归纳与整理第二课时教案

《氢氧燃料电池》

教学设计方案

【教学目标】

﹡知识与技能：

1、根据已学原电池的工作原理，理解氢氧燃料电池的工作原理；

2、学习实验探究的方法。

﹡过程与方法：

1、在探究氢氧燃料电池工作原理的过程中，学会运用观察、实验等多种手段获取信息，并运用比较、归纳、概括、利用已有知识迁移等方法对信息进行加工。

2、能对自己的化学学习过程进行计划、反思、评价和调控，提高自主学习化学的能力。

﹡情感态度与价值观：

1、有参与化学科技活动的热情，有将原电池知识应用于生产、生活实践的意识，能够对与化学有关的社会和生活问题作出合理的判断。

2、了解原电池对个人生活和社会发展的贡献，关注能源问题，逐步形成可持续发展的思想。

【教学重点】探究氢氧燃料电池的工作原理。

【教学难点】理解反应：2H2+O2=2H2O不需点燃也可发生；氢氧燃料电池电极反应式的书写。【教学设计】

[引入]我们已经学习了原电池，请回忆一般原电池的工作原理，以我们熟悉的Zn-Cu原电池为例：

[生]负极（还原剂）失电子，发生氧化反应，正极（氧化剂）得电子，发生还原反应。

[师]对于该原电池而言，Zn本身就是还原剂，所以是负极材料Zn失电子：Zn-2e= Zn2+，溶液中的氧化剂H+得电子：2H++2e= H2↑，总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑。

[副板书] 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑

负极：Zn-2e= Zn2+ 正极：2H++2e= H2↑

请回忆：构成一般原电池的条件有哪些？

[投影]构成一般原电池的条件：

1、自发的氧化还原反应

2、两个活性不同的导体作电极

3、电解质溶液

4、形成闭合回路

[师]理论上任何一个自发的放出能量的氧化还原反应均可设计为原电池。已知反应：2H2+O2=2H2O为放热反应，属自发的氧化还原反应，通常状况下，这一反应若要发生需要达到着火点，能否将这一反应设计为原电池，使其在常温

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常压下进行化学能向电能的转化？

[师]先做一个实验，用事实来证明。观察实验台的装置：有学生电源，单刀双掷开关（可以快速转换电路），U型管中液体为水，1号电池的碳棒，输液用小药瓶的瓶盖、生日蜡烛中的电子发声元件，还有导线若干。如果将单刀双掷开关掷向电源方向——电解水，为了增加水的导电性，本实验我们加入少量中性的Na2SO4固体，而电解Na2SO4溶液实质上也是电解水，将在化学教材选修4中具体探讨（选用没有腐蚀性的Na2SO4可提高本实验的安全性和可操作性）。电解水产生一定量的H2和O2后（约1min）将单刀双掷开关掷向另一端，观察能否使生日蜡烛中的电子发声元件播放音乐，从而证明H2和O2能否形成原电池。

