沈軍平

【摘要】生活中學(xué)生對干電池、蓄電池、鋰電池 等化學(xué)電源有所了解。在《化學(xué)2》已學(xué)習(xí)原電池原理和常見的化學(xué)電源，在《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1中學(xué)習(xí)了原電池的構(gòu)造特點(diǎn)和工作原理，并已經(jīng)會(huì)判斷、設(shè)計(jì)簡單的原電池，書寫電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。具備一定的討論分析、實(shí)驗(yàn)探究能力。但學(xué)生對于化學(xué)電源的工作原理的理解存在著不足。本文筆者力求以“電池的發(fā)展史”為線索，讓學(xué)生知道化學(xué)電源的反應(yīng)原理，了解化學(xué)電源的發(fā)展與環(huán)境污染，增強(qiáng)環(huán)保意識。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)電源 反應(yīng)原理 應(yīng)用價(jià)值

【中圖分類號】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）06-0149-02

教學(xué)目標(biāo)：

1.知道常見化學(xué)電源，能根據(jù)已知的電池反應(yīng)方程式正確判斷電池的正負(fù)極。

2.知道銀鋅紐扣電池、鉛蓄電池、燃料電池的工作原理及其應(yīng)用價(jià)值。

3.通過對各類電池的學(xué)習(xí)，感受化學(xué)給人類社會(huì)帶來的進(jìn)步。通過了解廢舊電池對環(huán)境的危害，樹立環(huán)保意識。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：

音樂卡片（無電池）、鋅片（2片）、銅片（2片）、1.0mol/L硫酸、乙醇、導(dǎo)線、250mL燒杯。

教學(xué)過程：

動(dòng)手實(shí)踐：學(xué)生設(shè)計(jì)方案：如何使沒有電池的音樂卡片唱歌，并畫圖。教師點(diǎn)撥、引導(dǎo)。讓一位同學(xué)根據(jù)所畫實(shí)驗(yàn)裝置圖上講臺組裝實(shí)驗(yàn)裝置。

師：該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)很成功，但教室比較大，坐在后面的同學(xué)聽不清。請?jiān)撏瑢W(xué)拿著這套原電池裝置繞教室走一圈，讓坐在后面的同學(xué)也能享受音樂帶來的快樂。

學(xué)生：老師，我一個(gè)人不好拿。

師：那就讓你的同桌幫忙吧。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生甲一手拿音樂卡片，一手拿燒杯。學(xué)生乙兩只手扶著兩個(gè)電極。從講臺往教室后面移動(dòng)。他們小心翼翼，走得速度很慢。當(dāng)從教室后面再回到講臺邊的時(shí)候，音樂卡片的聲音越來越輕了，最后消失了。

學(xué)生疑惑……

師：如大家所見。我們用這套裝置，把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能，讓音樂卡片唱起歌來。如果生活中用這套裝置來給我們提供電能，那會(huì)怎么樣呢？

學(xué)生：太不方便，電池的放電時(shí)間太短。

圖片展示：在電池的發(fā)展史上，伏打受到“伽伐尼青蛙實(shí)驗(yàn)”的啟發(fā)而發(fā)明了電池，即兩種不同的金屬中間以導(dǎo)電的物質(zhì)隔開，再以導(dǎo)線連結(jié)，就會(huì)產(chǎn)生電流。1800年，他用銅、錫、食鹽水為材料成功地制造了伏打電池。1836年，英國的丹尼爾對“伏特電堆”進(jìn)行了改良。他使用稀硫酸作電解液的鋅-銅電池，又稱“丹尼爾電池”。但以上兩個(gè)問題一直困擾著伏打和丹尼爾。如果你是他們，你會(huì)思考如何對改進(jìn)“丹尼爾電池”呢？

學(xué)生分組討論。

學(xué)生歸納：液體電解質(zhì)攜帶不方便，可以改成便于攜帶的固體電解質(zhì)，如干電池。

師：正如大家所言，以上問題一直困擾著當(dāng)時(shí)的科學(xué)家。直到1860年，法國的雷克蘭士還發(fā)明了世界廣受使用的電池（碳鋅電池）的前身。負(fù)極棒和正極棒都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此系統(tǒng)被稱為濕電池。直到1880年才被改進(jìn)的干電池取代。負(fù)極被改進(jìn)成鋅罐，電解液變?yōu)楹隣疃且后w，基本上這就是現(xiàn)在我們所熟知的碳鋅電池。

