《锂离子电池》实验案例教学设计与实施.docx

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1、锂离子电池实验案例教学设计与实施本节课介绍了一个实般案例的教学设计和实践情况，卯离子电池原理的深度学习。实粉案例包含理论和实践两个方面.一是以讲座的形式向学生介绍绿色化学及本研究课题设计的研窕对象的工作原理、性能参数及测试方法等.二是设计研究对思的实验课程，营造其实的研究实践环境：例如通过组装锂离子电池和超级电容器，利用循环伏安法和恒流充放电法测量其电化学性能和点亮二极管以判断其电压大小等一系列的实蛉操作,锻炼学牛的实践分析能力.开扩学科视野.培养学生化学实验素养和批判性思维的,增强学生的环保理念使其切身感受色能源和绿色化学的魅力.所有的实验案例均先在绿色化学社团实施，实施后根据学生反馈改进后

2、在班级实施，由于时间等因素，性能测试由学习小组学生操作完成，将测试好的数据提供班缎上课学生。教学安排学生每两人一组完成该实验项目的学习.安排学时2学时，第1学时进行埋论讲解.第2学时实践操作。教师准谷教学内容及实验药品器材等。教学策略本实5金案例中创设情境、概念学习和探尢原理、知识迁移、实践操作、学以致用五个环节构成（如下图.孜学环节学习任务核心素养教学过程（1）环节一、创设情境帅：以最新的新能源汽车为何遨对望.引出新型电池主跑.生：找出乘坐的公交车中哪些是新能源公交车.师：引导学生说出电池的种类，并进行分类。生：电池的种类有哪些，试着分类，分类详见下图.(ACt电*t热电咕*命生物电池师：引

3、导回顾原电池相关知识点。生，回顾归纳原电池的构成条件和工作原理（电极反应式）,粒子移动方向等.设计意图：新能源汽车的电池涉及的“电化学知识”是人教版高中化学必修2和选修4的核心内容。以身边的新能源汽车为引入点，可以消除学生与电化学知识的隔阖；通过电池的举例分类，锻炼学生信思整合能力,对电池有一个清晰的认识：从汽车到它的工作原理体现了宏观辨识,微观探析的思想.（2）环节二、狸齿子电池工作原理及特点师；向学生介绍锂电池的发展史，并引呼学生写出锂一次电池工作原理。生：回顾押一次电池工作原理。帅：介绍锂电池的发展史.对比讲述便一次电池和悝二次电池（傕阳子电池）的区别（工作原理）.生；学习锂掰子电池的工

4、作额理、书写电极反应方程式.怵：列出视!曲子电池与其他电池的对比数据对比，让学生总结优点。各电池性能对比除保电池像领电池铅酸电池WI离子电池押离广电器战位量甯度（Wh/Kg）45加O60-12030-50I1.OTv)100-130M环后命1500300-500200-300500-2000300-500单体Si定电JK（V）1.251.2523.63.6过充承受能力中等低I1.常低低月自放电率（）203051010生：锂离子电池具有能显密度高、Ifi环寿命好长、垠体撷定电压高、自放电率低、安全等优点，最主要的是无环境污染，是绿色电池,但是它的过充承受能力非常低。帅：为什么过充承受能力低？引导

5、学生从锂禺子电池的定义出发耕科过充的原因,从碳材料的结构角度解群过放的坏处.师：让学生推理三星手机电池爆炸事件可能存在的磔因.生A：有可能过充导致电池内部温度过高，电池正负电极间的网腹被饿坏，发生了短路，生B：可能长出了锲离子被还原成了期长出了神品技，帅：如何给手机正确充电呢？生：不过充过放，用手机专用充电头.设计意图：J解电池的前世今生助于学生对电池有更深刻的理斛，了解科研道路的漫长峙坦，但又永不言弃、追求更好.锲一次和钟离子电池的对比学习，让学生建立对比学习模型.以数据的形式引导学生总结便黑干电池的优法点.俵炼其信息整合能力,且对以前学习过的电池起到可认识的作用.分析星手机爆炸案例.让学生

6、学有所用，建立推理认知能力.增强学习的自信心，（注：据报道，三星为了提升手机电池的能崎密度、放电时间，采用了超薄隔膜材料，因此当高湿离压时，薄膜很容易破损，正他电极接触，造成短路）（3）环节三、学习锂-空气电池和悝成电池的工作原理怵：介绍锂-空气电池的结构，及其工作原理.放电时.金展锂失去电子变成锂离子，经过电解质到达正极，电子由外电路到达正极，氧气得电子发生还原反应，此过程化学能转化为电能;充电时，则相反。-空气电湎工作原看图生：学生学出电池电极反应式：a水系电解质负极：1.i-e1.i,正极：0?+2Hq+4c=4OH总反应式：41.i+O;+2H;O41.iOHb固体电解质负极：1.ie

