化學(xué)電源教學(xué)設(shè)計(jì) 高中化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第四章第一節(jié)第三課時(shí)

《化學(xué)電源2燃料電池》教學(xué)設(shè)計(jì)

一、課標(biāo)解讀

1、內(nèi)容要求：認(rèn)識(shí)不同類(lèi)型燃料電池實(shí)際意義以及應(yīng)用

了解不同類(lèi)型燃料電池，并應(yīng)用化學(xué)原理分析燃料電池工作原理以及應(yīng)用

2、學(xué)業(yè)要求：燃料電池的工作原理，電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)規(guī)律，以及燃料電池的綜合應(yīng)用

二、教材分析

對(duì)于燃料電池的引入，新教材采用了格羅夫設(shè)計(jì)和發(fā)明燃料電池的史實(shí)和思路，可見(jiàn)，本節(jié)

有關(guān)燃料電池的思考與討論有利于拉進(jìn)近學(xué)生與科學(xué)家、科學(xué)史的距離，降低學(xué)習(xí)難度并發(fā)

展學(xué)生社會(huì)態(tài)度與責(zé)任觀。同時(shí)第一第二課時(shí)引導(dǎo)學(xué)生從一種原電池的具體裝置抽象形成原

電池的一般模型，通過(guò)模型的建構(gòu)，燃料電池內(nèi)容上可看成是原電池模型在實(shí)際應(yīng)用中的遷

移，學(xué)生在原有模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上遷移來(lái)認(rèn)識(shí)并分析實(shí)際應(yīng)用的燃料電池，充分發(fā)揮語(yǔ)言、

圖示和想象等形式來(lái)把握原電池工作原理，達(dá)到解決實(shí)際問(wèn)題的思維模式，實(shí)現(xiàn)從抽象到實(shí)

踐。整個(gè)過(guò)程由分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提取原理，蘊(yùn)涵微觀探析與宏觀辨識(shí)；形成模型并具備思維方

法，發(fā)展了學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知：再遷移到實(shí)際應(yīng)用，科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)是最終素

養(yǎng)體現(xiàn)，因此燃料電池在原電池第三課時(shí)顯得尤為重要。

三、學(xué)情分析

通過(guò)前面學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)可以分析一種原電池的具體裝置，并且基本了解原電池裝置基本工

作原理，還通過(guò)一次電池、二次電池的遷移知道生活中的原電池應(yīng)用模型，但燃料電池種類(lèi)

多，燃料電池電介質(zhì)環(huán)境各異，學(xué)生面對(duì)陌生燃料電池的遷移，并在不同電介質(zhì)環(huán)境中書(shū)寫(xiě)

電極方程式相對(duì)困難，模型的遷移應(yīng)用能力還比較弱。

四、素養(yǎng)目標(biāo)

【教學(xué)目標(biāo)】

I、能了解不同類(lèi)型燃料電池燃料電池的應(yīng)用

2、能根據(jù)原電池工作原理分析燃料電池模型

3、能書(shū)寫(xiě)不同介質(zhì)燃料電池電極反應(yīng)方程式

【評(píng)價(jià)目標(biāo)】

1、通過(guò)不同燃料電池原理的觀察、分析與討論，診斷學(xué)生對(duì)不同類(lèi)型燃料電池的認(rèn)識(shí)程度。

2、通過(guò)不同類(lèi)型燃料電池的展示，診斷學(xué)生分析陌生情境燃料電池工作原理的能力。

3、通過(guò)不同電極方程式設(shè)計(jì)燃料電池，診斷學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意

識(shí)的素養(yǎng)能力。

五、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：燃料電池的應(yīng)用以及電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)規(guī)律

難點(diǎn)：電極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)規(guī)律在題型中的應(yīng)用

六、教學(xué)方法

建立模型

交流合作

認(rèn)識(shí)模型學(xué)法/演繹推理

教法

應(yīng)用模型.燃料電池\總結(jié)歸納

評(píng)價(jià)模型

七、教學(xué)思路

燃料電池

教學(xué)目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖素養(yǎng)水平

介紹燃料電池先入為主，落實(shí)

的概念及燃料—燃料電池概念的—水平1

電池的優(yōu)點(diǎn)及基本認(rèn)識(shí)

用途

—建立模型知識(shí)回顧：初溫故知新，激發(fā)

高中常見(jiàn)的燃—學(xué)生對(duì)已有知識(shí)—水平2

料燃燒化學(xué)方的思考

程式書(shū)寫(xiě)

介紹最簡(jiǎn)單的通過(guò)對(duì)氫氧燃料

氫氧燃料電池電池的介紹，引

—認(rèn)識(shí)模型的工作原理以—導(dǎo)學(xué)生跳出原有

及電極反應(yīng)式知識(shí)的桎梏，接

觸電極式的書(shū)寫(xiě)

