高中化学-第2课时 发展中的化学电源教学设计学情分析教材分析课后反思

一、指导思想和理论依据

开放式教学，渊源于科恩（r.c.cohn）1969年创建的以题目为中心的“课堂讨论

模型”和“开放课堂模型”一人本主义的教学理论模型；同时，还渊源于斯皮罗（spiro）

1992年创建的“随机通达教学”和“情景性教学”一建构主义的教学模式。这些教学理论

模型强调：学习是学习者主动建构的内部心理表征过程，教师的角色是思想的“催化剂”与

“助产士”。教师不应把主要精力局限于所教的内容上，而应注意学习者的心态（即情感与

动机）变化。教育的目标是教师与学生共享生命历程，共创人生体验；养育积极愉快，适应

时代变化，心理健康的人。本设计以开放式教学为指导思想，辅助以视频、讨论、归纳等手

段，使学生体验作为不同角色的工作者，思考问题的不同角度，在不断解决问题的过程中，

建构理论知识，增强实际分析、解决问题的能力和创新精神。

二、开放式教学的教学分析

1.教材分析

已经学习了电池是利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置。本课时主要是让学生了解

几种常见的化学电源在社会生产中的应用；通过碱性锌铳电池、蓄电池和燃料电池进一步理

解原电池的概念和原理；了解化学电源的发展以及电池对环境造成的污染，增强环保意识。

2.学情分析：

第一课时学习了：原电池的概念、原理、组成原电池的条件。由于学生之前没有电化学的基

础，理解原电池原理有一定的难度。

3.教师思考：

通过视频、学生讨论、交流等方式导出生活中同学们熟悉的各种电池的发展过程，增强学生

的创新精神；然后依次的分析，各种化学电源的原理，电池的缺陷，既增强了学生的分析,

综合，应变能力，同时又促进了对原电池原理的进一步理解。

三、开放式教学的教学目标

1.知识与技能：

了解一次电池，二次电池，燃料电池的反应原理，性能及其应用；会判断电池的优劣。

2.过程与方法：

本设计以开放式教学为指导思想，辅助以视频、讨论、归纳等手段，让学生在不断解决

问题的过程中，建构理论知识，增强实际分析、解决问题的能力和创新精神。

3.情感态度价值观：

认识化学电源在人类生产、生活中的重要地位；了解环境保护在生产生活中的重要作用。

培养学生的自主学习能力，信息搜集处理能力及团队合作精神。

四、教学重、难点及处理策略

一次电池，二次电池，燃料电池的反应原理，性能及其应用是教学重点，化学电池的

反应原理是教学难点。本节课主要通过学生参与收集有关一次电池、二次电池、燃料电池的

材料，视频展示、课堂讨论交流以及联系前面所学知识，将各类电池的结构特点、反应原理、

性能、以及适用范围进行归纳总结，让学生主动对化学电池的反应原理进行建构。

五、教学过程

发展中的化学电源------

教师活动

学生活动

创设情境：展示幻灯片，生物学家在解剖青蛙大腿的时候，发现金属刀一碰伤青蛙的大腿,

青蛙就会发生颤抖，请同学们展开联想，推测可能是什么原因？

展开联想，推测原因，回答，交流，讨论。

展示幻灯片：

当时物理学家付打恰在观察，受到启发，他认为一定是青蛙腿中的组织液含有电解质溶液，

金属刀在切割的时候产生了电流。于是他用锌、铜做电极，稀硫酸作电解质溶液，制成了世

界上的第一个电池。

观看感受。

提出问题：

你认为在此电池中，哪一种物质失电子？哪一种物质得电子？为什么？

思考交流：

锌比铜的金属性强，失电子能力强，锌做负极，铜做正极，电子从锌经外电路流到铜电极，

流硫酸电离出的氢离子的电子。

铺垫资料：

