第四章 实验活动5 制作简单的燃料电池 教学设计 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

该高中化学教学设计围绕燃料电池的基本概念和工作原理展开，通过回顾原电池与电解池原理导入实验，搭建旧知到新知的学习支架，梳理电化学装置的内在联系。 以“电解水-制燃料电池”实验探究为主线，结合协作讨论深化原理理解，学生动手制作模型并对比分析装置差异，体现科学思维与科学探究与实践素养，提升创新与动手能力，助力教师高效突破重难点，促进学生深度学习电化学知识。

教学设计 课程名称 实验探究5 制作简单的燃料电池 授课类型 新授课 授课对象 授课时间 课时 1课时 教材 人教版选择性必修1 教学目标及教学重点、难点 1.了解燃料电池的基本概念和工作原理。 2.认识不同类型的燃料电池及其应用。 3.动手制作简单的燃料电池模型，体验燃料电池的工作原理。 重点：燃料电池的基本概念和工作原理 难点：燃料电池的基本概念和工作原理 核心素养 宏观辨识与微观探析:能从宏观与微观结合的视角对燃料电池的制作进行分类和表征。通过制作燃料电池的实践活动深入了解燃料电池的基本原理、组成结构、工作过程及优缺点等能源知识。 证据推理与模型认知:运用电化学模型认识并分析原电池的原理并能制作简单的燃料电池，培养学生的创新思维、动手实践能力等多方面的核心素养。 变化观念与平衡思想:能说明燃料电池的基本概念和工作原理;运用电化学的原理解决燃料电池的问题，树立平衡观的思想，提高综合应用能力。 科学探究与创新意识：运用化学实验等方法进行实验探究，制作燃料电池需要创新思维，探索不同的制作方法和材料选择。敢于尝试，勇于创新，培养学生在解决问题时的创新思维和创造力。 教学方法和手段 PPT 教学过程(表格描述) 教学 环节 主要教学活动 设置意图 引入 新课 【引入】你还记得原电池和电解池的原理、特性吗？ 回顾原电池和电解质的原理 回顾知识，引出实验 新课讲授 环节一：实验探究 PPT展示 【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。 【实验用品】 一只U形管、两根石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3~6V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。 1 mol· L-1 Na2SO4溶液、酚酞溶液。 【实验步骤】 1.电解水。 在U形管中注入1 mol·L-1 Na2SO4溶液，然后向其中滴加1~2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。闭合K1，接通直流电源开始电解，观察现象。 2.制作一个氢氧燃料电池。 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(或发光二极管、音乐盒等)相连，闭合K2，观察现象。 【学生】根据原电池和电解池的工作原理，回答以上两个实验的现象。 1.现象：两极石墨棒均产生气泡 ，右侧石墨棒附近溶液变红。 2. 现象：电流表指针发现偏转。 【问题和讨论】 【学生】列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。 氢氧燃料电池 电解水 能量转化 电能→化学能 化学能→电能 装置 电极反应式 负极：2H2－4e－===4H+ 阳极：2H2O－4e－===O2↑+4H+ 正极：O2+H2O+4e－===4OH－ 阴极：4H2O+4e－===2H2+4OH－ 总反应：2H2+O2===H2O 总反应：2H2O2H2↑+O2↑ 电子流向 负极→正极 负极→阴极，阳极→正极 离子流向 阳离子→正极，阴离子→负极 阳离子→阴极，阴离子→阳极 反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应 环节二：协作讨论 【过渡】根据以上实验的原理、现象及结论，完成下列思考与讨论。 【思考】1.电解水时，选用硫酸钠溶液而不用蒸馏水，为什么? 【学生】硫酸钠溶液的导电性好，电解效率高。 【思考】用惰性电极电解硫酸钠溶液时，为何实质上是电解水? 【学生】用惰性电极电解硫酸钠溶液时，阳离子放电顺序为 H+>Na+，H+在阴极得电子生成H2，而阴离子放电顺序为 OH－>，OH－在阳极上失电子生成O2，故实质上是电解水。 【思考】把 Na2SO4溶液改为NaOH溶液时，两极的电极反应是什么？ 【学生】阳极：4OH-－4e- ===O2↑+2H2O 阴极：4H2O+4e- ===2H2↑+4OH- 【思考】4.电解NaOH溶液完成后，迅速断开 K1，闭合K2。两极的电极反应是什么? 【学生】负极：2H2+4OH-－4e- ===4H2O 正极：O2+2H2O+4e- ===4OH- 【思考】把 Na2SO4溶液改为H2SO4溶液时,两极的电极反应是什么? 【学生】阳极: 2H2O－4e-===O2↑+4H+ 阴极:4H++4e-===2H2↑ 【思考】若设计甲烷碱性(KOH 溶液)燃料电池,正、负极分别通入什么气体?写出电极反应式。 【讨论】负极通入甲烷,电极反应式：CH4+10OH-－8e-===+7H2O 正极通入氧气,电极反应式：O2+2H2O+4e-===4OH- 培养学生对实验的设计及操作能力 小组讨论，提高团结协作的能力 课堂练习 完成课堂练习 通过巩固练习强化对知识的理解和掌握 课堂 总结 总结梳理本节课核心知识 教学设计反思 本次教学的主要目标是帮助学生掌握燃料电池的基本工作原理。通过教学实践，大部分学生能够完成燃料电池的制作，并对其工作原理有了基本的了解。然而，对于部分理论知识的深入理解和应用方面，还需进一步加强。然而，仍有少数学生对活动的兴趣不高，参与度较低。针对这一情况，我认为可以通过改进教学方法和增加互动环节来提高学生的参与度。 学科网（北京）股份有限公司 $