《制氢技术》教案6电解水制氢2

一、教案头编号：6授课班级22氢能技术1班授课日期2024年4月17日本次课标题：电解水制氢2教学目标知识目标了解水电解制氢的优点；理解大规模电解水制氢系统组成；掌握电解水制氢工作原理。能力目标能电解水制氢。教学重点电解水制氢工作原理教学难点大规模电解水制氢系统参考资料《氢能与制氢技术》第二版吴素芳浙江大学出版社2021-7

二、教学设计(第6次课)步骤教学内容教学方法教学手段时间分配告知(教学内容、目的）告知目标：了解水电解制氢的优点；理解大规模电解水制氢系统组成；掌握电解水制氢工作原理。讲授课件、板书5分钟引入（任务项目）水电解制氢的优点：不使用化石燃料、产品纯度高、操作灵活、生产能力可调性大。电解水制氢技术的优点：工艺比较简单，完全自动化，操作方便；其氢气产品的纯度也极高，一般可达到99%～99.9%，并且由于其主要杂质是H2O和O2，无污染，特别适合质子膜燃料电池中对一氧化碳要求极为严格的燃料电池使用。加压水电解制氢技术的开发成功，减少了电解槽的体积，降低了能耗，成为电解水制氢的趋势。但是，电解水制氢技术目前只占氢气总量的约4%，为什么呢？电解水制氢技术目前只占氢气总量的约4%？这是由于在制氢成本中，尽管以水为原料，原料价格比较便宜，但由于其制氢成本的主要部分是电能的消耗。水电解的耗电量较高，一般制得每标准立方米氢气不低于4kWh用电量。虽然近年来对电解水制氢技术进行了许多改进，但工业化的电解水制氢成本仍然高于以化石燃料为原料的制氢成本。设问启发讨论课件10分钟操练（掌握初步或基本能力）1、接的什么电源？2、观察到怎样的现象？3、通过这实验你能等到什么样的结论？水电解制氢是燃料电池氢气和氧气进行氧化-还原反应的逆反应。水电解是在阴极上发生还原反应析出氢气和在阳极上发生氧化反应析出氧气的反应。讲授教师示范课件、板书、操作演示20分钟深化（加深对基本能力的体会）为什么不直接电解纯水？常见的碱性水溶液的电解制氢的电极槽由浸没在电解液中的一对电极和电极两端隔以防止气体渗透的隔膜而构成。电极通以一定电压的直流电时，水就发生分解，分别在阴极产生氢气，阳极产生氧气。水溶液的导电是由于溶液中带电的离子在电场中移动的结果，其电导率（电阻率的倒数）的大小与水溶液中的离子浓度有关。纯水是很弱的电解质，它的导电能力很差。所以通常需要加入一些强电解质，以增加溶液的导电能力，使水能够顺利地电解为氢气和氧气。水电解时的反应式，根据电解液的性质不同而有所不同。碱电解液常用KOH或NaOH溶液。水分子放电析出氢及OH-离子。Na+或K+离子在电解液的浓度下，其析出电位要比氢析出电位负得多，因此阴极上H+先放电，析出氢；在阳极上因为没有别的负离子存在，因此OH-离子先放电析出氧。1摩尔水电解得到1摩尔氢气和0.5摩尔氧气。由于隔膜的阻碍，氢气和氧气不会通过隔膜混合在一起，但是电解液却可通过隔膜进入另一侧。制氢系统运行时，氢气与碱液的混合液以及氧气与碱液的混合液，分别经过气水分,离器，将气体和溶液分离，碱液回流至电解槽，氢气和氧气分别进入纯化装置提纯后进行收集。重点讲解教师示范课件、板书20分钟训练巩固