人教版 選修4第4章第2節(jié)化學(xué)電源——乙醇燃料電池原理的實驗探究說課教案.docx

乙醇燃料電池原理的實驗探究說課稿一、使用教材人教版高中化學(xué)選修教材化學(xué)反應(yīng)原理第四章第2節(jié)化學(xué)電源最后一部分內(nèi)容燃料電池。二、實驗器材原理教學(xué)實驗：2mol/l naoh溶液、乙醇、u形管、導(dǎo)線、兩根鉑電極、靈敏電流計實踐探索實驗：2mol/l naoh溶液、乙醇、u形管、導(dǎo)線、鉑碳粉噴涂過的導(dǎo)電碳布、小風(fēng)扇三、實驗創(chuàng)新要點1.新燃料以往在中學(xué)演示的燃料電池主要以h2為燃料，而本實驗選擇乙醇作燃料。2.新容器以往的氫氧燃料電池都是定制密封儀器，而本實驗采用u形管為反應(yīng)容器，簡單有效。3.新電極以往的氫氧燃料電池采用的是金屬或石墨單一電極，而本實驗使用復(fù)合材料碳纖維織成的導(dǎo)電碳布，噴涂杜邦膜溶液和鉑碳粉，增大接觸面積，增強導(dǎo)電性。四、實驗設(shè)計思路1.確定燃料 教材中提出，除了h2，還有烷烴、甲醇等其它燃料都可以制作燃料電池，而h2、甲烷常態(tài)下為氣體，運輸存儲困難，甲醇等毒性較大。而乙醇可再生，毒性低，易獲得。因此，從環(huán)保、節(jié)能、安全的角度分析，乙醇燃料電池是理想的發(fā)電技術(shù)。而從元素角度，乙醇將h2、甲烷、甲醇的元素特點匯集，它能制作燃料電池代表著一系列含c、h、o元素的燃料制成燃料電池的可行性。所以我選擇乙醇燃料電池作為研究對象。2.對比電極實驗探索中，我嘗試了石墨電極和鉑電極，發(fā)現(xiàn)使用鉑電極效果明顯且穩(wěn)定。進一步用鉑粉噴涂過的導(dǎo)電碳布代替鉑絲，既減小鉑的用量，又增大接觸面積。3.設(shè)計裝置實際的燃料電池通過使用隔膜將反應(yīng)物隔離，但隔膜的維護在中學(xué)比較困難，因此我選擇u形管作為反應(yīng)容器，減緩乙醇向正極的擴散。4.選擇溶液教材中介紹的氫氧燃料電池采用酸性電解質(zhì)溶液，但該乙醇燃料電池裝置，在堿性環(huán)境下產(chǎn)生的電流比酸性環(huán)境下明顯得多。而naoh溶液的濃度我嘗試了很多，發(fā)現(xiàn)2mol/l的液果最好。五、實驗教學(xué)目標1.通過燃料電池原理的實驗探究，學(xué)習(xí)根據(jù)觀察的現(xiàn)象分析推理形成結(jié)論的方法2.通過交流討論，能用宏-微-符相結(jié)合的方法表示燃料電池的反應(yīng)3.通過燃料的選擇和利用方式的比較分析，增強創(chuàng)新意識，提高社會責(zé)任感六、實驗教學(xué)內(nèi)容分別介紹燃料不同的幾種燃料電池的原理。通過模型，討論，對比幾種燃料。最后，對優(yōu)勢明顯的乙醇燃料電池進行具體演示和分析。表1 幾種燃料的對比燃料分子模型制備和優(yōu)勢氫氣（h2）兩個氫原子綠色無污染；可由水煤氣分離得到甲烷（ch4）將氫氣分子中一個氫原子換成甲基天然氣、沼氣的主要成分，來源廣泛甲醇（ch3oh）將甲烷分子中的一個氫原子換成羥基可由水煤氣合成，甲醇燃料電池是最早商品化的液體燃料電池之一乙醇（c2h5oh）將甲醇分子中碳原子上的一個氫原子換成甲基可由植物發(fā)酵得到，可再生；液體，比氣體方便存儲運輸；毒性遠低于甲醇七、實驗教學(xué)過程乙醇燃料電池的實驗教學(xué)過程具體呈現(xiàn)如下：1.演示乙醇燃料電池的制作優(yōu)勢明顯的燃料乙醇，能否用來制作燃料電池？通過問題引入乙醇燃料電池的制作。實驗操作：向u形管中倒入2mol/l naoh溶液，兩根與靈敏電流計相連的鉑絲分別由u形管兩側(cè)伸入溶液中。向一根鉑絲附近滴加乙醇，觀察靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)。實驗現(xiàn)象：向一根鉑絲附近滴加乙醇后，靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)。2.分析乙醇燃料電池的原理問題1：電流計指針為何偏轉(zhuǎn)？學(xué)生回答：有電流產(chǎn)生，說明有電子轉(zhuǎn)移。問題2：原電池的正負極分別是什么？師生討論：雖然我們不斷地變化燃料，但不變的是，o2在正極得電子。變化的是失去電子的物質(zhì)，本電池中，在負極失去電子的是乙醇。而其實電流計指針偏轉(zhuǎn)的方向也證實了電子轉(zhuǎn)移的方向。問題3：正極和負極的產(chǎn)物分別是什么？師生討論：在正極，o2得到電子，化合價降低，在堿性條件下生成oh-。在負極，乙醇失去電子，化合價升高，最終升高為+4價，在堿性條件下生成co32-。任務(wù)：寫出電極反應(yīng)方程式。小組討論，代表展示，學(xué)生互評。教師總結(jié)：燃料電池的正極反應(yīng)方程式均類似，因此先寫出總反應(yīng)方程式，減去正極的電極反應(yīng)方程式，得到負極的電極反應(yīng)方程式。分析負極的電極反應(yīng)方程式。3.探索乙醇燃料電池的實際應(yīng)用理解了乙醇燃料電池的原理后，能否提高乙醇燃料電池的電流，提高其實際意義呢？實驗操作：選取新材料鉑碳粉噴涂過的導(dǎo)電碳布，將其卷成卷狀作為電極，以增大反應(yīng)物接觸面積，進一步通過將電池并聯(lián)增強電流，也通過串聯(lián)多個電池增強電壓。將改進得到的電池組與小風(fēng)扇相連。實驗現(xiàn)象：風(fēng)扇持續(xù)轉(zhuǎn)動！八、實驗效果評價1.器材簡單，現(xiàn)象明顯，幫助理解原理2.從鉑絲到符合材料，實驗