Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
Одержання електрики з водню - це чистий спосіб покрити потребу в енергії для нашого щоденного життя.
Крім блочних теплоелектроцентралей, у цій заміні викопного палива зацікавлені передусім автовиробники.
Точну будову PEM (Proton-Exchange-Membrane)-паливного елемента описує цей дослід.
Інша інформація (1/3)
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають уже знати з теорії принцип роботи паливного елемента та можливі галузі його застосування.
Принцип
Водень одержують класичним способом у газогенераторі за реакцією хлоридної кислоти з цинком і для очищення пропускають крізь дистильовану воду. У PEM-паливному елементі він далі безпосередньо перетворюється з киснем (із повітря) на воду й електричну енергію.
Інша інформація (2/3)
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні знайомляться з принципом роботи PEM-паливного елемента.
Завдання
Учні збирають модель PEM-паливного елемента і вводять його в роботу.
Інша інформація (3/3)
Вказівки
Триходовий кран і паливний елемент найкраще з'єднувати тонким силіконовим шлангом діаметром 4 мм. Через оливу триходового крана цей шланг надівається важко. Ковзкість найкраще підвищити невеликою кількістю гліцерину.
Як варіант, можна швидко зробити «перехідник»: надіти на оливу паливного елемента лише дуже короткий відрізок тонкого шланга, а поверх нього провести товщий шланг діаметром 7 мм. Для захисту олив короткий відрізок тонкого шланга слід завжди надівати й на ті оливи, що затиснуті в магнітних тримачах. Якщо під час добування водню газовиділення виявиться заслабким, до цинкових гранул можна додати шпателем трохи купрум сульфату або підвищити концентрацію кислоти в крапельній лійці. Зазвичай ні того, ні того робити не потрібно.
Правила безпеки
- Розведена хлоридна кислота сильно подразнює шкіру й очі.
- Пари подразнюють органи дихання, причому особливо страждають слизові оболонки верхніх дихальних шляхів.
- При контакті з металами може утворюватися водень (небезпека вибуху!).
- Щодо H- і P-фраз, будь ласка, звертайтеся до відповідних паспортів безпеки.
- На цей дослід поширюються загальні вказівки щодо безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Технологія PEM (Proton-Exchange-Membrane) - це тип паливного елемента, якому віддають перевагу виробники автомобілів і блочних теплоелектроцентралей.
У показаній тут установці водень одержують класичним способом у газогенераторі за реакцією хлоридної кислоти з цинком і для очищення пропускають крізь дистильовану воду. У PEM-паливному елементі він далі безпосередньо перетворюється з киснем (із повітря) на воду й електричну енергію.
Виробленою паливним елементом електричною енергією живиться невеликий двигун. Перевага показаного тут досліду в тому, що для добування водню не потрібне ні зовнішнє джерело струму (електроліз), ні балон зі стисненим газом. Будь-коли й без зайвих зусиль можна виробити саме стільки водню, скільки потрібно.
Обладнання
Складання та виконання
Складання та виконання (1/2)
- Тримачі встановлюють на плиті для комплектних дослідів, як на рисунку 1. Апаратуру збирають за рисунком 2 (наступний слайд) і після цього закріплюють на тримачі.
- У крапельну лійку наливають близько 25 мл хлоридної кислоти, а в круглодонну колбу на 100 мл кладуть від 4 до 6 цинкових гранул.
- Щоб уберегти мембрану паливного елемента від можливих парів кислоти, пробірку з оливою приблизно на третину заповнюють дистильованою водою. Завдяки введеній згори скляній трубці вона працює як промивна склянка.
1
Панель для розміщення експериментального обладнання
Складання та виконання (2/2)
- Щоб почати дослід, кислоту повільно крапають на цинкові гранули. Спочатку деякий час дають газу виходити крізь триходовий кран.
- Після цього кран повертають у положення, за якого потік водню надходить у паливний елемент. Щойно двигун запрацює і диск почне обертатися, реакцію припиняють, закривши кран на газогенераторі сталого тиску.
- Інструкція з точного користування PEM-паливним елементом додається до набору.
2
Схема досліду
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/5)
Результат
Від додавання кислоти до цинкових гранул утворюється безбарвний газ. Він пробулькує крізь пробірку, що править за промивну склянку, і при контакті з паливним елементом приводить у рух двигун.
Опрацювання (1/2)
Безбарвний газ - це водень:
Джерелом енергії для двигуна є реакція водню й кисню з утворенням води:
Опрацювання результатів (2/5)
Опрацювання (2/2)
Потрібний для цього кисень надходить із повітря і потрапляє в паливний елемент крізь незайняті оливи на боці, протилежному до потоку водню. При цьому на поверхні мембрани відбуваються такі часткові реакції:
Реакція на аноді (окиснення, мінус-полюс):
Реакція на катоді (відновлення, плюс-полюс):
Щодо докладнішої теорії PEM-паливного елемента й гальванічних елементів тут відсилаємо до відповідної фахової літератури.
Опрацювання результатів (3/5)
Перетягни слова у правильні поля! Технологія PEM (Proton-Exchange-Membrane) - це тип паливного елемента, якому ____ виробники автомобілів і блочних теплоелектроцентралей. При цьому ____ одержують класичним способом у газогенераторі за реакцією хлоридної кислоти з ____ і для очищення пропускають крізь дистильовану воду. У PEM-паливному елементі він далі безпосередньо перетворюється з ____ (із повітря) на воду й ____.
Опрацювання результатів (4/5)
Питання
Опрацювання результатів (4/5)
Опрацювання результатів (5/5)
Питання