7、=1.i正极：O2+4e2O2U1.iO2e2O总反应式：21.i+（1.-XhKX=1.iiO（X=O或1）师：介绍狸硫电池的结构，及其工作原理.锂破电池是通过金屈俚和硫之间的氯还原反应来存储、传递能业的.如下所示，在放电过程中，负极的金属锂锂被氧化，锂离子通电斛液到达破正极，电子则沿箱外电路到达正极：止极的硫发生还原反应，形成多硫化卯.破先技还原成易溶于仃机电解液的长院硫化俾（S1.1.iS-1.iSs一1.i2SC,再被还原为沉积在表面的固体短鞋硫化物（1.i1S4-1.i2Si-1.iiS）.充电时，过程反过来.（电也作原理生：写出电极反应方程武放电过程负极：1.i1.i+e正极tSs

8、+161.i+16e-81.i2S充电过程阴极：1.iFe-1.i阳极；81.i2S-Ss+61.i,+1.6e设计意图：视或电池和傕-空气电池是为了弥补镶电池的短板而研发的舒型电池，花高考中他们的身影并不陌生.从锂电池的工作原理到锂空气电电池的原理的学习,学生的知识迁移能力及推理能力得到充分的俄炼.同时学生的石图分析能力也达到定的潴炼，建立类比分析斛题的模型，(4)环节四、组装钾离子电池该过程学生配置Imo1.儿和6mo1.1.的KOH溶液,让学生探究出电解质溶液浓度对电压窗口的影响.需要注意的是在前置6mok1.的KoH溶液时，教师及助手一定要全程监珞，学生必须做戴实验手套，以防止意外少故

9、发生，因为高浓度的KoH溶液具有强糕蚀性，师：讲述抑离子电池的加装顺序，如卜图所示I负电极光一垫片一电解液一正电极片一电解液一隔膜一电解液一正电极片负电极片学生在提究!Ir子电池的蛆装而生：学生首先认识扣式钟电池的组件，学习小装娱序，配置电解质溶液，组装抑.离子电池点亮二极管.通过观察二极管的亮度判断电也大小.设计意图：这个环节为学生提供了现实的实验平台和学习情境,使学生的创造力、探究能力得以发挥，让学生在科学创新的实践中培养创新意识，(5)环节五、总结交流该环节是自由讨论环节,由教师主持各小组派代表分享实5金心得.A小组表示实验失数.因为组装的过程中没注意把隔朕弄破了，造成短路.H小组衣示他

10、们使用IBO1.儿的电解质溶液组装的电池，只能使二极管发州激弱的光，。小组表示，他们使用的6mo1.1.的电解被溶液组装的电池，能使二极管发出明亮的光。D小组同学说，他们使用的也是IroO1.儿的电解质溶液组装的电池.坦然一个电池为二极管功能发光很弱.但是串联了几个电池后,发现二极管的明亮程度随着华联电池数设而增f.K小组同学则用组装好的电池同时为多个:极管供电，是不过亮度不及一个：板管时。爆后经过讨改学生们得出结论，电解质的浓度与电池的电压在一定范用内成比例关系。讨论完试验本次试验后,学生提出疑问新组装出来的便禹干电池的电压除了用电某计测址外，在科研实验室时怎么测量的？OPPOr机的快充是怎

11、样做到的？为什么有的手机供电时间长，行的手机供电时间超？电极材料哪践,如何影响电池的性能？电池的寿命怎么测吊，怎么才能提高电池的寿命,完善电池的性能.制作出方命永恒的完美电池？教师一一为学生解答问题后，学生表示非常想去专业的实验室进行探究比如在手套箱的无氧环境下用有机电解液组袋电池，用不同的电极材料组奘电池并测试效果等.该环节表现了学生的科学态度和社会员任。也表现出学生对科研实骁的强烈兴趣，体现了一定的科学素养.（6）学以致用案例实施结束后，向学生发放了关于锂离干电池、金属-空气电池及锂硫电池的试卷.发放试卷47份，回收47份，完成率100%,成镇统计如图4所示。卷试赛满分为100分,及格人数

12、达到33人，及格率高达70.2%：90分以上的人数为8人，其中有两人得到得到了100分,优秀率为17.02%：分数在809）之间的人数是4人,良好率为8.5%：分数在7680之间的人数呆高,是12人，中等率占到25.5%.测试成绩不同体JK电池相关的成缜分布图结语高二、高三学生已经在人教版必修一、必修二和选脩四中学习过氧化还原反应和原电池相关的知识,因此本案例的开展非常顺利.从学生的课堂表现和反馈情况来看,学生非常喜欢这种类型的上课方式,贴近生活，解决了生活中常见的问遨并且对科研项目疔了一定的认识，也感受到了“边做边学”“做中学”的乐趣，该案例的实施对发散学生的思维能力得到了充分的锻炼，同时也表现出了强烈的探究欲望，比如在工找环节，除了学牛.自己想到的通过串联的方式提高电压外.不少学生还提出，是否电解质的浓度、电解质的种类、还有电极材料的种类也在影响其电压的大小等等.该案例的成功实.他.为后续拓展案例的实施打下坚实的基础.根据学生反馈,他们带型加强实验的完整性，以使了解完整的科研实验过程.基于此，后面的拓展实验案例便加强了实验教学的内容，