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

1、PAGE PAGE 4*联系人 Email：全国第第十届化化学实验验仪器创创新成果果展示表表一、实验验名称：氢氧燃燃料电池池演示仪仪的制作作与使用用戴乐*姜姜兵（淮安市市北京路路中学，江苏淮淮安，22333000）二、实验验目的：图1燃料电池池（尤其其是氢氧氧燃料电电池）以以其能量量转换效效率高、污染小小、高度度可靠性性，必将将成为未未来电池池的主角角。由于于燃料电电池在电电极制作作和燃料料的储存存、携带带方面技技术要求求很高，目前尚尚未得到到普及。中学化化学教科科书的大大部分版版本中关关于燃料料电池的的介绍仅仅限于文文字和示示意图，这使得学学生对燃燃料电池池的构造造和原理理缺乏感感性认识识，

2、从而而产生一一种神秘秘感。通通过实验验引导学学生认识识和理解解氢氧燃燃料电池池的构造造和原理理（如右右图1），这是（苏苏教版）普通高高中课程程标准实实验教科科书化学（必修22，第二二版，PP 399）的一大大特色与与创新。但是我我们在教教学实践践中发现现该装置置现象不不明显，分组实实验时，不少小小组做不不出现象象；而且且学生针针对这套套装置提提出两点点疑问：（1）燃料电电池要求求从外界界通入燃燃料，而而该装置置先充电电，后放放电，从从能量转转化的角角度来讲讲能叫做做燃料电电池吗？（2）燃料电电池放电电时要消消耗燃料料气体，而该装装置中无无法看不不到气体体的消耗耗，如何何来理解解燃料电电池呢？图

3、2 燃料电池装置图我们带着着上述学学生的疑疑问，查查阅了大大量文献献资料，从由PP.W.阿特金金斯、MM.J.克吕斯斯顿著 庄宏鑫鑫、王和和春译的的物理理化学原原理（化学工工业出版版社，119900年）书书中的一一幅插图图引起了了我们的的兴趣。（如右右图2）在这这个燃料料电池装装置图中中只有通通入氢气气的那个个电极是是碳极铂催化化剂，而而通入氧氧气的那那个电极极却没有有催化剂剂。书中中还配了了一段文文字“实际上上，燃料料电池的的操作就就像一个电电化学电电池，在在一个电电极上放放出电子子，通过过外电路路到达另另一电极极，引起起另一电电极的还还原作用用。唯一一不同的的是反应应的燃料料由外部部储存的

4、的气体供供给。工工业上，人们用用Pt作作催化剂剂和吸附附剂（如如右图2）。氢气气被吸附附在催化化剂的表表面，离离解为氢氢原子，氢原子子放出电电子，通通过外电电路，引引起氧气气的还原原反应，构成燃燃料电池池。整个个操作的的关键在在于如何何引发氢氢气在电电极上放放出电子子。”在中学学化学试试验室里里，我们们虽然无无法实现现工业上上的操作作，但是是我们却却可以通通过解水水时阴极极发生22H+ + 2e- HH2 的的反应，使多孔孔碳电极极吸附大大量还原原性强，易失去去电子的的活性氢氢而得到到活化的的氢电极极。氧气气可以由由外界直直接通入入。同时，我们又想想能不能能在氢氧氧燃料电电池工作作时看到到气体

5、的的消耗如气气体体积积的减少少？由外外界通入入氧气和和氢气形形成的电电极与由由电解产产生的氢氢气和氧氧气形成成的电极极在放电电效果上上有什么么差异？基于上上述疑问问与思考考，我们们设计并并制作了了一个氢氢氧燃料料电池演演示仪来来解决上上述问题题。三、实验验仪器及及试剂自制氢氧氧燃料电电池演示示仪，四四根碳棒棒电极，音音乐贺卡卡，灵敏敏电流计计、直流流电源，导线，烧杯，玻璃棒棒，硫酸酸钾稀溶液。四、实验验仪器装装置图（无论用用手或电电脑画都都必须清清晰）及及仪器的的组装说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1 mm毛细管管内径1820mm通入氧气通入氢气电解氢气电解氧

