《乙醇燃料电池原理的实验探究》说课稿

《乙醇燃料电池原理的实验探究》说课稿

一、使用教材

人教版高中化学选修教材《化学反应原理》第四章第2节《化学电源》最后一部分内容——燃料电池。

二、实验器材

原理教学实验：2mol/L NaOH溶液、乙醇、U形管、导线、两根铂电极、灵敏电流计实践探索实验：2mol/L NaOH溶液、乙醇、U形管、导线、铂碳粉喷涂过的导电碳布、小风扇

三、实验创新要点

1.新燃料

以往在中学演示的燃料电池主要以H2为燃料，而本实验选择乙醇作燃料。

2.新容器

以往的氢氧燃料电池都是定制密封仪器，而本实验采用U形管为反应容器，简单有效。

3.新电极

以往的氢氧燃料电池采用的是金属或石墨单一电极，而本实验使用复合材料——碳纤维织成的导电碳布，喷涂杜邦膜溶液和铂碳粉，增大接触面积，增强导电性。

四、实验设计思路

1.确定燃料

教材中提出，除了H2，还有烷烃、甲醇等其它燃料都可以制作燃料电池，而H2、甲烷常态下为气体，运输存储困难，甲醇等毒性较大。而乙醇可再生，毒性低，易获得。因此，从环保、节能、安全的角度分析，乙醇燃料电池是理想的发电技术。

而从元素角度，乙醇将H2、甲烷、甲醇的元素特点汇集，它能制作燃料电池代表着一系列含C、H、O元素的燃料制成燃料电池的可行性。

所以我选择乙醇燃料电池作为研究对象。

2.对比电极

实验探索中，我尝试了石墨电极和铂电极，发现使用铂电极效果明显且稳定。

进一步用铂粉喷涂过的导电碳布代替铂丝，既减小铂的用量，又增大接触面积。

3.设计装置

实际的燃料电池通过使用隔膜将反应物隔离，但隔膜的维护在中学比较困难，因此我选择U形管作为反应容器，减缓乙醇向正极的扩散。

4.选择溶液

教材中介绍的氢氧燃料电池采用酸性电解质溶液，但该乙醇燃料电池装置，在碱性环境下产生的电流比酸性环境下明显得多。而NaOH溶液的浓度我尝试了很多，发现2mol/L的液果最好。

五、实验教学目标

1.通过燃料电池原理的实验探究，学习根据观察的现象分析推理形成结论的方法

2.通过交流讨论，能用宏-微-符相结合的方法表示燃料电池的反应

3.通过燃料的选择和利用方式的比较分析，增强创新意识，提高社会责任感

六、实验教学内容

分别介绍燃料不同的几种燃料电池的原理。通过模型，讨论，对比几种燃料。最后，对优势明显的乙醇燃料电池进行具体演示和分析。

七、实验教学过程

乙醇燃料电池的实验教学过程具体呈现如下：

1.演示乙醇燃料电池的制作

优势明显的燃料乙醇，能否用来制作燃料电池？通过问题引入乙醇燃料电池的制作。

实验操作：向U形管中倒入2mol/L NaOH溶液，两根与灵敏电流计相连的铂丝分别由U形管两侧伸入溶液中。向一根铂丝附近滴加乙醇，观察灵敏电流计指针偏转。

实验现象：向一根铂丝附近滴加乙醇后，灵敏电流计指针偏转。

2.分析乙醇燃料电池的原理

问题1：电流计指针为何偏转？

学生回答：有电流产生，说明有电子转移。

问题2：原电池的正负极分别是什么？

师生讨论：虽然我们不断地变化燃料，但不变的是，O2在正极得电子。变化的是失去

电子的物质，本电池中，在负极失去电子的是乙醇。而其实电流计指针偏转的方向也证实了电子转移的方向。

问题3：正极和负极的产物分别是什么？

师生讨论：在正极，O2得到电子，化合价降低，在碱性条件下生成OH-。在负极，乙醇失去电子，化合价升高，最终升高为+4价，在碱性条件下生成CO32-。

任务：写出电极反应方程式。小组讨论，代表展示，学生互评。

教师总结：燃料电池的正极反应方程式均类似，因此先写出总反应方程式，减去正极的电极反应方程式，得到负极的电极反应方程式。分析负极的电极反应方程式。

3.探索乙醇燃料电池的实际应用

理解了乙醇燃料电池的原理后，能否提高乙醇燃料电池的电流，提高其实际意义呢？

实验操作：

选取新材料——铂碳粉喷涂过的导电碳布，将其卷成卷状作为电极，以增大反应物接触面积，进一步通过将电池并联增强电流，也通过串联多个电池增强电压。将改进得到的电池组与小风扇相连。

实验现象：

风扇持续转动！

八、实验效果评价

1.器材简单，现象明显，帮助理解原理

2.从铂丝到符合材料，实验效果更丰富