高一年级上册《氢燃料电池发电实验》教学设计

氢燃料电池发电实验教学设计一、教学目标：进一步了解认识氢能的优点。从电化学的角度认识氢燃料电池的发电原理。掌握几种实验室制取氢气的常用方法，并以制成的氢气作为原料进行氢燃料电池发电实验。通过设计并完成实验，培养学生动手操作能力和创新精神。二、教学重难点：氢气的制备以及氢燃料电池发电实验。教学方法：讲授法、实验法教学过程：同学们大家好。我是广州外国语学校的谢炜隽老师。今天我们一起来学习氢燃料电池发电实验。请先看视频（播放视频：浙江丽水：山村氢能发展的探索之路）本节课的主要内容包括氢能源的优点、氢燃料电池的工作原理以及氢燃料电池发电实验。一、氢能源的优点（一）清洁环保氢本身无毒，在燃料电池中和空气中的氧气反应后唯一的产物是纯净的水。而且水又可以循环利用，做到了污染物“零”排放，所以被视为最清洁的能源。以下是氢气与氧气反应的化学方程式：2H2+O2点燃2H2O今天我们就是要利用这一化学原理，进行发电实验。（二）能力效率高利用氢燃料电池技术可以控制氢气化学反应速率，直接将化学能转化为电能，其能量利用效率是汽油柴油内燃机的2-3倍。（三）热值高氢气的热值为14.3×107J/kg。5kg氢气产生的热量可以让普通轿车跑650km。一辆体积不大的氢燃料电池无人机，小小的电池内部装满了压缩氢气，续航能力可达到数小时。如图所示是常见燃料的能量密度对比，可见氢气的能量密度是传统燃料的2-3倍。（四）便于贮运可以将氢气气态加压、冷却液化，或者固态吸附以适应贮运及各种应用环境的不同要求，由于能源工厂大多远离城市，把氢气转化成液态后就能用车辆、轮船运输也可以铺设管道迅速运输到需要的地方。（五）制取方法多种多样氢气制取方法多样，可因地制宜把各种能源灵活地转化为氢气保存。工业生产中产生的弃气、弃热、弃电均可用于制作氢气，可通过传统的化石燃料煤、石油、天然气制取氢气，也可通过一些可再生能源发电，电解水制取氢气，还可利用废木材、有机废料等制取氢气。根据制备方式的不同可将氢气分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢在生产过程中有较多的二氧化碳排放，而绿氢在生产过程中完全没有碳排放最为绿色、清洁。二、氢燃料电池的工作原理同学们，你们知道氢气是如何作为能源被人们使用的呢？那就要讲到氢燃料电池了。此图为氢燃料电池工作示意图。氢燃料电池中间有一张特殊的“质子交换膜”薄膜正负极，分别通过管道通入氢气和氧气。薄膜只能让带正电的氢离子通过，电子被拦在薄膜正极上，氢离子在薄膜的另一面的负极上和氧分子反应得到水分子和电子，薄膜两端电极上的电子就能形成电流。其电极反应为负极：2H2－4e—=4H+正极：O2+4H++4e—=2H2O该电池需要用到铂电极催化，价格贵，成本较高。但近年来德国研究人员研发出一种新型铂铜合金，这种新型催化剂可节约80%的铂，可以大大的降低了该工艺的成本。三氢燃料电池发电实验首先我们来回顾初中化学的内容。氢气的性质。物理性质：氢气是一种无色无味的气体，难溶于水，密度比空气小。化学性质：氢气具有可燃性和还原性。氢气和氧气在点燃的条件下反应生成水。氢气可还原某些金属氧化物生成金属单质和水。那么，在实验室如何获得氢气呢？在实际应用中可通过电解水得到氢气。在初中，同学们也做过利用锌和稀硫酸制取氢气的实验。这两种方法均可快速便捷地在实验室获得氢气。对于方法一用到的仪器及药品有：电解水装置（整套）、学生电源、导线、蒸馏水、硫酸钠溶液。实验装置如图所示。对于方法二用到的仪器及药品有、稀硫酸、锌粒、试管、水槽、玻璃导管等。让我们一起看看视频中会使用哪种方法吧！（播放视频：制作简单的氢燃料电池）从视频中可以看出电解产生的氢气和氧气先吸附在石墨棒后，停止通电并闭合回路后，氢气和氧气发生反应产生了电流，实验成功。但是上述实验不能稳定、持续、源源不断的产生电流。下面请看改进实验。（静音播放视频：实验改进）利用氢燃料电池盒让产生的氢气通过电解质薄膜与氧气反应即可得