Energia z wody - Jak produkować tlen i wodór na Księżycu

Krótki opis:

W tym zestawie trzech ćwiczeń uczniowie poznają zagadnienia związane z elektrochemią.

Na pierwszych zajęciach zbudują stos woltaiczny - prostą baterię. Wynalazek ten dał początek elektrochemii.

Następnie uczniowie będą badać elektrolizę. Elektroliza wykorzystuje prąd elektryczny do rozdzielenia wody na jej składniki: wodór i tlen. Produkty te mogą być wykorzystane jako materiały pędne dla statków kosmicznych i/lub do dostarczenia tlenu dla załogi.

W ostatnim ćwiczeniu uczniowie badają i wykorzystują ogniwo paliwowe.

Przedmiot: Nauka, chemia, fizyka

Cele nauczania

Zrozumieć, jak działa bateria.

Wykonaj doświadczenie potwierdzające, że w wyniku pewnych reakcji chemicznych może powstać prąd elektryczny.

Wykonaj ćwiczenie doświadczalne potwierdzające, że prąd elektryczny może spowodować zajście pewnych reakcji chemicznych.

Zbadaj elektrolizę wody i jej zastosowania.

Zbadaj ogniwa paliwowe i ich zastosowania.

Napisz równania równowagi dla reakcji chemicznych REDOX.

Odpowiednio wykorzystywać sprzęt do prowadzenia i rejestrowania obserwacji.

Zakres wiekowy:

14 - 16 lat

Czas

Przygotowanie: 1 godz.
Lekcja: 2 godziny

Zasób dostępny w:

Angielski, Duński, Francuski, Niemiecki, Włoski, Polska oraz Hiszpański

Zadanie 1: Zbuduj swoją własną baterię

W tym ćwiczeniu uczniowie skonstruują stos woltaiczny - prostą baterię - z metalowych płytek, ściereczki do naczyń i octu. Stos woltaiczny wykorzystuje spontaniczną reakcję chemiczną do wytworzenia energii elektrycznej.

Sprzęt

6 talerzy z pigwy (na grupę)

6 płyt miedzianych (na grupę)

1 ścierka do naczyń (na grupę)

Nożyczki

Ocet

Papier ścierny

2 elastyczne gumki

Przewody z zaciskami krokodylkowymi

Multimetr

Baterie AA (opcja)

Ćwiczenie 2: Elektroliza

W tym ćwiczeniu uczniowie zbudują elektrolizer: urządzenie, które wprowadza prąd elektryczny do cieczy za pomocą dwóch elektrod. Użyją urządzenia do elektrolizy wody i odkryją, że możliwe jest rozdzielenie wody na jej składniki: tlen i wodór.

Sprzęt

Plastikowy pojemnik z pokrywką (z dwoma otworami)

2 probówki

2 stalowe kołki rozporowe

2 zlewki

Drut miedziany

Bateria (opcjonalnie: ogniwo słoneczne)

400cm³ wody destylowanej + 12g NaOH (3% rozpuszczanie)

Woda destylowana

Rękawice

Ćwiczenie 3: Ogniwo paliwowe

W tym ćwiczeniu uczniowie wykorzystają produkty elektrolizy wody (H₂ i O₂) w ogniwie paliwowym. Zbadają, jak ogniwa paliwowe wytwarzają energię elektryczną i ciepło w wyniku reakcji chemicznej. Studenci rozważą możliwości i ograniczenia ogniw paliwowych w eksploracji Księżyca.

Sprzęt

Ogniwo paliwowe

Strzykawka

Woda dejonizowana i destylowana

Zasilanie (bateria, ogniwo słoneczne)

Rurki i kapturki silikonowe

Zlewki o pojemności 30 ml i pojemniki wewnętrzne (patrz załącznik 2)

Przewody z wtyczkami

Siłowniki (silniki, diody LED, samochód itp.)

Wiedziałeś?

Elektroliza wody jest główną metodą generowania tlenu na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Woda jest zbierana z moczu, ścieków i kondensacji i rozszczepiana na tlen i wodór w Systemie Generowania Tlenu (OGS).

Źródłem zasilania stacji są baterie słoneczne wielkości boiska piłkarskiego. Podobny system mógłby zostać wykorzystany na Księżycu.

Słowa kluczowe:

Chemia, Materiały dla klasy, Księżyc, Fizyka, Nauka, Drugie