學(xué)生自主書(shū)寫(xiě)

甲烷燃料電池—水平3

—在堿性電解液

下的電極反應(yīng)觸類(lèi)旁通，使學(xué)

式自主熟悉書(shū)寫(xiě)燃

應(yīng)用模型料電池電極方程

學(xué)生自主書(shū)寫(xiě)式的書(shū)寫(xiě)的思維

甲醇燃料電池過(guò)程

—在堿性電解液

下的電極反應(yīng)

式

總結(jié)歸納燃料

電池的工作原

提煉書(shū)寫(xiě)燃料電

理，并通過(guò)隨—水平

1—堂練習(xí)。讓學(xué)」池電極方程式的4

」評(píng)價(jià)模型

生分析燃料電一般方法，做到

池電極方程式對(duì)不同的題目以

書(shū)寫(xiě)的技巧不變應(yīng)萬(wàn)變

八、教學(xué)過(guò)程

教教教學(xué)活動(dòng)

學(xué)學(xué)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)

內(nèi)環(huán)意圖

容節(jié)

導(dǎo)引圖片《常見(jiàn)燃料電池應(yīng)用以及阿波羅飛船電池》傾聽(tīng)激發(fā)學(xué)生學(xué)

課入定義：持續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換習(xí)興趣

成電能的化學(xué)電池。

優(yōu)點(diǎn):能量轉(zhuǎn)化率高，可持續(xù)提供電能，不污染

環(huán)境

用途:宇宙飛船，應(yīng)用前景廣闊

復(fù)

習(xí)進(jìn)行回顧練習(xí)檢查學(xué)生對(duì)

知己復(fù)習(xí)知識(shí)

次識(shí)回顧初高中常見(jiàn)的燃料燃燒(甲烷、甲醛)化學(xué)的掌握情

電回方程式?jīng)r，為“燃料

池顧電池''的學(xué)

的習(xí)作鋪墊

知

識(shí)

【展示圖片】燃料電池種類(lèi)很多，現(xiàn)以阿波羅氫觀察圖片。分析燃料電

氧燃料電池為例說(shuō)明工作原理。池的工作原

燃經(jīng)理，加深學(xué)

負(fù)載

思考、分析、理

料典----------生對(duì)原燃料

電例解、傾聽(tīng)。知識(shí)的鞏固

―>

池析■壬和運(yùn)用，培

多

多■

養(yǎng)學(xué)生的分

孔

孔

碳

碳析能力。學(xué)

載

載

鍥

鍥1生主要為聽(tīng)

講及記錄筆

氫氣---:—氧氣記為主，利

用最簡(jiǎn)單的

O圖1-5-1"阿波羅"飛船履依燃料電池燃料電池原

部分結(jié)構(gòu)示意圖

理，激發(fā)學(xué)