伏打发明了伏打电池后，英国化学家戴维非常感兴趣，戴维用伏打电池进行了电解实验，首

次制出了非常活泼的碱金属，当时为了提供足够的电流，戴维将伏打电池进行了串联，最多

一次并排放置了100多个大玻璃瓶，放置了100多对电极。

感受、思考：

伏打电池有什么缺陷？

提出问题：

如果你是伏打，你想如何对你的电池进行改进？

思考交流：

①因为电解质为硫酸溶液，不便于携带，不能够推广使用，将电解质制成固体。

②如何开发高能电池。

铺垫问题：

什么是电解质？电解质制成固体还导电吗？

思考交流：

在水溶液里或熔化状态下能够导电的化合物，故态状况下电解质不导电。

展示幻灯片：

有一位化学家在伏打电池中加入淀粉。

思考交流，归纳：

加入固体填充物，制成糊状。

导出：

现在使用的普通干电池，并展示结构图片。

思考交流：

分析干电池的负极：锌，正极：碳棒。

电解质：氯化筱。

提出问题：

从我们查询的信息来看，氯化镂溶液显酸性，你认为干电池有什么缺陷，如何改进？

思考交流：

氯化镣溶液显酸性，则会跟锌皮发生反应，使用一段时间后电池会发生漏液。

改进方法：

1.换锌皮为排在氢后的金属（不可行）。

2.将氯化钱换为碱性电解质。

导出：

现在使用的较多为碱性干电池，

思考交流：

分析电极以及电子转移方向

提出问题：

如果你是开发商，你有什么想法？

思考交流：

将电池制成可以循环使用的电池，降低成本

导出：

可充电电池，展示首先使用的铅蓄电池的可充电电池结构

思考交流：

分析铅和氧化铅的活泼性，推测正、负极和电子转移方向

提出问题：

在元素周期表中查阅铅的相对原子质量，分析铅蓄电池的缺陷是什么？如何改进？

查阅数据：

铅的相对原子质量是207,相对原子质量较大，铅蓄电池较笨重，不便于携带，寻找导电性

较好的相对原子质量较小的金属做电极，最轻的金属是锂。

导出：

锂电池，同时展示银镉蓄电池的信息介绍

思考交流：

分析锂电池的电极以及电子转移方向

展示资料幻灯片：

对自然环境威胁最大的五种物质：铭、镉、铜、铅、汞及对人类造成的危害；

干电池的负极材料：锌汞齐，1节1号干电池会使1m2的土地永久实效，而仅我国一年就

生产各种电池上亿节。

观看幻灯片，增强环保意识

提出问题：

上述各种电池的共同缺陷是什么？如何改进？

分析：

干电池中的汞、蓄电池中的铅、镉，三种金属都是对自然环境威胁最大的物质，都会造成环

境污染。

导出：

燃料电池，展示甲醇、甲烷燃料电池，分析正负极

思考交流：

燃料电池中氧气得电子，作正极，燃料作负极，并分析电子流动方向。

提出问题：

甲醇、甲烷燃料电池有什么缺陷，你想如何改进？

思考交流：

大量化石燃料的燃烧会生成大量的二氧化碳，造成温室效应，开发绿色、清洁燃料。

提出问题：

你认为什么燃料最清洁？

思考交流：

氢气是最清洁、无污染的燃料。

导出：

氢、氧燃料电池

思考交流：

分析正、负极和电子流动方向。

归纳小结并板书：

［板书设计］:

1.干电池

负极锌（失电子）

发生氧化反应

正极碳棒（得电子）发生还原反应

2.充电电池

负极铅（失电子）

发生氧化反应

正极氧化铅（得电子）发生还原反应

3.燃料电池

负极燃料（失电子）

发生氧化反应

正极氧气（得电子）发生还原反应

归纳总结交流：

1.干电池

负极锌（失电子）

发生氧化反应

正极碳棒（得电子）发生还原反应

2.充电电池

负极铅（失电子）

发生氧化反应

正极氧化铅（得电子）发生还原反应

3.燃料电池

负极燃料（失电子）

发生氧化反应

正极氧气（得电子）发生还原反应

［布置作业］:

