高中化学人教版《化学 选修4》第四章第二节《燃料电池的实验探究》说课稿

燃料电池的实验探究（说课稿） ———燃料电池的原理循证和创意应用 一、使用教材 人教版高中《化学 选修4》第四章第二节化学电源[1]。 二、实验器材 1、氢氧燃料电池改进实验 仪器：高中学生电源、活性炭颗粒、石墨电极（直径5mm，长度10cm）、250mL三颈烧瓶、漏斗、纱布、导线、小风扇。用活性炭颗粒包埋碳棒电极后，以纱布包裹,制作活性炭颗粒包埋的碳棒电极。 药品：0.5mol/L Na2SO4溶液（1mol/L、2mol/L）、0.5mol/L H2SO4溶液、0.5mol/L KOH溶液。 2、镁半燃料电池创新实验 仪器：镁条、2B铅笔芯、石墨电极（直径5mm，长度10cm）、砂纸、导线（带鳄鱼夹）、细铜线、环形磁铁、培养皿（直径9cm）、果冻杯、音乐贺卡电路、圆形白纸。 药品：琼脂、饱和食盐水、30% H2O2溶液、4mol/L H2SO4溶液、酚酞溶液。利用琼脂制作含有饱和食盐水的凝胶状电解液模拟海水。 三、实验改进/创新要点 1、氢氧燃料电池实验的改进要点 新电极、新装置、新电器。 小改进带来大变化，这三个方面的小改进大大地提高了实验的成功率。 2、镁半燃料电池实验的创新要点 （1）模拟两种镁半燃料电池： 取材生活化、装置微型化、现象趣味化。 （2）外显离子的移动方向： 跨学科整合、微观变宏观、简便且易行。 创新带来挑战，激励学生勇敢地思考、探索和实践。 四、实验设计思路 1、氢氧燃料电池改进实验 氢氧燃料电池是一种具有广阔发展前途的化学电源。氢氧燃料电池中，H2和O2均为气体。高等教育-出卷网-《无机化学》指出：对于涉及气体的半反应，气体必须吸附在电极上才能参加反应[2]。苏教版《化学2》中使用了经多次淬火得到的多孔碳棒电极来提高吸附气体的能力[3]，但在实际的实验中发现该装置产生的电流、电压小，依然不易成功。分析原因有如下几点：①多次淬火得到的多孔碳棒电极吸附气体效果比碳棒电极好，但效果依然不佳，而且操作麻烦；②电解产生的气体混合在烧杯内，不利于气体吸附在电极上，且不易观察到燃料电池工作时气体的消耗；③氢氧燃料电池产生的电压不易达到发光二极管的工作电压。 本实验中尝试做如下的改进： （1）利用活性炭颗粒包埋的碳棒电极代替多孔碳棒电极 使用具有强吸附性的活性炭颗粒来储存产生的H2和O2。有三个优点：①活性炭颗粒不易流失，易于回收重复使用；②不需多次淬火，减少了准备时间；③电解产生的H2和O2储存在活性炭的小孔中，这会增大电极周围H2和O2的浓度，电压也会相对稳定，从而使电压维持更长的时间。 （2）利用三颈烧瓶和长玻璃管的组合代替烧杯 有两个优点：①将两极产生的气体分隔开，便于气体吸附在相应的电极上，且易于观察到气体的生成和消耗；②两个瓶口塞上橡皮塞，便于固定电极。 （3）利用工作电压较小的小风扇来代替发光二极管，易于被氢氧燃料电池驱动。 （4）优化实验条件 在12V电压下，选用中性电解质溶液（2mol/L Na2SO4溶液），电解30s，燃料电池的工作时间最长，长达16多分钟。在实际教学中，选用电解0.5mol/L Na2SO4溶液，燃料电池的工作时间达到4分钟左右，足够满足需求。 2、镁半燃料电池创新实验 （1）模拟两种镁半燃料电池 ①确定燃料和氧化剂 除了氢气，还有其他的物质也可以作为燃料电池的燃料。例如，以金属镁为燃料, 以海水中溶解的O2或H2O2均可为氧化剂，这样的金属半燃料电池是近年来开发的一种新型水下化学电源。 ②模拟电解质溶液（海水） 利用琼脂制作含有饱和食盐水的凝胶状电解液模拟海水作电解质溶液。这样制作的凝胶状电解液不易流失，还可用于固定电极。 ③设计装置 2B铅笔芯、细铜丝、果冻杯等均可来源于生活中的废旧物品，实验器材简便易得。如果在果冻杯内凝胶状电解液上方覆膜，撕开即可用，便于携带；电极和电解液均可替换，可开发为系列化的金属半燃料电池 ... ...