氢氧燃料电池-绿色能源开发实作-教案

教学活动实施过程

课程模块二：氢氧燃料电池－绿色能源开发实作

（每周2堂课）

壹、基础实验（一）：简易铜蚀雕创作

一、实验目的

利用实验室里常当作电极的铜金属片，藉由氧化还原实验制作创意的铜蚀雕作品

二、实验原理

铜金属活性低，不易氧化，易溶于硝酸及浓硫酸等强酸，铜和硝酸的反应如下：

3 Cu + 8 HNO3（稀）→ 3 Cu(NO3)2+ 2 NO↑ +

4 H2O

Cu + 4 HNO3（浓）→ Cu(NO3)2 + 2 NO2↑ + 2 H2O

利用此原理虽可将铜板制作出不同图案的铜蚀雕作品，但是反应的同时也产生刺激性且有毒的二氧化氮（NO2），所以我们改利用氯化铁溶液与部分裸露在外的铜板进行反应，使其呈现各种不同的铜文字或创意图案。

Cu + Fe3+→ Cu+ + Fe2+E。＝0.25V

三、实验器材与试药

器材（每人）

试药（每组）

四、实验步骤

1.准备一块薄铜板3×8cm，先用细砂纸将表面磨光，去除铜锈或其他氧化物。

2.取一张3×8cm的自粘性卡点西得纸在电路板上黏牢，注意两面都需黏贴。

3.用粘胶或喷胶将自己画的创意图案黏贴在卡点西得纸上，并用美工刀将不需要的图案

连同其下的卡点西得纸一起割除，使最底部的铜裸露出来，如图1所示。

4.将雕刻后的铜板浸泡至氯化铁溶液中，静置50~100分钟，时间愈久蚀刻痕愈清晰明显，如图2所示。

5.用塑胶夹取出蚀刻后的铜板，先以清水冲洗，再以卫生纸拭干。

6.均匀喷上一层透明喷漆，即可完成精致的铜蚀雕作品，如图3所示。

图2：学生雕刻后的铜板浸泡至氯

化铁溶液中

图1：学生在卡点西得纸上雕刻图案

图3：学生铜板蚀刻成品

7.想想看：

学生图案设计完后需注意哪些细节，否则美工刀刻出来的图案经由铜蚀后，图案会左右相反喔？

8.延伸探究实验：

除了铜金属以外，还有哪些金属（熔点低的金属较适合）也可以利用其物理及化学性质作艺术创作呢？

【老师与学生心得分享】

1.铜蚀雕制作过程容易上手，但是需注意卡点西得纸需将铜片黏牢，避免脱落，以免造

成裸露出来的部分被氯化铁氧化，图案变成模糊。

2.铜片常应用在传统的电路板上，请问可能的原因为何？

【参考答案】因为铜金属是电的良导体

3.铜金属蚀刻后若未喷透明漆保护，极易在蚀刻处产生绿色的生成物，请问可能的原因

为何？

【参考答案】

铜在干燥空气中稳定，可保持金属光泽。但在潮溼空气中，表面会生成一层铜绿（硷式碳酸铜），分子式：Cu2(OH)2CO3，保护内层的铜不再被氧化。

反应方程式：

2 Cu + O2 + CO2 + H2O → Cu2(OH)2CO3

贰、基础实验（二）化学电池

一、实验目的

本实验利用锌、镍、铜、银四种活性不同的金属及其盐类，任选两种组成电池，总共可

以产生六种化学电池，分别是锌镍电池、锌铜电池、锌银电池、镍铜电池、镍银电池及铜银电池，藉由组成的化学电池了解电池的电压大小与阳极电极的种类有关，而与阴极电极种类无关。 二、实验原理

化学电池（简称电池）的反应与石油、天然气等化石燃料燃烧的过程相似，都是放热的氧化还原反应；在氧化还原反应中，氧化剂本身接受电子，进行还原反应；还原剂本身放出电子，进行氧化反应。若使氧化反应在某一电极进行，而还原反应在另一电极进行，再以盐桥及导线连接电极形成通路，便是化学电池。目前市面上贩售的电池种类繁多，大小形状也不尽相同。电池的种类有抛弃式的干电池、碱性电池、充电式的铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池…等；就外观而言，有形状类似钮扣的电池，此类电池大多为锂电池；也有体积较占空间的铅蓄电池。电池的种类虽然多，但其基本结构原理是相同的，每个电池都有电池槽（一个或数个）以及正负电极（或阴阳极）。 电池的电压大小与电极材质、电解质种类、相关离子浓度以及温度有关，当电解质的浓度或温度改变时，电池的电压就会改变。本实验目的在于测定由不同金属电极所组成

的化学电池电压，因此

条

本实验利用锌、镍、铜、银四种活性不同的金属及其盐类，任选两种组成电池，总共可以产生六种化学电池，分别是锌镍电池、锌铜电池、锌银电池、镍铜电池、镍银电池及铜银电池。

此四种金属释出电子的倾向大小依次为：锌＞镍＞铜＞银；以铜银电池为例。反应式如下： Cu(s) ＋ 2 Ag ＋(aq) －→ Cu 2＋(aq) ＋ 2 Ag(s) 从上面的反应式中，可以发现反应物是银离子而不是银，因此可以用碳棒取代银棒。 三、实验器材与试药 器材（每组） 试药（每组）

宽2 cm）1片宽2 cm）1片

◎锌片（厚约 0.5 mm，长10 cm，

宽2 cm）1片

※注硝酸银水溶液有腐蚀性，且部分溶液含金属离子，因此实验过程应戴上橡皮手套。

四、实验步骤

A. 三用电表的使用

1. 三用电表可测量电流、电压及电阻，常见的三用电表有指针式及数位式两种（指针式

的面板及功能选择板如图4所示）。

2.使用数位式三用电表测量化学电池电压时，须将功能旋钮转至直流电压档（DCV档）适当的范围（200 mV～1000 mV），使用共享接头（COM）及电压和电阻测量接头（VΩ）（如图E4-2所示）。并将三用电表的正极（红色探棒）及负极（黑色探棒）与电池的电路并联，即红色探棒与电池中的正极（阴极）相接，黑色探棒与电池中的负极（阳极）相接，最后由液晶显示屏读取数值，如图5所示。

数位式三用电表功能选择板

图4：指针式三用电表

图5：数位式三用电表