分小组制作“化学电源一一环境污染一一清洁能源”图片展，倡导学生自觉组织在校园内设

置废旧电池回收箱，定时回收废旧电池。

初中化学已经从燃料的角度初步学习了"化学与能源"的一些知识，《化学能与电能》的

第一课时学习了：原电池的概念、原理、组成原电池的条件。由于学生之前没有电化学的基

础，理解原电池原理有一定的难度。所以本课时设计：同学们通过换位思考，担任不同的角

色，导出生活中同学们熟悉的各种电池的发展过程，增强学生的创新精神;然后依次的分析，

各种化学电源的原理，电极材料，电子流向，电池的缺陷，既增强了学生的分析，综合，应

变能力，同时又促进了对原电池原理的进一步理解。

一、问题价值度问题表述准确，答案明确。设问由浅入深利于调动学生学习的积极性。

在合作探究环节问题上能围绕教学重点提出问题，学生能探究的尊重学生的成果。

二、学生参与度因为本课内学生具有较强的学习愿望。自主学习同学们看书写完后，

分小组对题，要求人人都要参与。这样学生都能积极地参与其中，既达到了全员参与也达到

了思想、态度、价值观的升华。学生合作学习开展的比较成功。

三、教师指导度在学生展示问题答案的过程中，对于其中出现的一些问题能够及时

回应、讲解，给予学生鼓励、启发，使学生通过老师的讲解达到了认知的升华。老师的讲解

恰如其分、恰到好处，起到了画龙点睛、促其提升的作用。

四、目标达成度教学目标把握准确，即体现了教育教学的需要也符合学生的认知水平

和认知能力。通过练习的优化设计使练习紧紧围绕教学目标而设，为教学目标服务，为教学

目标的落实起到了应有的作用。使教学目标得到了更好的落实

通过《化学能与电能》的第一课时学习：了解了原电池的概念、原理；并知道电池是利

用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置。所以本课时的主要内容是：

1、了解几种常见的化学电源在社会生产中的应用；

2、通过认识生活中的原电池［即传统干电池（锌镒电池）、蓄电池和燃料电池］,进一步

理解原电池的概念和原理；

3、通过引入新型电池（如锂离子电池、燃料电池等）体现化学电池的改进与创新，增强

学生的创新精神；并且通过本节学习，能够举例说明化学能与电能的转化关系及其应用；

4、了解化学电源的发展与环境污染，增强环保意识。

第2课时发展中的化学电源

A组基础达标（20分钟50分）

一、选择题（本题共6个小题，每小题5分，共计30分，每小题只有一个选项符合题意）

1.下列化学电池不易造成环境污染的是

（）。

A.氢氧燃料电池B.锌镒电池

C.银镉电池D.铅蓄电池

答案A

2.已知空气-锌电池的电极反应为

-

锌片：Zn+2OH-2e"=Zn0+H20；

--

碳棒：jo2+H2O+2e=2OH,

据此判断，锌片是

()。

A.正极并被还原B.正极并被氧化

C.负极并被还原D.负极并被氧化

解析Zn失电子作负极，被氧化。

答案D

3.下列说法正确的是

()。

A.镁氢电池、锂电池和碱性锌锦干电池都是二次电池

B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池

C.化学电池的反应基础是氧化还原反应

D.铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb,负极材料是PbOz

解析碱性锌镭干电池是一次电池，燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池,

铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2)负极材料是Pb。

答案C

4.据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没

有铅污染。其电池反应为2Zn+0z=2Zn0,原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正

确的是

()。

A.锌为正极，空气进入负极反应

B.负极反应为Zn—2e-=Zn”

