“化学电源”教学设计与反思

沈军平

【摘要】生活中学生对干电池、蓄电池、锂电池 等化学电源有所了解。在《化学2》已学习原电池原理和常见的化学电源，在《化学反应原理》专题1中学习了原电池的构造特点和工作原理，并已经会判断、设计简单的原电池，书写电极反应式和电池反应方程式。具备一定的讨论分析、实验探究能力。但学生对于化学电源的工作原理的理解存在着不足。本文笔者力求以“电池的发展史”为线索，让学生知道化学电源的反应原理，了解化学电源的发展与环境污染，增强环保意识。

【关键词】化学电源 反应原理 应用价值

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）06-0149-02

教学目标：

1.知道常见化学电源，能根据已知的电池反应方程式正确判断电池的正负极。

2.知道银锌纽扣电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理及其应用价值。

3.通过对各类电池的学习，感受化学给人类社会带来的进步。通过了解废旧电池对环境的危害，树立环保意识。

实验准备：

音乐卡片（无电池）、锌片（2片）、铜片（2片）、1.0mol/L硫酸、乙醇、导线、250mL烧杯。

教学过程：

动手实践：学生设计方案：如何使没有电池的音乐卡片唱歌，并画图。教师点拨、引导。让一位同学根据所画实验装置图上讲台组装实验装置。

师：该同学的实验很成功，但教室比较大，坐在后面的同学听不清。请该同学拿着这套原电池装置绕教室走一圈，让坐在后面的同学也能享受音乐带来的快乐。

学生：老师，我一个人不好拿。

师：那就让你的同桌帮忙吧。

学生活动：学生甲一手拿音乐卡片，一手拿烧杯。学生乙两只手扶着两个电极。从讲台往教室后面移动。他们小心翼翼，走得速度很慢。当从教室后面再回到讲台边的时候，音乐卡片的声音越来越轻了，最后消失了。

学生疑惑……

师：如大家所见。我们用这套装置，把化学能转变成了电能，让音乐卡片唱起歌来。如果生活中用这套装置来给我们提供电能，那会怎么样呢？

学生：太不方便，电池的放电时间太短。

图片展示：在电池的发展史上，伏打受到“伽伐尼青蛙实验”的启发而发明了电池，即两种不同的金属中间以导电的物质隔开，再以导线连结，就会产生电流。1800年，他用铜、锡、食盐水为材料成功地制造了伏打电池。1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。他使用稀硫酸作电解液的锌-铜电池，又称“丹尼尔电池”。但以上两个问题一直困扰着伏打和丹尼尔。如果你是他们，你会思考如何对改进“丹尼尔电池”呢？

学生分组讨论。

学生归纳：液体电解质携带不方便，可以改成便于携带的固体电解质，如干电池。

师：正如大家所言，以上问题一直困扰着当时的科学家。直到1860年，法国的雷克兰士还发明了世界广受使用的电池（碳锌电池）的前身。负极棒和正极棒都被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。此系统被称为湿电池。直到1880年才被改进的干电池取代。负极被改进成锌罐，电解液变为糊状而非液体，基本上这就是现在我们所熟知的碳锌电池。

普通锌錳干电池是最早进入市场的实用电池，其构造如书本图1-12所示。普通锌锰干电池制作简单、价格便宜，但存在存放时间短、放电后电压下降较快等缺点。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它的比能量大，能提供大电流并连续放电。如书本图1-13所示，其电池反应方程式为：2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2。我们根据总反应，写出它的电极反应式。

学生活动：负极：Zn - 2e- + 2OH- = Zn（OH）2

正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O = 2MnOOH + 2OH-

师：当发明了干电池后，较好解决了携带不方便的问题，为了适应各种需要，干电池也被制成不同形状。如纽扣电池。但它们也存在着缺陷，随着电池的使用，反应物不断的减少，就不能再使用。19世纪60年代左右，法国的普朗泰发明用铅做电极的电池。这种电池能充电，可以反复使用，即蓄电池。

铅酸电池的发展有100多年的历史。它的放电原理可用下列化学方程式表示：

放电

PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（原电池）

充电

放电：负极：Pb + SO42-- 2e- === PbSO4

正极：PbO2 + 4H + + SO42- + 2e-=== PbSO4 + 2H2O

充电：阳极：PbSO4 + 2H2O - 2e- === PbO2 + 4H+ + SO42-

阴极：PbSO4 + 2e-=== Pb + SO42-

展示：干电池和铅蓄电池实物。并结合PPT，分别讲述这两种电池的构造和用途。目前已开发出的镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。

这些电池反应物均储存在电池内部，而燃料电池则由外部设备提供燃料和氧化剂等，同时将电极产物不断排出电池。由于这种结构的改变，燃料电池能连续不断地提供电能。随着人们环保意识的增强，干电池以及蓄电池中的一些重金属如镉、铅、汞等会对自然环境造成的污染被人所重视。数据表明，1节1号电池能使1m2的土地永久失效，因此我们在处理废电池时要分类回收。而燃料电池被称为电池发展史中的新旗帜。

师：阅读书本P16页“燃料电池”。并分析图1-16中电池的正负极，电子移动方向。

学生：电池反应：H2 + 1/2O2 = H2O

因电解质是碱性环境，正极：1/2O2 +2e-+H2O = 2OH-，负极：H2+2e-+2OH-= 2H2O

电子从负极移向正极，阴离子移向正极，阳离子移向负极。

师：除氢气外，甲烷、甲醇、肼、氨等都可以作为燃料电池的燃料。燃料电池的能量转换效率远高于普通燃料燃烧的能量转换效率，具有广阔的发展前景。

我们将电池300多年的发展史作为主线，介绍了各种化学电源。各种技术的需求推动着电池呈现出并驾齐驱、交错发展的景象，各种电池的性能也各有优劣。展望未来，人类社会面对环境恶化和能源短缺2大危机，电池也一定会朝着更加环保、更高能量、更加实用的方向发展，为人类社会的发展做出更多的贡献。

反思评价：

本节课引入，开门见山，让学生利用已学知识，选择仪器、设计实验。同时在实验中设疑，将电池发展史上遇到的两个重要问题在课堂中再现，展示在大家面前。同学的思维产生激烈碰撞。联系生活实际，去寻找解决的方法。自然的将电池的发展史与本节课的内容“化学电源”联系起来。本节课以实验事实设疑，又以实验事实释疑。让学生觉得化学就在我们身边，从而激发学习化学的兴趣及环保意识。