高中化学人教版 (2019)选择性必修1制作简单的燃料电池表格教学设计

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1制作简单的燃料电池表格教学设计，共3页。教案主要包含了知识回顾，实验过程，思考与讨论，随堂检测，拓展视野，视频播放等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
化学
年级
高二
学期
秋季
课题
实验活动5：制作简单的燃料电池
教科书
书 名：《化学 选择性必修1 化学反应原理》教材
出版社：人民教育出版社
教学目标
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。
教学内容
教学重点：
1. 燃料电池的工作原理；
2. 燃料电池的设计。
教学难点：
1. 氢氧燃料电池的设计
教学过程
【知识回顾】燃料电池的定义及工作原理
燃料电池是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
燃料电池可连续的将氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。电极本身不包含活性物质，不参与氧化还原反应。工作时，燃料和氧化剂连续的由外部供给，并在电极上不断地进行反应，生成物不断的被排出，于是就可以连续不断地提供电能。
【实验过程】
1、电解水
在U形管中注入1 ml·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。闭合开关，接通直流电源开始电解，观察现象。
实验现象：
实验分析：
2、制作一个氢氧燃料电池。
当上述电解过程进行1～2 min后，打开开关，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与发光二极管相连，闭合开关，观察现象。
实验现象：
实验分析：
【思考与讨论】
用惰性电极电解硫酸钠溶液时，为何实质上是电解水？
答：用惰性电极电解硫酸钠溶液时，阳离子放电顺序为H+>Na+，H+在阴极得电子生成氢气，而阴离子放电顺序为OH->SO42-，OH-在阳极上失电子生成O2，故实际是水的电解。
2、用石墨电极电解硫酸钠溶液时，滴加酚酞有何现象？
答：用石墨电极电解硫酸钠溶液时，阴极是水电离出的H+放电生成氢气，电极附近剩余OH-，阴极溶液呈碱性，使酚酞变红。
3、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 ml·L-1 Na2SO4溶液？
答：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 ml·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SO42-均不参与电极反应，实质还是电解水。
4、本实验可使用哪些溶液代替 Na2SO4溶液实现电解水?
答：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。
【随堂检测】
一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
已知：电池放电时发生反应的化学方程式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。
(1)该电池的正极上发生的电极反应是 ；
负极上发生的电极反应是 。
(2)电解液中的H+向 (填“正”或“负”，下同)极移动；
向外电路释放电子的电极是 极。
与直接燃烧燃料产生电力相比，使用燃料电池产生电力有更多的优点，其中主要有两点：一是燃料电池的能量转化效率高，二是 。
【拓展视野】
燃料电池是继水利发电，热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。燃料电池用途广泛，既可应用于军事、空间、发电厂领域，也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。早期燃料电池发展焦点集中在军事空间等专业应用以及千瓦级以上分散式发电上。电动车领域成为燃料电池应用的主要方向，市场已有多种采用燃料电池发电的自动车出现。
燃料电池的种类有很多种，但目前应用在汽车领域的多数为质子交换膜燃料电池。由于90年代质子交换膜燃料电池在技术上获得了突破，奔驰于1994年生产了第一代燃料电池汽车，此后众多汽车厂家纷纷投入了燃料电池汽车的研发中。质子交换膜燃料电池发电效率高、输出比功率高、使用寿命长、噪音低等特点让其运用在汽车领域奠定了基础。
2022年3月23日，国家发改委发布氢能产业发展中长期规划（2021到2035）中指出，加快推进质子交换膜燃料电池技术创新，开发关键材料，提高主要性能指标和批量化生产能力，持续提升燃料电池可靠性、稳定性、耐久性。大力支持新型燃料电池技术发展。
【视频播放】氢氧燃料电池的实际生产过程