【認(rèn)識(shí)氫氧燃料電池】生對(duì)燃料電

電池總反應(yīng)：2H2+。2=2比。池的理解，

(1)堿性介質(zhì)氫氧燃料電池為后續(xù)甲醇

負(fù)極(Pt)：2H2-4e+4OH=4H2O燃燒的燃料

正極(Pt)：O2+2H2O+4e-40H電池電極方

【小結(jié)】燃料電池的規(guī)律程式書(shū)寫(xiě)埋

(1)燃料作負(fù)極，助燃劑氧氣為正極下伏筆。

(2)電極材料一般不參加化學(xué)反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子

和催化的作用。

燃料電池與前幾種電池的差別：

(1)氧化劑與還原劑在工作時(shí)不斷補(bǔ)充打破電池

容量限制；

(2)反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出，無(wú)污染；由實(shí)際的載

(3)能量轉(zhuǎn)化率高(超過(guò)80%),普通燃燒過(guò)程能量人航天器阿

轉(zhuǎn)換率只有30%,有利于節(jié)約能源。波羅飛船堿

性燃料電池

【從阿波羅飛船堿性燃料電池探析應(yīng)用前景】工作原理分

堿性燃料電池優(yōu)勢(shì)很明顯，為什么不直接進(jìn)一步析，讓學(xué)生

使用到載人航天器上？科學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐發(fā)了解到堿性

現(xiàn)，堿性燃料電池生成的水能降低電解質(zhì)氫氧化燃料電池一

鉀的濃度，電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力下降，降低電池般用作短壽

內(nèi)阻可以提高電池工作效率，從而增大電池單位命的載人航

質(zhì)量輸出的電能，電池內(nèi)阻和離子導(dǎo)體導(dǎo)電性等天器電池，

因素有關(guān)，我們就來(lái)看一看他們的關(guān)系，請(qǐng)看一存在缺陷，

下表格引發(fā)認(rèn)知沖

突，從而激

資料1降低電池內(nèi)阻可以提高電池的工作效生，從而增大電池單隹灰■輸出的電影。發(fā)學(xué)生思考

電池內(nèi)阻和離子導(dǎo)體的導(dǎo)電性等因素有關(guān)。

更換不同電

表1-5-1在298K時(shí)，無(wú)限稀蟀溶液中幾沖離子的無(wú)陽(yáng)堀底摩爾電號(hào)孌

離子腫類(lèi)H,OHySOf*1ClyCOr!K-Na,介質(zhì)，引入

「無(wú)限貓降廉爾電導(dǎo)率不同類(lèi)型電

"/(Sm'mH，)產(chǎn)商“。79.876.347273.5250.11

介質(zhì)燃料電

I(摩爾電導(dǎo)率是指把含有Iniol電郵盾的淀液工十相花，位距總的電導(dǎo);電的商個(gè)平仔電

!收之何葉所具有的電導(dǎo)摩爾電導(dǎo)率越大.落款的導(dǎo)電M?篇好)池的介紹以

［過(guò)渡】氫離子導(dǎo)電性很強(qiáng),如果把】氧燃料電及電極方程

池堿性變?yōu)樗嵝越橘|(zhì)，電池反應(yīng)如何？式的書(shū)寫(xiě)

^3

H+定向移動(dòng)到正極，在負(fù)極生成，在正極消耗

(2)酸性介質(zhì)氫氧燃料電池

+

負(fù)極(Pt)：2H2-4e-4H

+

正極(Pt)：O2+4H+4e-=2H2O

板電池總反應(yīng)：2H2+。2=2出0理解電極方

書(shū)(1)酸性介質(zhì)氫氧燃料電池思考，記錄筆記。程式的寫(xiě)

總負(fù)極(Pt)：2H2-4e=4H+法。

結(jié)+

正極(Pt)：O2+4H+4e-2H2O

(2)堿性介質(zhì)氫氧燃料電池

負(fù)極(Pt)：2H2-4e+4OH-4H2O

正極(Pt)：O2+2H2O+4e-40H-

書(shū)在酸性介質(zhì)

寫(xiě)自下的電極方

電主若將上述堿性電池中的氣體燃料換成液體甲醇，程式相對(duì)比

極學(xué)請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式思考?、分析、總較簡(jiǎn)單，加

方習(xí)2、甲醇燃料電池結(jié)。強(qiáng)學(xué)生思

程活總反應(yīng)式：2cH3OH+3O2+4KOH=2K2co3+6H2O考。讓學(xué)生

式動(dòng)正極：2Ch+8e-+4H2O=8OH-總結(jié)出在堿

2

負(fù)極：CH3OH-6e-+8OH-CO3+6H2O性介質(zhì)時(shí)不

同燃料電極

反應(yīng)方程

式，培養(yǎng)學(xué)

生的理解能

力和對(duì)比能

力。

書(shū)自若將上述燃料電池中的電解質(zhì)換成固體氧化倍-讓學(xué)生總結(jié)

寫(xiě)主氧化鈕熔融鹽，請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式出雖在不同

電展3、氧化結(jié)-氧化鈕熔融鹽介質(zhì)燃料電池的介質(zhì)電

極示思考、分析、總極反應(yīng)方程

1/20,（干燥）

方結(jié)。式培養(yǎng)學(xué)生.

廠分2e.1爹一多孔電極a

程的理解能力

式2e-1和對(duì)比能

f\o2固體電解質(zhì)力。

［凌2^7繆一多孔電極b

1\

H2H2O

總反應(yīng)式：2H2+。2=2比0

正極：O2+4e-=2C）2-

2

負(fù)極：H2-2e+O-H2O

變?cè)O(shè)若將上述燃料電池中的電解質(zhì)換成熔融的碳酸

式置鹽，請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式

練情總反應(yīng)：2H2+。2=2比0

習(xí)境正極：Ch+4e-+2co2=2CO33

2

負(fù)極：H2-2e+2CO3=H2O+CO2

H負(fù)載卜|力-

電極《e-e\當(dāng)極b

、/

A=|熔融鹽Z

怎樣書(shū)寫(xiě)燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？

總攻書(shū)寫(xiě)步驟：

結(jié)關(guān)1、寫(xiě)出燃燒反應(yīng)；對(duì)甲醇燃料電池培養(yǎng)學(xué)生的

歸秘2、根據(jù)電解液改寫(xiě)燃料電池總反應(yīng)；的變式練習(xí)進(jìn)行遷移能力和

納籍3、寫(xiě)出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡(jiǎn)單)；思考和分析。分析能力

