全国第十届化学实验仪器创新成果展示表-《全国第十届化学实

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1、?全国第十届化学实验仪器创新成果展示表?一、实验名称：氢氧燃料电池演示仪的制作与使用戴乐姜兵〔淮安市北京路中学，江苏淮安，223300〕二、实验目的：图1燃料电池〔尤其是氢氧燃料电池〕以其能量转换效率高、污染小、高度可靠性，必将成为未来电池的主角。由于燃料电池在电极制作和燃料的储存、携带方面技术要求很高，目前尚未得到普及。中学化学教科书的大局部版本中关于燃料电池的介绍仅限于文字和示意图，这使得学生对燃料电池的构造和原理缺乏感性认识，从而产生一种神秘感。通过实验引导学生认识和理解氢氧燃料电池的构造和原理〔如右图1〕，这是〔苏教版〕普通高中课

2、程标准实验教科书—化学〔必修2，第二版，P39〕的一大特色与创新。但是我们在教学实践中发现该装置现象不明显，分组实验时，不少小组做不出现象；而且学生针对这套装置提出两点疑问：〔1〕燃料电池要求从外界通入燃料，而该装置先充电，后放电，从能量转化的角度来讲能叫做燃料电池吗？〔2〕燃料电池放电时要消耗燃料气体，而该装置中无法看不到气体的消耗，如何来理解燃料电池呢？图2燃料电池装置图我们带着上述学生的疑问，查阅了大量文献资料，从由P.W.阿特金斯、M.J.克吕斯顿著庄宏鑫、王和春译的?物理化学原理?〔化学工业出版社，1990年〕书中的一幅插图引起

3、了我们的兴趣。〔如右图2〕在这个燃料电池装置图中只有通入氢气的那个电极是碳极＋铂催化剂，而通入氧气的那个电极却没有催化剂。书中还配了一段文字“实际上，燃料电池的操作就像一个电化学电池，在一个电极上放出电子，通过外电路到达另一电极，引起另一电极的复原作用。唯一不同的是反响的燃料由外部储存的气体供应。工业上，人们用Pt作催化剂和吸附剂〔如右图2〕。氢气被吸附在催化剂的外表，离解为氢原子，氢原子放出电子，通过外电路，引起氧气的复原反响，构成燃料电池。整个操作的关键在于如何引发氢气在电极上放出电子。〞在中学化学试验室里，我们虽然无法实现工业上的操

4、作，但是我们却可以通过解水时阴极发生2H++2e-→H2的反响，使多孔碳电极吸附大量复原性强，易失去电子的活性氢而得到活化的氢电极。氧气可以由外界直接通入。同时，我们又想能不能在氢氧燃料电池工作时看到气体的消耗——如气体体积的减少？由外界通入氧气和氢气形成的电极与由电解产生的氢气和氧气形成的电极在放电效果上有什么差异？基于上述疑问与思考，我们设计并制作了一个氢氧燃料电池演示仪来解决上述问题。三、实验仪器及试剂自制氢氧燃料电池演示仪，四根碳棒电极，音乐贺卡，灵敏电流计、直流电源，导线，烧杯，玻璃棒，硫酸钾稀溶液。四、实验仪器装置图〔无论用手

5、或电脑画都必须清晰〕及仪器的组装说明前视图右侧视图后视图电极1电极2电极3电极4电极2电极3内径1mm毛细管管内径18～20mm通入氧气通入氢气电解氢气电解氧气气五、实验操作局部1．电极的制作：①从一号电池中拆取两根碳棒，用水洗净，用坩埚钳夹住碳棒置于酒精喷灯的火焰上灼烧至红后迅速投入冷水中，反复屡次，使碳棒外表变得粗糙多孔。②将制好的电极塞入单孔塞。2．电池的组装：在自制氢氧燃料演示仪〔如上图〕中注满硫酸钠稀溶液，将制作好的电极插入〔要注意装置的气密性，涂抹凡士林可以解决〕。3．将电极1、2接在直流电源上，在电压8－12V下电解，收集一

6、定量的氧气和氢气后，停止电解。同时在电极3、4处导入收集好的氧气和氢气，直至双球泡中的液体进入毛细管一段高度。4．将电极1、2接上音乐贺卡，可以看到发光二极管亮〔电池电压超过其启辉电压1.7V〕，扬声器传出动听的音乐。将电极2、3接上音乐贺卡，发现发光二极管不亮〔此时电池的电压低于1.7V〕，扬声器传出动听的音乐。将电极3、4接上灵敏电流计，指针不发生偏转〔说明无电流产生〕。将电极4、1接上灵敏电流计，指针不发生偏转〔说明无电流产生〕。同时我们还能看见毛细管中的液面缓缓下降。六、装置改良的意义1．将电极放入装置中，通过排液法收集一定量的氢

7、气和氧气，增加了电极周围气体的浓度，提高了电压，延长了放电时间，使得实验效果更加明显，且成功率100%。电极1：电解产生氧气电极2：电解产生氢气电极3：外界通入氧气电极4：外界通入氢气发光二极管亮扬声器传出动听的音乐发光二极管不亮扬声器传出动听的音乐灵敏电流计指示无电流灵敏电流计指示无电流2．利用电解产生氢气、氧气与外界制备好的氢气、氧气的不同组合说明氢氧燃料电池的关键是活性氢电极〔即电解产生的氢气中有活性氢〕。同时双球泡上的毛细管中液面缓缓下降，说明氢气、氧气在被消耗。3．对实验探究教学的启示〔1〕在实施新课程的过程中，很多教师意识到新

8、课程的实施需要课程资源的支持，应积极开发并利用校内外的各种课程资源，但是我们又普遍感到课程资源匮乏。究其原因是我们对课堂教学中蕴涵的丰富的学生资源缺乏认识，无视对学生资源的捕捉、利用和开发，致