中国学术文献网络出版总库

刊名: 教学与研究
        Teaching and Research
主办:  中国人民大学
周期:  月刊
出版地:北京市
语种:  中文;
开本:  大16开
ISSN: 0257-2826
CN:   11-1454/G4
邮发代号: 2-256

历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953

该刊被以下数据库收录:
CSSCI 中文社会科学引文索引(2012—2013)来源期刊(含扩展版)
核心期刊:
中文核心期刊(2011)
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)



《二轮复习直击高考——电化学》课堂设计

【作者】 王赛萍

【机构】 (浙江省宁波市镇海区龙赛中学)


【正文】电化学是高考命题的热点,高考命题中经常把新型的电池材料和电化学知识相结合,让学生在陌生的情景中提取信息,结合化学的主干知识,筛选出和题意相关的内容,进行重组,使化学基础知识和实际应用深度融合,从而做出合理解答。
  随着互联网、大数据、人工智能的发展,我们可以随时随地获取信息,使工作、学习变得有效、快捷,这一切都归功于能量供给技术——主要是锂电池的快速发展。《二轮复习直击高考——电化学》,意图把电池业的领军材料——锂电池的发展串成主线,紧扣《考试说明》,精选历年关于锂电池材料的电化学真题,让学生在学后再认识,构建电化学复习的模式,课堂主要从以下三点阐述。
  一、“以锂电池的发展历史”作为线索,重新认识学习电化学的意义
  猜一猜:(2017·上海高考真题15.)能量转化率大;氧化剂和还原剂可以不断从外部输入;电极产物可以不断输出;且能代替汽油作为汽车的动力,能持续使用的新型电池为
  A.锂电池    B.燃料电池  C.干电池    D.铅蓄电池
  介绍电池发展的历史:1859年,法国人科学家发明了铅蓄电池,缺点是其能量密度太低,小型设备不适用。一百年后,科学家们建立起完善的电池理论,但未寻找到高能量低密度的电池材料。20世纪70年代,金属锂使用取得了突破,一家加拿大公司使用金属锂作为阴极材料,大规模生产了这种新型电池,但安全性不够,锂电池被打入冷宫。
  1980年,Goodenough的团队做出突破,他们发现锂的金属氧化物既能释放锂离子,也更为稳定,安全隐患更低,非常适合用作锂电池的电极材料,其中钴酸锂(LiCoO2)就是一种。时至今日,我们依旧可以在手机、平板、相机等移动设备的电池中找到这种材料。
  阴极材料的问题解决了,阳极材料的发展遇到了瓶颈, 1985年,吉野彰利用钴酸锂和聚乙炔制造出了第一块现代锂电池。基于该技术,索尼与旭化成株式会社在1991年联合推出了第一块商用锂电池。
  2019年10月9日,瑞典皇家科学院宣布,诺贝尔化学奖由约翰·B·古迪纳夫(John B.Goodenough)、斯坦利·惠廷厄姆(M.Stanley Whittingham)和吉野彰(Akira Yoshino)3位科学家分享。以表彰他们在锂电池发展上做出了杰出贡献。
  他们被称为“锂电池之父”
  “他们创造了一个可充电的世界”
  从手机到笔记本电脑和电动汽车的各个领域。它还可以储存大量来自太阳能和风能的能源,使一个无化石燃料的社会成为可能。
  2020年我国占全球锂离子电池产量的62%。
  二、见识”以锂离子新型材料命题的高考题“设置,主动建构复习模型
  锂电池的全面突破:第一阶段:1975年Li/MnO2开发成功,实现了商业化生产和应用,锂一次性电池的成功激起了二次电池的研究热潮。
  锂金属电池
  ① 锂—二氧化锰电池
  ② 总反应式为:Li+MnO2===LiMnO2   写也其负极、正极电极反应式。
  该电池的电动势为2.69V,重量轻、体积小、电压高、比能量大,充电1000次仍能维持其能力的90%,贮存性能好,已广泛应用于电子计算机、手机、无线电设备等。
  ②全固态锂硫电池
  (2017·全国高考真题12.)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)。







  下列说法错误的是
  A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
  B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g
  C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
  D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
  第二阶段:石墨为负极,LiCoO2为正极的商业化锂离子电池,标志着电池工业的一次革命,1991年日本索尼公司采用了这个成果
  (2007·天津高考真题18.)天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2),充电时LiCoO2中Li被氧化,Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中,以LiC6表示。电池反应为LiCoO2+ C6           CoO2+ LiC6,下列说法正确的是
  A.充电时,电池的负极反应为 LiC6- e-= Li + C6
  B.放电时,电池的正极反应为 CoO2+ Li++ e-= LiCoO2
  C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
  D.锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
  (2014·天津高考真题15.)已知:锂离子电池的总反应为:
  LixC+Li1-xCoO2                 C+LiCoO2,锂硫电池的总反应为:2Li+S
            Li2S,有关上述两种电池说法正确的是






  A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移
  B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应
  C.理论上两种电池的比能量相同
  D.上图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
  (2008·广东高考真题22.)LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。电池反应为:FePO4+Li
LiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含U导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是( )
  A.可加入硫酸以提高电解质的导电性
  B.放电时电池内部Li+向负极移动.
  C.充电过程中,电池正极材料的质量减少  
  D.放电时电池正极反应为:FePO4+Li++e-=LiFePO4
  锂离子二级电池整合:
  锂离子嵌入石墨中形成负极材料石墨锂(LixC6);正极材料一般为含Li+的化
  合物,目前常见的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4(锰酸锂)等;电解质分为液态有机电解质和聚合物电解质。
  第三阶段:“锂-空气电池”在美国横空出世,储能最高可达锂离子电池的5倍
  (2018·浙江高考真题3.)锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示下列说法不正确的是









  A.金属锂作负极,发生氧化反应
  B.Li+通过有机电解质向水溶液处移动
  C.正极的电极反应:O2+4e—==2O2—
  D.电池总反应:4Li+O2+2H2O==4LiOH
  构建电化学知识运用于二次电池模型:







  三、见证“锂离子电池发明“的曲折进程,感受科学家的不懈奋斗精神
  锂电池发明一路走来,凝聚了无数科学家的心血,就象Goodenough,他把毕生的精力都投入到锂电池行业,因为锂电池的枝晶问题依然像幽灵一样,困扰着锂电池行业,也让锂电池难以承担引领人类未来的重任,在90岁高龄时,他毅然决定投身到固态电池的研发中去。 
  Goodenough曾说过“我们有些人就像是乌龟,走得慢,一路挣扎,到了而立之年还找不到出路。但乌龟知道,他必须走下去。这种贯穿一生的爬行有可能带来好处,尤其是在你穿越不同领域,一路收集各种线索的情况下。你得有相当多的经验,才能把不同的想法融汇在一起。”正是这种孜孜不倦的学习和钻研精神,让他们发明了锂电池,并馈赠给整个人类。
  践行“生命成长型”课堂的理念,课堂不纯粹是知识的堆积,学生在学习中感悟知识的获得过程,感悟获得知识的学习方法和能力,感悟知识带给人类工作和生活的便捷,感悟知识背后所蕴含的技术发展对人类进步的重大作用,感悟科学家对待事业的孜孜不倦……探索不止,未来可期。