Energie uit water - Hoe zuurstof en waterstof te produceren op de maan

Korte beschrijving:

In deze set van drie activiteiten leren de leerlingen over elektrochemie.

In de eerste activiteit zullen zij een voltaïsche paal bouwen - een eenvoudige batterij. Deze uitvinding betekende het begin van de elektrochemie.

De leerlingen zullen vervolgens elektrolyse bestuderen. Elektrolyse gebruikt elektrische stroom om water te splitsen in zijn componenten: waterstof en zuurstof. Deze producten kunnen worden gebruikt als drijfgas voor ruimtevaartuigen en/of om zuurstof te leveren voor de bemanning.

In de laatste activiteit onderzoeken en gebruiken de leerlingen een brandstofcel.

Onderwerp: Wetenschap, Scheikunde, Natuurkunde

Leerdoelen

Begrijpen hoe een batterij werkt.

Een experimentele activiteit uitvoeren om te bevestigen dat bepaalde chemische reacties elektriciteit kunnen opwekken.

Voer een experimentele activiteit uit om te bevestigen dat elektriciteit bepaalde chemische reacties kan laten plaatsvinden.

Bestudeer waterelektrolyse en de toepassingen ervan.

Onderzoeken van brandstofcellen en hun toepassingen.

Schrijf evenwichtsvergelijkingen voor chemische REDOX-reacties.

Gebruikt de apparatuur op de juiste wijze om waarnemingen te doen en te registreren.

Leeftijdscategorie:

14 - 16 jaar oud

Tijd

Bereiding: 1 uur
Les: 2 uur

Hulpbron beschikbaar in:

Engels, Deens, Frans, Duits, Italiaans, Pools en Spaans

Activiteit 1: Bouw je eigen batterij

In deze activiteit bouwen de leerlingen een voltaïsche stapel - een eenvoudige batterij - van metalen platen, vaatdoek en azijn. Een voltaïsche heipaal maakt gebruik van een spontane chemische reactie om elektriciteit te maken.

Uitrusting

6 kweeperenborden (per groep)

6 koperen platen (per groep)

1 vaatdoek (per groep)

Schaar

Azijn

Schuurpapier

2 elastische elastiekjes

Draden met krokodillenklemmen

Multimeter

AA-batterijen (Facultatief)

Activiteit 2: Elektrolyse

In deze activiteit bouwen de leerlingen een elektrolyseapparaat: een apparaat dat met behulp van twee elektroden een elektrische stroom in een vloeistof brengt. Ze zullen het apparaat gebruiken voor elektrolyse van water en ontdekken dat het mogelijk is water te splitsen in zijn componenten: zuurstof en waterstof.

Uitrusting

Plastic bakje met deksel (met twee gaatjes)

2 reageerbuizen

2 stalen push pinnen

2 bekers

Koperdraad

Batterij (Optioneel: een zonnecel)

400cm³ gedestilleerd water + 12g NaOH (3% oplossing)

Gedestilleerd water

Handschoenen

Activiteit 3: Brandstofcel

In deze activiteit gebruiken de leerlingen de producten van waterelektrolyse (H₂ en O₂) in een brandstofcel. Ze zullen onderzoeken hoe brandstofcellen elektriciteit en warmte produceren uit een chemische reactie. De leerlingen zullen de mogelijkheden en beperkingen van brandstofcellen voor de verkenning van de maan in overweging nemen.

Uitrusting

Een brandstofcel

Een injectiespuit

Gedeïoniseerd en gedestilleerd water

Stroomvoorziening (batterij, zonnecel)

Siliconen slangen en doppen

bekerglazen en binnenhouders van 30 ml (zie bijlage 2)

Draden met connectoren

Actuatoren (Motoren, LED's, auto enz.)

Wist je dat?

Elektrolyse van water is de belangrijkste methode om zuurstof te produceren aan boord van het internationale ruimtestation (ISS). Water wordt opgevangen uit urine, afvalwater en condensatie en in het Oxygen Generation System (OGS) gesplitst in zuurstof en waterstof.

De zonnepanelen van het station zijn zo groot als een voetbalveld en leveren de energie. Een soortgelijk systeem zou op de maan kunnen worden gebruikt.

Sleutelwoorden:

Chemie, Middelen voor de klas, Maan, Natuurkunde, Wetenschap, Secundair