普通鋅錳干電池是最早進(jìn)入市場的實(shí)用電池，其構(gòu)造如書本圖1-12所示。普通鋅錳干電池制作簡單、價(jià)格便宜，但存在存放時(shí)間短、放電后電壓下降較快等缺點(diǎn)。堿性鋅錳電池比普通鋅錳干電池性能優(yōu)越，它的比能量大，能提供大電流并連續(xù)放電。如書本圖1-13所示，其電池反應(yīng)方程式為：2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2。我們根據(jù)總反應(yīng)，寫出它的電極反應(yīng)式。

學(xué)生活動(dòng)：負(fù)極：Zn - 2e- + 2OH- = Zn（OH）2

正極：2MnO2 + 2e- + 2H2O = 2MnOOH + 2OH-

師：當(dāng)發(fā)明了干電池后，較好解決了攜帶不方便的問題，為了適應(yīng)各種需要，干電池也被制成不同形狀。如紐扣電池。但它們也存在著缺陷，隨著電池的使用，反應(yīng)物不斷的減少，就不能再使用。19世紀(jì)60年代左右，法國的普朗泰發(fā)明用鉛做電極的電池。這種電池能充電，可以反復(fù)使用，即蓄電池。

鉛酸電池的發(fā)展有100多年的歷史。它的放電原理可用下列化學(xué)方程式表示：

放電

PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O（原電池）

充電

放電：負(fù)極：Pb + SO42-- 2e- === PbSO4

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

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

陰極：PbSO4 + 2e-=== Pb + SO42-

展示：干電池和鉛蓄電池實(shí)物。并結(jié)合PPT，分別講述這兩種電池的構(gòu)造和用途。目前已開發(fā)出的鎳鎘電池、鎳氫電池、銀鋅電池、鋰電池和鋰離子電池等新型二次電池。

這些電池反應(yīng)物均儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而燃料電池則由外部設(shè)備提供燃料和氧化劑等，同時(shí)將電極產(chǎn)物不斷排出電池。由于這種結(jié)構(gòu)的改變，燃料電池能連續(xù)不斷地提供電能。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，干電池以及蓄電池中的一些重金屬如鎘、鉛、汞等會(huì)對自然環(huán)境造成的污染被人所重視。數(shù)據(jù)表明，1節(jié)1號電池能使1m2的土地永久失效，因此我們在處理廢電池時(shí)要分類回收。而燃料電池被稱為電池發(fā)展史中的新旗幟。

師：閱讀書本P16頁“燃料電池”。并分析圖1-16中電池的正負(fù)極，電子移動(dòng)方向。

學(xué)生：電池反應(yīng)：H2 + 1/2O2 = H2O

因電解質(zhì)是堿性環(huán)境，正極：1/2O2 +2e-+H2O = 2OH-，負(fù)極：H2+2e-+2OH-= 2H2O

電子從負(fù)極移向正極，陰離子移向正極，陽離子移向負(fù)極。

師：除氫氣外，甲烷、甲醇、肼、氨等都可以作為燃料電池的燃料。燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于普通燃料燃燒的能量轉(zhuǎn)換效率，具有廣闊的發(fā)展前景。

我們將電池300多年的發(fā)展史作為主線，介紹了各種化學(xué)電源。各種技術(shù)的需求推動(dòng)著電池呈現(xiàn)出并駕齊驅(qū)、交錯(cuò)發(fā)展的景象，各種電池的性能也各有優(yōu)劣。展望未來，人類社會(huì)面對環(huán)境惡化和能源短缺2大危機(jī)，電池也一定會(huì)朝著更加環(huán)保、更高能量、更加實(shí)用的方向發(fā)展，為人類社會(huì)的發(fā)展做出更多的貢獻(xiàn)。

反思評價(jià)：

本節(jié)課引入，開門見山，讓學(xué)生利用已學(xué)知識，選擇儀器、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中設(shè)疑，將電池發(fā)展史上遇到的兩個(gè)重要問題在課堂中再現(xiàn)，展示在大家面前。同學(xué)的思維產(chǎn)生激烈碰撞。聯(lián)系生活實(shí)際，去尋找解決的方法。自然的將電池的發(fā)展史與本節(jié)課的內(nèi)容“化學(xué)電源”聯(lián)系起來。本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)事實(shí)設(shè)疑，又以實(shí)驗(yàn)事實(shí)釋疑。讓學(xué)生覺得化學(xué)就在我們身邊，從而激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣及環(huán)保意識。