(
课件网) 第四章 实验活动5 制作简单的燃料电池 内容索引 01 02 自主预习 新知导学 合作探究 释疑解惑 课标定位素养阐释 1.知道燃料电池的工作原理。 2.能说出化学能转化为电能的意义。 3.能利用燃烧反应设计燃料电池。 自主预习 新知导学 【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】 U形管、石墨棒(已活化)、3~6 V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表。 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,再 滴入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、导线连接直流 电源。闭合K1。此时可观察到:两个石墨棒 上都有气泡附着,U形管右侧溶液变为红色。 2.制作一个氢氧燃料电池。 当电解水进行2 min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连接,闭合K2,观察到电流表指针发生偏转。 合作探究 释疑解惑 探究任务 氢氧燃料电池的工作原理 燃料电池是一种与其他化学电源不同的特殊电源,其特殊之处就是燃料和氧化剂不是储存在电池内部,而是由外部连续供给到电极上进行反应,生成物不断地被排出,可连续不断地提供电能。燃料电池将化学能转化为电能的效率很高,可达80%以上。 根据电解质的不同,燃料电池又可进一步分为酸性燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池等。本实验中以氢氧燃料电池为例,电解Na2SO4溶液时,实际为电解水,U形管左侧为阳极,OH-放电产生O2,左侧溶液显酸性;右侧H+放电产生H2,右侧溶液显碱性。形成燃料电池时,左侧为正极,O2得电子被还原,电极反应式(酸性溶液):4H++O2+ 4e-══2H2O。右侧为负极,H2失电子被氧化,电极反应式(碱性溶液): 2H2+4OH--4e-══4H2O,该燃料电池的总反应式为2H2+O2══2H2O。 方法技巧 分析燃料电池时,首先要考虑介质是什么,是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。其次是电极的判断,通入负极的物质为燃料,通入正极的物质为氧气等氧化剂; 也可通过介质中离子的移动方向,判断电池的正负极,书写电极反应式同时考虑离子参与移向一极的电极反应,酸性条件下不出现OH-,碱性条件下不出现H+。 【问题与讨论】 1.本实验开始时电解水,为什么不直接电解蒸馏水而是电解1 mol·L-1 Na2SO4溶液 提示:蒸馏水中离子浓度极小,导电能力很差,电解产生气体的速率极小;使用1 mol·L-1 Na2SO4溶液,增大溶液中离子的浓度以增强溶液的导电性,并且Na+和 均不参与电极反应,实质还是电解水。 2.本实验可使用哪些溶液代替 Na2SO4溶液实现电解水 提示:用惰性电极电解强碱溶液(如NaOH溶液)、无机含氧酸溶液(如稀硫酸)、活泼金属的含氧酸盐溶液(如KNO3溶液)等,其本质都是电解水。 3.本实验电解水时的电极反应式是什么 提示:电解水的过程和氢氧燃料电池放电的过程刚好相反,其电极反应式也相反。电解水时的阳极反应:2H2O-4e-══4H++O2↑,阴极反应:H2O+2e-══H2↑+2OH-。 ... ...
