第四章 实验活动5 制作简单的燃料电池 课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

实验活动5 制作简单的燃料电池 年 级：高二年级 学 科：化学（人教版） 基础教育精品课 1 实验目的 1 理解燃料电池的工作原理 2 设计和制作一个氢氧燃料电池 燃料电池工作原理示意图 （人教版2020版化学选修1第98页） 将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源叫做燃料电池。 H2、CH4、C2H5OH等 O2等 燃料 氧化剂 实验原理 e- 负极室 正极室 电解质 质子 交换膜 实验原理 氢氧燃料电池工作原理示意图 （人教版2020版化学选修1第98页） H2 O2 e- 负极室 正极室 电解质 氢氧燃料电池 1.酸性环境 正极：O2+4e-+ 4H+ =2H2O 负极：H2-2e-=2H+ 总反应：2H2+O2=2H2O 2.碱性环境 正极：O2+4e-+ 2H2O = 4OH- 负极：H2-2e- + 2OH-=2H2O 总反应：2H2+O2=2H2O 质子 交换膜 分析得失电子 考虑环境 检查得失电子守恒、电荷守恒、质量守恒 实验原理 甲烷燃料电池工作原理示意图 （人教版2020版化学选修1第98页） CH4 O2 e- 负极室 正极室 电解质 甲烷燃料电池 1.酸性环境 正极：O2+4e-+ 4H+ = 2H2O 负极：CH4 -8e- + 2H2O = CO2+8H+ 总反应：CH4+2O2= CO2+2H2O 质子 交换膜 实验原理 甲烷燃料电池工作原理示意图 （人教版2020版化学选修1第98页） CH4 O2 e- 负极室 正极室 电解质 清洁、安全、高效 质子 交换膜 甲烷燃料电池 2.碱性环境 正极：O2+4e-+ 2H2O = 4OH- 负极：CH4 - 8e- +10OH- = CO32- + 7H2O 总反应：CH4+2O2 +2OH- = CO32- + 3H2O 实验用品 仪器： U形管、石墨棒、3-6V直流电源、鳄鱼夹、导线、开关和电流表。 药品：1mol·L-1Na2SO4溶液、酚酞溶液。 7 实验步骤 1.电解水 主要操作： 在U形管中注入1mol·L-1的Na2SO4溶液，然后向其中滴加几滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接电源。再闭合K1，接通直流电源开始电解，观察现象。 氢氧燃料电池装置示意图 （人教版2020版化学选修1第119页） 通电 2H2O 2H2↑+ O2↑ 实验步骤 电解水 阳极 阴极 两极产生气泡，阴极附近溶液变红 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 总反应： 氢氧燃料电池装置示意图 （人教版2020版化学选修1第119页） 1.电解水 实验步骤 2.制作一个氢氧燃料电池 主要操作： 当上述电解过程进行1-2min后，打开K1，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表相连，闭合K2，观察现象。 氢氧燃料电池装置示意图 （人教版2020版化学选修1第119页） 实验步骤 2.制作一个氢氧燃料电池 氢氧燃料电池 正极 负极 电流表指针偏转 O2+4e-+2H2O=4OH- H2-2e-=2H+ 2H2+O2=2H2O 总反应： 氢氧燃料电池装置示意图 （人教版2020版化学选修1第119页） 问题和讨论 列表比较电解水的原理和氢氧燃料电池的工作原理。 通电 2H2O 2H2↑+ O2↑ 电解水 阳极 阴极 两极产生气泡，阴极附近溶液变红 2H2O-4e-=O2↑+4H+ 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 总反应： 氢氧燃料电池 正极 负极 电流表指针偏转 O2+4e-+2H2O=4OH- H2-2e-=2H+ 2H2+O2=2H2O 总反应： 课堂延伸——制作金属燃料电池 金属燃料电池以活泼金属为负极，空气中的氧气在正极放电，所以也称为金属-空气电池。它以原材料丰富、能量密度高、轻便、安全可靠、环保、价格低廉等优点被称为21世纪最具开发前景的绿色能源之一。 课堂延伸——制作金属燃料电池 请以下列装置和药品设计制作一个Zn-空气燃料电池： 铜片 滤纸 锌片 鳄鱼夹 塑料棒 铜片 滤纸 锌片 铜片 药品： 1mol·L-1的Na2SO4溶液、活性炭 装置： 课堂收获 1 理解了燃料电池的工作原理 2 学会了设计和制作一个氢氧燃料电池 3 学会了设计和制作一个Zn-空气燃料电池 $$