6、气气五、实验验操作部部分1电极极的制作作： 从一号号电池中中拆取两两根碳棒棒，用水水洗净，用坩埚埚钳夹住住碳棒置置于酒精精喷灯的的火焰上上灼烧至至红后迅迅速投入入冷水中中，反复复多次，使碳棒棒表面变变得粗糙糙多孔。将制好好的电极极塞入单单孔塞。2电池池的组装装：在自自制氢氧氧燃料演演示仪（如上图图）中注注满硫酸酸钠稀溶溶液，将将制作好好的电极极插入（要注意意装置的的气密性性，涂抹抹凡士林林可以解解决）。3将电电极1、2接在在直流电电源上，在电压压812V下电解解，收集集一定量量的氧气气和氢气气后，停停止电解解。同时在在电极33、4处处导入收收集好的的氧气和和氢气，直至双双球泡中中的液体体进入毛

7、毛细管一一段高度度。4将电电极1、2接上上音乐贺贺卡，可可以看到到发光二二极管亮亮（电池池电压超超过其启启辉电压压1.77V），扬声器器传出动动听的音音乐。将将电极22、3接接上音乐乐贺卡，发现发发光二极极管不亮亮（此时时电池的的电压低低于1.7V），扬声声器传出出动听的的音乐。将电极极3、44接上灵灵敏电流流计，指指针不发发生偏转转（说明明无电流流产生）。将电电极4、1接上上灵敏电电流计，指针不不发生偏偏转（说说明无电电流产生生）。同同时我们们还能看看见毛细细管中的的液面缓缓缓下降降。六、装置置改进的的意义1将电电极放入入装置中中，通过过排液法法收集一一定量的的氢气和和氧气，增加了了电极周周

8、围气体体的浓度度，提高高了电压压，延长长了放电电时间，使得实实验效果果更加明明显，且且成功率率1000%。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利用用电解产产生氢气气、氧气气与外界界制备好好的氢气气、氧气气的不同同组合说说明氢氧氧燃料电电池的关关键是活活性氢电电极（即即电解产产生的氢氢气中有有活性氢氢）。同时双球球泡上的的毛细管管中液面面缓缓下下降，说说明氢气气、氧气气在被消消耗。3对实实验探究究教学的的启示（1）在在实施新新课程的的过程中中，很

9、多多教师意意识到新新课程的的实施需需要课程程资源的的支持，应积极极开发并并利用校校内外的的各种课课程资源源，但是是我们又又普遍感感到课程程资源匮匮乏。究究其原因因是我们们对课堂堂教学中中蕴涵的的丰富的的学生资资源缺乏乏认识，忽视对对学生资资源的捕捕捉、利利用和开开发，致致使大量量学生资资源流失失。我们们应该努努力营造造出“教师学生”以及“学生学生”间自由由、平等等的氛围围。英国国哲学家家约翰密尔曾曾说过：天才只只能在自自由的空空气里自自由自在在的呼吸吸。同时时，学生生年龄尚尚小，经经历甚少少，有时时提出的的设想与与现实有有一定的的反差，这就要要求教师师要对学学生所犯犯的错误误一定要要有高度度的

10、容忍忍精神。其实错错误也是是一笔重重要的教教学资源源。这次次实验创创新设计计正是抓抓住了课课堂教学学中自发发生成的的学生资资源而且且探究中中一些关关键信息息的检索索和改进进措施的的提出均均得益于于学生的的自由发发挥。（2）普通高高中化学学课程标标准（实验稿稿）强调调：“要按照照课程内内容的要要求，发发现学习习和生产产、生活活中有意意义的化化学问题题，并进进行实验验探究；能根据据具体情情况设计计解决化化学问题题的实验验方案，并给以以评价和和优化。”本次探探究正是是紧密结结合化学学教学内内容而进进行的符符合化学学课程标标准的一一次活动动，学生生亲身经经历了类类似科学学家的研研究过程程：提出出问题设

11、想设计方方案实验验验证分析反反思 结论；体验、感受了了探究的的酸甜苦苦辣；也也锻炼和和培养了了他们的的意志和和毅力，开拓了了思维，增强了了自信，提升了了创造力力。同时时在本次次探究中中，我们们也意识识到探究究性学习习不仅局局限于实实验探究究。收集集信息、思考、求证，再思考考，再求求证，也也是一种种探究性性学习模模式，而而且会随随着学生生的成长长，变为为人们从从事探究究性活动动时经常常采用的的主要模模式。这这次实验验创新设设计的突突破完全全有赖于于文献检检索、思思考、求求证。（3）这这次实验验创新设设计活动动，对教教师也是是一次超越越式的促促进和提提高。教教师和学学生一起起融入探探究过程程中，一一同查找找资料，设计方方案，分分析原因因，不断断反思优优化实验验方案，一同感感受和体体验科学学研究过过程。在在探究过过程中，学生感感受到教教师的欣欣赏和信信任，形形