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课件网) 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案 ———化学反应中能量及物质的转化利用 项目学习目标 1.通过探究载人航天器用化学电池与氧气再生方案,尝试利用焓变、盖斯定律和电池原理等知识,分析评价真实环境下化学反应中能量与物质的转化,形成电源选择和氧气再生的基本思路,体验科学探究与创新意识的学科核心素养。 2.通过载人航天器的电源,了解真实化学电池的原理和装置,形成分析化学电池的一般方法,体验证据推理与模型认知的学科核心素养。 3.通过本项目的学习,感受化学知识在解决实际问题中的应用价值,体验科学态度与社会责任的学科核心素养。 项目探究过程 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 项目活动二：尝试设计载人航天器的氧气再生方案 选择反应 设计结构 优化结构 物质转化利用 能量转化利用 物质的循环利用 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 1.单位质量输出电能较高； 2.反应生成的水可作为饮用水； 3.氧气可作为备用氧源。 1. 你知道航天器中经常使用的化学电池有哪些？ 2. 现阶段的载人航天器中使用的是哪种电池？ 【问题组】 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 探究任务1： 请仔细观察并分析比较氢氧燃料电池有何异同？ 【环节一】确定电池反应并展示初步设计 请画出燃料电池装置图并写出电极反应式 电极材料 离子导体 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 1.优化电极材料 【环节二】优化装置，提升性能 探究任务2： 请根据资料卡片设计酸性和碱性环境的氢氧燃料电池的电极材料。 燃料电池中电极材料的选择： 酸性环境 多孔碳载铂 碱性环境 多孔碳载镍 资料卡片1 铂、镍对燃料电池反应有催化作用。 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 2.优化离子导体 【环节二】优化装置，提升性能 探究任务3： 请根据资料卡片选择离子导体及工作环境并说明理由。 资料卡片2 1.摩尔电导率越大，溶液导电性越好； 2.电池性能与电池内阻有关； 3.温度升高，电解质溶液电导率升高。 1.硫酸是最早用于燃料电池研究的离子导体，但硫酸溶液腐蚀性强，电池无法长时间工作。 2.最早投入使用的航天器用燃料电池是以KOH溶液为离子导体的燃料电池，碳载镍为电极材料。 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 2.优化离子导体 【环节二】优化装置，提升性能 资料卡片2 探究任务4： 我们设计的氢氧化钾为离子导体的燃料电池，电极反应产物对电池的效率有什么影响？如何解决该问题？ 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 2.优化离子导体 【环节二】优化装置，提升性能 资料卡片2 一种培根型碱性氢氧燃料电池部分结构示意图 (电池工作温度为200 ℃) 浓缩电解质溶液或者补充电解质或更换已污染的电解质溶液 水在负极生成，利用氢气流将水蒸气吹出或者利用毛细作用将水在负极蒸发。 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 2.优化离子导体 【环节二】优化装置，提升性能 资料卡片2 探究任务5： 我们设计的氢氧化钾为离子导体的燃料电池，该电池使用的氧气常用空气制备，由于制备工艺问题会使氧气中混有微量CO2，CO2的存在对电池有什么影响？如何解决该问题？ 项目活动一：尝试设计载人航天器用化学电池 【环节三】利用质子交换膜设计化学电池 资料卡片3 质子交换膜是一种高分子材料，厚度仅有几百微米，含有酸性基团，被水润湿后可电离出氢离子，质子交换膜内为酸性环境，只允许氢离子通过，以质子交换膜作为离子导体的氢氧燃料电池工作寿命可高达57000小时。电导率优于或等于电解质溶液型离子导体。 探究任务6： 结合本节课所学知识，利用质子交换膜设计一个能长时间工作的氢氧燃料电池。 项目活动一：尝试设计载人航天器用化 ... ...
