资源简介

(共24张PPT)
6.1.3认识生活中的化学电源
[课程导入] 知识回顾 提出质疑
减小两电极间距(缩短离子运动间距)
增加盐桥数量（加宽离子通道）
【实验背景】
数字化实验探究影响双液原电池电流强度的因素
电流强度：8mA
现在的化学电源可以驱动一台手机、一辆电动自行车、一辆汽车。。。
从理论到实践，200年的时间里，化学电源经历了多少革新呢
[课程导入] 知识回顾 提出质疑
[课程导入] 200年化学电源发展史
科技前沿~绿色冬奥与燃料电池
模型应用
“拆解铅蓄电池”
组装→拆解
碱性锌锰干电池
任务一
学习任务
任务二
任务三
知行合一，设计电源并
拆解原理，构建电极反应方程式书写的一般模型
目标一
掌握应用原电池原理和
电极反应方程式书写模型分析真实复杂电池的能力
目标二
通过理论到实践的实验
探究，感受燃料电池在科技前沿中重要应用
目标三
学习目标
【知识背景】原电池的基本工作原理
揭秘化学电源200年成长秘诀
任务四
通过研究性课题成果分析，
从比能量等角度认识化学电源的研究方向，培养科学探究意识和社会责任感
目标四
[任务一] 组装→拆解碱性锌锰干电池
【最常见的干电池】
【生活中的应用】
【最早的电池】
1800年伏打电池
[任务一] 组装→拆解碱性锌锰干电池
【实验活动】 组装→拆解自制的“南孚”电池
[实验药品和仪器] 锌片、碳棒、MnO2、浸润了氢氧化钠溶液的洗脸巾、多量程电流传感器。
包裹了MnO2的碳棒
浸润了NaOH的洗脸巾
【实验要求】
1. 组装电池，连接传感器测定其电流强度 (提示：洗脸巾尽可能与药品贴紧)
2. 画出电池的简易的模型图并标注电极名称、电解质溶液及离子、电子迁移方向)
【模型构建】
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
电极反应方程式的书写的一般思路
失2e-
得2e-
氧化反应
还原反应
【思考交流】
电极反应实际上是离子反应，想要完善这个电极反应，我们还要考虑哪些问题？如何解决？
[任务一] 组装→拆解碱性锌锰干电池
电极方程式书写的简易模板
负极电极反应：
还原剂 - ne- →氧化产物
正极电极反应：
氧化剂+ne-→还原产物
[知识背景]
电极反应就是两个半反应
Zn → ZnO
-2e-
数电荷
看环境
Zn → ZnO
-2e-
+2OH-
+H2O
=
[任务一] 组装→拆解碱性锌锰干电池
【模型构建】
电极反应方程式的书写的一般思路
【简易模型】优先写出变价反应物、生成物，标注电子转移
【优化完善】保证电荷守恒
数电荷、结合溶液酸碱性环境用H2O/H+或H2O/OH-补平电荷
还原剂 - ne- →氧化产物
【方程完善】保证原子守恒并检验方程式书写
[任务二] 模型应用 “拆解”铅蓄电池
1859年，法国物理学家普兰特发明了铅蓄电池，解决了电池重复使用的问题，电池的体积更大，电量更高了。
【模型应用】
右图是铅蓄电池的内部模型图，请“拆解”其工作原理并完成下表
[任务三] 科技前沿 绿色冬奥与燃料电池
【中国成就】 燃料电池助力2022绿色冬奥
进入到新时代，人们对可持续的清洁能源需求更加迫切，具有容量大、比能量高、不用充电、清洁环保等优点的氢氧燃料电池逐渐开始进入市场。
【实验活动】 组装简易的氢氧燃料电池，感受物质和能量的循环利用
[实验药品和仪器] U形管、碳棒、串联电池组、多量程电流传感器、Na2SO4溶液
[实验提示]
①电解硫酸钠溶液制备H2和O2
(提示：先电解一段时间，排净装置空气；然后塞紧橡胶塞，正式电解至少1分钟)
②电解完成后，撤掉电源。将碳棒与电流传感器相连，测定氢氧燃料电池电流。
[任务三] 科技前沿 绿色冬奥与燃料电池
【资料卡片】
[任务三] 科技前沿 绿色冬奥与燃料电池
1. 燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如K2CO3等。
2. 燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。
【学习成果检验】
请利用原电池电极反应方程式书写的一般模型，写出CH4-O2-KOH环境的燃料电池其负极电极反应方程式
[任务四] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
【研究性课题成果分享】
短短200年时间，电池的相对体积逐渐减小、能量转化效率、输电效率大大提高。在这举世瞩目的成就中，科学家主要从哪些方面对电池结构进行了改进和优化？请以《揭秘化学电源200年成长秘诀》为课题搜集资料，进行论证。
[学生汇报] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
【汇报内容】
优化电解质，降低内阻
电池隔膜，助力能量转化
高稳定性正极，多孔负极
高比能量，更轻更小
串联或并联电池组
【优化电解质，降低内阻】
离子种类 H+ OH- SO42- Cl- CO32- K+ Na+
无限稀释摩尔电导率 349.82 198.0 79.8 76.34 72 73.52 50.11
在298k时，无限稀释溶液中几种离子的无限稀释 摩尔电导率
摩尔电导率是指把含有1mol电解质的溶液置于相距单位距离的电导池的两个平行电极之间时所具有的电导。摩尔电导率越大，溶液的导电性越好。
[学生汇报] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
【电池隔膜，助力能量转化】
离子交换膜可以有效避免电极反应物接触，避免化学能向热能的转换，形成稳定电流，延长放电时间，同时还能尽可能小的降低离子穿透的阻力。目前工业化的绝大多数化学电源都是膜电池
[学生汇报] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
【高稳定性正极，多孔负极】
提高负极反应物的嵌入，增大接触面积，提高反应速率
[学生汇报] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
【高比能量 更轻更小】
比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，是电池评价标准的重要一环。
1molLi~7g~1mole- (比能量最高)
小体积 大能量
[学生汇报] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
【串联或并联电池组】
比亚迪刀片电池技术，使他的电池在体积能量密度方面超过330Wh/L，比原来电池包系统提升30%以上，而且比传统方形锂电池更薄，散热效果变得更好，比三元锂电池抗撞击更安全。
[学生汇报] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
【未来研究方向】
锂离子电池在过去的几十年已经取得比较成熟的发展。未来，氢燃料电池或许也能突破壁垒、摆脱限制真正普及到我们的日常生活中
[学生汇报] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
安全充电
禁止电动车进电梯、入户
废旧回收
不乱丢乱弃
[学生汇报] 揭秘化学电源200年的成长秘诀
课堂总结
开放性作业
1. 查阅资料，从以下角度认识锂离子电池并能够分析其工作原理
(1)锂离子电池的发展现状(手机、汽车等)
(2)锂离子电池的一般工作原理
①电极材料、电解质溶液的选择及其理由
②负极、正极电极反应方程式的书写
③能够从微观角度定量描述起能量和物质转化的关系
(3)展望锂离子电池的发展前景

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