正極反應(yīng)一般為：

+

①酸性介質(zhì)O2+4H+4e-2H2O

②堿性介質(zhì)O2+2H2O+4e=4OH

4、由燃料電池總反應(yīng)減去正極的電極反應(yīng)式得

負(fù)極的電極反應(yīng)式。其它常見(jiàn)化學(xué)電源的電極反

應(yīng)式也可據(jù)此寫(xiě)出

鞏典(補(bǔ)充習(xí)題)L。一種以肺(N2H4)為燃料的電池學(xué)生獨(dú)立完成通過(guò)實(shí)際應(yīng)

固型裝置如圖所示。下列關(guān)于該燃料電池的敘述不正用遷移，重

練題確的是D難點(diǎn)突破情

習(xí)連A.電流從右側(cè)電極經(jīng)過(guò)負(fù)載流向左側(cè)電極況

接

B.負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為N2H4+4OH—4e

-^=N2+4H2O

C.該燃料電池的電極材料應(yīng)采用多孔導(dǎo)電材料，

以提高電極反應(yīng)物質(zhì)在電極表面的吸附量，并使

它們與電解質(zhì)溶液充分接觸

D.該燃料電池持續(xù)放電時(shí)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，

堿性減弱

-

—j丸,-

丘

r1

△匚11田

極

電離子

粵匚極'「交換膜

J—?

K()H部橄

板書(shū)設(shè)計(jì)

2,甲醇燃料電池

1、氫氧燃料電池

總反應(yīng)：2cH3OH+3()2+4KOH=2K2co3+6H2O

總反應(yīng)：2H2+02=2氏0

正極：302+12。+6H2O=12OH-

(1)酸性介質(zhì)氫氧燃料電池

負(fù)極：2cH3OH-12e+160H=2C(h2+12出0

負(fù)極(Pt):2H-4e=4H+

23、氧化鑄-氧化憶熔融鹽介質(zhì)燃料電池

+

正極(Pt):O2+4H+4e=2H2O

(2)堿性介質(zhì)氫氧燃料電池總反應(yīng)式：2H2+。2=2%0

2

正極：O2+4e-2O

2

負(fù)極：H2-2e+O=H2O

負(fù)極(Pt):2H2-4e+4OH=4H2O

正極(Pt):O2+2H2O+4e=4OH

4、爆融的碳酸鹽介質(zhì)燃料電池

總反應(yīng)：2H2+02=2%。

正極：Ch+4e+2co2=2CCV

2

負(fù)極：H2-2e+2CO3-H2O+CO2

課后練習(xí)

一、單選題

1.氫氧燃料電池是技術(shù)上比較成熟，并得到多方面應(yīng)用的燃料電池，其理論比能量達(dá)3600

瓦?時(shí)/千克，單體電池的工作電壓為0.8-0.97伏。下列說(shuō)法正確的是

A.電解水制取氫氣是理想而經(jīng)濟(jì)的制氫方法

B.發(fā)展氫氧燃料電池汽車(chē)不需要安全高效的儲(chǔ)氫技術(shù)

C.氫氧燃料電池汽車(chē)的使用可以有效減少城市空氣污染

D.氫氧燃料電池把氫氣和氧氣燃燒放出的熱能轉(zhuǎn)化為電能

2.下列發(fā)電廠（站）的電能由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化而成的是

ABCD

!

燃料電池發(fā)電站地?zé)岚l(fā)電廠風(fēng)力發(fā)電廠水力發(fā)電站

A.AB.BC.CD.D

3.如圖為氫氧燃料電池構(gòu)造示意圖，下列有關(guān)描述正確的是

A.H+向負(fù)極移動(dòng)B.O2在負(fù)極上反應(yīng)

C.反應(yīng)最終產(chǎn)物是H2OD.電子由正極通過(guò)導(dǎo)線流向負(fù)極

4.氫氧燃料電池已用于航天飛機(jī)。以30%KOH溶液為電解質(zhì)的這種電池在使用時(shí)的電極反

應(yīng)如下：2H2+4OH-4e-4H2O,O2+2H2O+4e-40H",下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

A.氫氣通入正極，氧氣通入負(fù)極

B.燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率不能達(dá)到100%

C.供電時(shí)的總反應(yīng)為：2H2+。2=2氏0

D.產(chǎn)物為無(wú)污染的水，屬于環(huán)境友好電池

5.阿波羅飛船中使用的燃料電池部分結(jié)構(gòu)的示意圖如下，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

多

名

一X

二

北

H??二J

趾

二

化?

?W二

三?

二

?

第?

二