C.正极发生氧化反应

D.电解液为强酸

2Zn+()2

I__f

解析Zn与a反应的电子转移情况为4e-=2ZnO,所以Zn作负极，负极发生氧化

反应，Zn-2e-=Zn2+«0?是正极反应物，发生还原反应。若电解液是强酸，电池的化

+21

学反应不是2Zn+O2=2ZnO,而是Zn+2H=Zn+H2t。

答案B

5.右图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与

控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是

()。

-+

A.该电池的负极反应式为：CHaCH20H+3H20-12e=2C02t+12H

B.该电池的正极反应式为：0?+4e—+4H*=2H：；0

C.电流由O2所在的伯电极经外电路流向另一电极

D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量

解析本题的关键是读图。由图示可知，呼气时进去的是CH3cH20H出来的是CHsCOOH,

负极的电极反应为：CH£HaH-4e-+H20=CH3C00H+4H+,A错误；氧气为正极，酸性条

件下生成也0,B正确；电流由正极流向负极，C正确；酒精含量高，转移的电子数多,

电流大，D正确。

答案A

6.如图为氢氧燃料电池示意图，按此图的提示，下列叙述不正确的是

（）«

a电极电解液b电极

A.a电极是负极

B.b电极的电极反应为：40H^—4e~=2H20+02t

C.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

-

解析a电极上发生反应：lb—2屋=2【广，是负极；b电极上发生反应：02+2H20+4e

=40H,是正极。氢氧燃料电池的能量效率较高，而且产物H2是一种无污染物质，是

一种具有应用前景的绿色电源，其在航天领域已得到应用。氢氧燃料电池通入【卜、0?就

能工作，无需将燃料储藏在电池内部，故正确答案为B。

答案B

二、填空题（本题共2个小题，共计20分）

7.（10分）Zn-MnOz干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCk-NHCl混合溶液。

⑴该电池的负极材料是。电池工作时，电子流向（填"正极"或“负

极”兀

（2）若ZnCk-NHQl混合溶液中含有杂质Cd+,会加速其电极的腐蚀，其主要原因是

欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的（填代号）。

A.NaOHB.ZnC.FeD.NH3•H20

解析（1）负极是失电子的一极，Zn失电子由负极经外电路流向正极。（2）锌与还原出来

的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质，所以应选

Zn将Cu"置换为单质而除去。

答案（l）Zn（或锌）正极（2）锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀B

8.（10分）燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。它主要是利用燃料在燃烧过程中把化

学能直接转化为电能，目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是

x极：。2(气)+2HzO(液)+4e-=40H-

-

y极:H2(n)+20ir-2e=2H20(W

回答下列问题：

(l)x是极，发生一.反应。(填“氧化”或“还原”，下同)

(2)y是极，发生反应。

总反应方程式为o

(3)若反应后得到5.4g液态水，此时氢氧燃料电池转移的电子数为。

解析(Dx极：得电子发生还原反应，所以为正极。(2)y极：上失电子发生氧化反应，

所以为负极。x极，y极得失电子应相同，故x极电极方程式与y极电极方程式乘以2

相加得总反应方程式为2H2+。2=240。

(3)4mole-〜2H2O

4mol2X18g

n(.e-)5.4g

/7(e)=0.6molo

答案⑴正还原⑵负氧化2H2+02=2H20(3)0.6M

B组技能过关(25分钟50分)

一、选择题(本题共4个小题，每小题5分，共计20分,每小题只有一个选项符合题意)

1.镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成

本低、燃料易于贮运等特点。研究的燃料电池可分为镁一空气燃

料电池，镁一海水燃料电池，镁一过氧化氢燃料电池，镁一次氯

酸盐燃料电池。如图为镁一次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下

列有关说法不正确的是

()。

C1O-+H；O

A.放电过程中01F移向正极

B.电池的总反应式为Mg+C10^+H20=Mg(0H)2I+C「

C.镁电池中镁均为负极，发生氧化反应

+

D.镁一过氧化氢燃料电池，酸性电解质中正极反应为：H2O2+2H+2e-=2H2O

解析根据图像判断反应过程，判断正、负极，正确书写电极反应式。镁燃料电池，镁

作负极失电子，产物由电解质溶液决定,若为酸性溶液生成Mg2+，碱性溶液生成Mg(OH)2。

CUT在正极反应,由图可知有和0k生成，0旷向负极移动，生成Mg(OH)20

答案A

2.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，锌镒碱性电池以氢氧化

钾溶液为电解液，电池总反应为Zn(s)+2Mn02(s)+HQ(l)=Zn(0H)2(s)+Mn26(s),下

列说法中错误的是

）。

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-=Mn2（）3（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，锌的质量理论上减小6.5g

答案C

3.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取CL,已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

-

负极：Pb+50r—2e^PbSO4

+

正极：PbO2+4H+SOr+2e"=PbS01+2H20

今欲制得CL0.050mol,这时电池内消耗的HzSO”的物质的量至少是

（）。

A.0.025molB.0.050mol

C.0.10molD.0.20mol

解析要求得硫酸的量，需首先找出铅蓄电池的总反应。将上述两个电极反应合并可得:

Pb+Pb02+2H2S01=2PbS0.l+2H20o而在制取CL时，每生成1molCL,电子转移2mol,

现需要转移电子0.050mol义2=0.100mol。由铅蓄电池总反应可知，每转移0.100mol

电子，将消耗0.100mol硫酸。

答案C

4.2012年6月16B18时37分24秒，神舟九号成功发射。飞船的能量部分来自太阳能电

池，另外内部还配有高效的MCFC型燃料电池。该燃料电池可同时供应电和水蒸气，其所

用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾。已知该燃料电池的总反应为2H2+0Z=2HQ,负

极反应为Hz+C（T-2e-=CO2t+HQ,则下列推断正确的是

（）。

A.电池工作时，C0「向负极移动

B.电池放电时，电子经外电路由通氧气的正极流向通氢气的负极

C.正极的电极反应为40K—2e-=。2t+2H2。

D.通氧气的电极为正极，发生氧化反应

解析原电池放电时，电子由负极经外电路流向正极，B错误；正极反应为02+4e-+

2H20=40ir,C错误；通氧气一极为正极，发生还原反应，D错误。

答案A

二、填空题（本题共3个小题，共计30分）

5.（10分）如下图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式（当电解质溶液为

硫酸时）和碱式（当电解质溶液为NaOH（aq）或KOH（aq）时）两种。试回答下列问题：

惰性电极惜性电极

氧

氢

气

气

入

入

口

口

负极正极

氢氧燃料电池示意图

(1)酸式电池的电极反应：负极,正极;电池总反应:

电解质溶液pH的变化(填“变大”“变小”或“不变”)。

(2)碱式电池的电极反应：负极,正极；电池总

反应：；电解质溶液pH的变化(填“变大”“变小”或“不

变”)。

解析(1)正极上，得电子变为(T,溶液中一不能单独存在；酸性条件下与H+结合

生成压0。负极上，Hz失电子变为酎，进入电解质溶液。电池总反应为H2和6生成水

的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH增大。

(2)正极上，得电子变为0人，溶液中0"不能单独存在，碱性条件下与乩。分子结合生

成0H-；负极上，压失去电子变为H+,碱性条件下H+不能大量存在，与0旷结合生成水。

电池总反应也是Hz和生成水的反应。同样，由于有水生成，c(OFT)变小，pH变小。

-++

答案(l)2H2-4e=4H02+4e-+4H=2H202H2+02=2H20变大

(2)24-41+401<=4氏002+4e-+2H20=40H2H2+02=2H20变<1、

6.(8分)铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：

放电

Pb+Pb02+4H++2so7充电2Pbs0〃+2H20

请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：

放电时：正极的电极反应式是电解液中HSO,的浓

度将变;当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加g»

解析原电池正极上得电子，负极上失电子，根据原电池总反应式，正极反应为

Pb02+2e-+41r+SOr=PbSO4+2HQ

负极：Pb—2e-+SOr=PbSOi质量增加

2mol96g

1mol△m

96gximol

An'=-2mol-—48go

-+

答案Pb02+2e+4H+SOr=PbSO,+2H20小48

7.(12分)化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。

(1)下列相关说法正确的是(填序号)。

A.通过某种电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少，可以判断该电池的优劣

B.二次电池又称充电电池或蓄电池，这类电池可无限次重复使用

C.除氢气外，甲醇、汽油、氧气等都可用作燃料电池的燃料

D.近年来，废电池必须进行集中处理的问题被提上日程，其首要原因是电池外壳的金

属材料需要回收

充电

⑵目前常用的银(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应式可表示为2Ni(0H)2+Cd(0H)z屈Cd

+2NiO(OH)+2H2O

已知Ni(OH)?和CdSH”均难溶于水,但能溶于酸，以下说法正确的是(填序号)。

A.以上反应是可逆反应

B.反应环境为碱性

C.电池放电时Cd作负极

D.该电池是一种二次电池

(3)在宇宙飞船和其他航天器上经常使用的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造如图

所示：a、b两个电极均由多孔的碳块组成，通入的氢气和氧气由孔隙中逸入，并在电极

表面发生反应而放电。

①a电极是电源的极；

②若该电池为飞行员提供了360kg的水，则电路中通过了mol电子。