。
　　【能力提升】燃料电池可以使用不同的电解质如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸盐、固体电解质或质子交换膜等作为离子导体。请根据图示尝试写出下列固体燃料电池电极反应式。
　　【投影】
　　【归纳总结】1.燃料电池、充电电池的一般解题思路：已知电池反应，根据化合价升降，确定正负极反应的物质；注意电解质溶液可能参与电极反应，判断电极反应式的对错或电解质溶液pH的变化。
　　2.书写电极反应式的方法：
　　（1）将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应。总反应减去一电极反应式即得到另一电极反应式；
　　（2）负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中则以CO32－形式存在）。
　　【课堂小结】
　　本节课主要是对生活中化学电源的学习，对于一次电池和可充电电池主要是通过学生自主学习完成。对于重难点的氢氧燃料电池则是通过教材活动探究，让学生动手制作燃料电池，加深学生对燃料电池原理的理解。