[投影]实验步骤：

1、检查电路；（安装电路为物理中的研究内容，化学不过多讨论，所以电路已经安装完毕。）

2、将开关掷向电源方向，打开电源；

3、1min后关闭电源，立刻将开关掷向另一端。

注意观察实验现象。

[生] 描述实验现象：单刀双掷开关掷向电源方向时，电极表面产生气泡，一电极速率快（为H2），一电极速率慢（为O2）；掷向另一端时，电子发声元件播放音乐。

[师]可见，H2和O2在常温常压下反应产生了电流，形成了原电池。接下来我们探究为什么会产生电流即该原电池的工作原理。

[投影]探究：H2和O2形成原电池的工作原理（参考Zn-Cu原电池）

负极：

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1、什么物质发生反应？

2、产物是什么？

3、反应类型是什么？

4、电子流动方向如何？

同理，正极情况如何？

[生] 小组讨论，学生互评，并且写出这一原电池的电极反应式。

[主板书] 总反应：2H2+O2=2H2O

（－）：2H2－4e-＝4H+

（＋）：O2＋4e-＋2H2O＝4OH-

可见，H2和O2形成原电池的工作原理：H2在负极失电子，电子在外电路沿导线流向正极，而O2在正极上得到电子，电路中产生电流。

[师]这一原电池是将存在于H2这种燃料和氧化剂O2中的化学能直接转化为电能，因此，这一原电池也叫氢氧燃料电池。

根据一般原电池的构成条件（投影构成一般原电池的条件），第一条已满足，第二条两个活性不同的电极，而我们这个实验采用的电极材料均为1号电池的碳棒，可见这一条件存在不足，我们把知识拓展开来：两个导体做电极，活性可相同也可不同。为什么这个实验电极材料可以相同呢？——本实验是H2和O2参加反应，电极材料只是作为载体，不参加反应，所以只要导电就可以了；第三条电解质溶液我们采用的是Na2SO4溶液；第四条闭合回路：外电路由导线导电，内电路由溶液中自由移动的电解质离子导电，形成了闭合回路。

这是中性的Na2SO4溶液做电解液，若用酸性溶液（如H2SO4）或碱性溶液（如NaOH溶液）做电解液，也能发生类似的反应，形成原电池，电极方程式该如何书写？请填写学案。

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学案

总反应

H2SO4溶液为电解液

NaOH溶液为电解液

正极反应式

负极反应式

正极反应式

负极反应式

2H2+O2=2H2O

[生]小组之间讨论，将讨论结果写下来。

（由学生解释、评价）

[结束语]以上我们通过利用身边的材料和简单的仪器制作的氢氧燃料电池装置，重点探究了氢氧燃料电池的工作原理。世界上最初的燃料电池由威廉·罗伯特·葛罗夫爵士（William Robert Grove）于1839年发明。现今实际应用的氢氧燃料电池的基本构造为覆盖铂或镍的多孔性碳板作为电极材料，在负极区域由外界通入H2，正极区域通入空气或O2，并以高浓度的KOH溶液或酸性溶液如H2SO4溶液为电解质溶液，进行化学能向电能的转换。这类电池具有转换效率高，容量大，不用反复充电，绿色环保等优点，但由于它的成本高，实际操作系统比较复杂，目前仅限于在一些特殊领域应用，比如用于飞船、潜艇、军事通讯等方面。

我们在实验室中用电解水产生H2和O2，这种方法在工业上并不经济。建议大家课下查阅资料，思考：工业上若要得到大量廉价的H2和O2，应该采用什么方法？

【板书设计】

氢氧燃料电池

Zn-Cu原电池

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总反应：2H2+O2=2H2O

总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑

（－）2H2－4e-＝4H+

（－）Zn-2e= Zn2+ （＋）O2＋4e-＋2H2O＝4OH- （＋）2H++2e= H2↑

【课后反思】为了使中学化学教学紧跟当今科技发展的步伐，激发学生对于化学科学的学习兴趣，对原有知识能够学会迁移，我设计了氢氧燃料电池的实验：由废电池的碳棒、泡沫塑料和实验室中简单的仪器制成氢氧燃料电池的装置，具有电解水及燃料电池供电的双重示范效果，是一套具有高效能和对环境友好的绿色实验装置，适合于电化学教学演示及学生亲手做实验，使我们在电化学的教与学上更为生动有趣，方便提高学生学习电化学这一知识板块的兴趣及学习成效。

本节课通过对氢氧燃料电池工作原理的探究，使学生在自主的获取知识、知识迁移、探索知识的形成过程等方面更为主动。教学内容的设计，既加强了知识的系统性与科学性，又培养了学生的观察和操作能力，渗透了科学的教育思想。受实验室条件限制，某些仪器不太规范，但也达到了预期效果，学生兴趣很浓。教学过程的实施符合学生的认知规律，对学生学习方法的开辟起到了抛砖引玉的作用。

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