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视频标签：液钒电池,设计与改进
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视频课题：人教版高二化学必修2第四章《液钒电池的设计与改进》北京市朝阳外国语学校
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北京市朝阳外国语学校教案 化学教研组
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课时教案 课题 液钒电池的设计与改进 教案编号 课型 复习课 授课年级 高二 课时
1
授课时间
授课人
姚旺
课标要求
认识化学能与电能相互转化的实际意义及重要应用；了解原电池及常见的化学电源的工作原理；了解电解池的工作原理，认识点解在储存能量中的具体应用。 认识弱电解质在水溶液中存在电离平衡；了解溶液pH的调控在工农业生产和科学研究中的应用。
内容分析 以设计和改进液钒电池为问题情景，利用弱电解质的性质解决问题，帮助学生强化落实电化学和水溶液的分析思路。
学情分析
学生已学完化学反应原理，能够根据总反应设计电池；知道弱电解质存在电离平衡，知道通过平衡移动调控反应，但是不能将电化学知识和水溶液体系进行有机结合，解决实际问题。 教学目标
① 通过液钒电池的设计，复习电化学分析思路
② 通过对电池电解液的改进，帮助学生梳理水溶液体系问题的分析思路
③ 通过装置优化过程，帮助学生形成通过分析微粒的迁移、电极反应、以及水溶液中微粒
的相互作用预测和调控微粒种类和浓度的思路 板书设计
液钒电池的设计与改进
教学重点 强化电化学问题和水溶液体系问题的分析思路 教学难点 将电化学分析思路和水溶液体系分析思路相关联
教学环节 所需时间
教学内容
设计意图
教学反馈 教师活动
学生活动 环节一：初步设计液钒二次电池装置
【背景介绍】
太阳能和风能发电是国家大力开发的新能源。但由于风能和太阳能的产生与天气因素密切相关，因此电能的供给不稳定。这种不稳定会导致电网体系发
生安全事故。 二次电池可以吸收电能并在需要时释放电能，解决电力的产生与消费矛盾。因此研究开发高效率，大容量的二次电池是电力能源可持续发展的关键。其中，液钒电池因其存储容量大，具有很高的研究价值。
复习电化学问题分析思路
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【提问】请你设计一个可进行充放电的二次液钒电池，在下图中填写电极材料，两极室的电解质溶液以及离子交换膜（可选的离子交换膜有阴离子交换膜、阳离子交换膜或质子交换膜） 电池总反应如下： 放电
Zn+2VOSO4+2H2SO4==ZnSO4+ V2（SO4）3+2H2O
充电
【提问】请分析你所设计电池充放电时的工作原理，并说明离子交换膜选择的依据？
设计、展示并分析
思考并回答
环节二：通过分析微粒变化，优化装置
【资料】要想保证电池工作时有稳定的输出电流，硫酸氧钒溶液中的氢离子需要维持在较高浓度下，每1mol/L 的硫酸氧钒溶液中约需要3mol/L的氢离子
【提问】现有装置能否满足放电过程中氢离子浓度稳定？为什么？
【提问】请通过在电池内部添加物质的方法，解决放电过程中氢离子浓度不够稳定的问题。并解释选择该物质的理由。
【启发】你认为添加物质应该具有怎样的性质？该物质添加的位置是什么？该物质在电池充放电过程中会发生怎样的变化？
【分析】考虑往右极室加什么物质之前，需要思考这里面有什么物质或微粒？这些物质或微粒具备哪些性质？请你先分析右侧极室水溶液具备的性质，再考虑一下，刚才加的物质哪些可以，哪些不行，你的理由是什么？
【总结】所以大家关注了加进新物质或微粒后，水溶液体系中的微粒的相互作用，这种相互作用也能导致微粒浓度发生变化。
【提问】我们发现在右侧极室加这些物质都不行。某研究者的改进方案如下，试分析该方案中加入物质的作用，并讨论该方案是否可行？
学生回答
思考讨论
各组同学展示结果，并说出理由
思考讨论 解释理由
学生讨论
引导学生关注电极反应对微粒浓度的影响
引导学生关注电解质溶液中微粒的种类和变化对微粒浓度的影响
总结水溶液问题的分析思路
引导学生利用平衡移动原理解决问题
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【提问】若在该方案的基础上继续优化，改进方向是什么，具体方法是什么？ 【实验验证】
【总结】醋酸-醋酸钠的混合溶液中加少量的强碱或强酸，混合溶液pH的变化不大。
学生讨论
【拓展与应用】
【资料】电路中每转移1mole-
,就会转移
1molH+
问题：通过定量分析 液钒电池 充放电时微粒的迁移数量，判断右侧极室的pH值是否足够稳定？是否还需要改进？
分析
通过定量分析液钒电池工作原理，对弱电解质的性质再认识
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