廢舊堿性干電池的實驗教學(xué)案例

文 曹波

廢舊堿性干電池的實驗教學(xué)案例

文 曹波

一、設(shè)計意圖

利用科學(xué)探究實驗活動，為學(xué)生提供應(yīng)用知識的空間和拓展知識的機會，實驗教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容和方法，高一學(xué)生初次接觸電化學(xué)知識，對原電池的工作原理有較強的神秘感和探索欲望；因此我們利用廢舊堿性干電池作為實驗對象，結(jié)合中學(xué)現(xiàn)有實驗器材，主要采取實驗探究的教學(xué)方法，充分利用學(xué)生的好奇心和求知欲，在整個過程以學(xué)生為主體，互助協(xié)作大家動手，老師輔助指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰吞骄烤?。本實驗過程是：干電池的解剖，分析電池工作原理，驗證工作原理。

由于實驗內(nèi)容簡單易操作，與高一學(xué)生的實驗?zāi)芰ο喈?dāng)，體現(xiàn)了從實踐到理論再到實踐的科學(xué)實驗方法，可以使學(xué)生形成解決問題的經(jīng)驗及化學(xué)知識技能，達(dá)成本節(jié)教學(xué)目標(biāo)。

二、學(xué)情分析

高一學(xué)生在進(jìn)入高中的第二個學(xué)期的學(xué)習(xí)生活后，學(xué)生們正逐步適應(yīng)高中階段學(xué)習(xí)的節(jié)奏與強度，但依然有一些學(xué)生還沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)沒有科學(xué)的方法，特別缺少學(xué)習(xí)化學(xué)應(yīng)有的從實驗中獲得的感性知識和技能?；瘜W(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，化學(xué)實驗是學(xué)習(xí)化學(xué)知識的重要方法之一，而學(xué)生的實驗操作機會很少，我們了解到在初中很少有機會接觸化學(xué)實驗，這樣既增大了學(xué)生學(xué)習(xí)中的困難，又失去了體會化學(xué)本應(yīng)有的學(xué)科特點和對化學(xué)的興趣，使學(xué)習(xí)過程枯燥乏味，造成一些學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，嚴(yán)重影響了學(xué)生們的學(xué)習(xí)和生活；本節(jié)實驗教學(xué)的目的就是為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，力求為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣作一點努力。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)：了解堿性干電池的構(gòu)造，了解原電池反應(yīng)原理。

2.情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和理論聯(lián)系實際的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神。

3.過程目標(biāo)：通過本課實驗教學(xué)，使學(xué)生體驗探究過程，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、實驗?zāi)芰Α?/p>

四、教學(xué)重點、難點

理解堿性干電池反應(yīng)原理。

五、教學(xué)準(zhǔn)備

1.對學(xué)生進(jìn)行分組：五至六人為一個小組。

2.實驗準(zhǔn)備。儀器：每組一個靈敏電流計，一片鋅片、一根石墨電極、小燒杯兩個，銅導(dǎo)線兩根，堿性干電池一節(jié)、鋼鋸一條，鉗子一把，鑷子一把，小刀一把，藥匙一把，玻璃棒一根。藥品：氫氧化鈉溶液，二氧化錳粉末。

六、教學(xué)過程

【引入】現(xiàn)代生活中廣泛使用的是堿性干電池，那么到底堿性干電池的工作原理和結(jié)構(gòu)是怎樣的？今天我們就通過解剖一只堿性電池的實驗一起來了解它的構(gòu)造，然后通過實驗學(xué)習(xí)其放電原理。

【教師活動】介紹實驗桌上的物品，說明實驗步驟和方法，指導(dǎo)學(xué)生完成實驗。

【板書】實驗一、解剖堿性干電池

1.解剖堿性干電池

（1）【學(xué)生活動】將電池的外包裝除掉，用小鋼鋸條把電池金屬外殼從尾部圓四周鋸開，不要鋸得太深，當(dāng)看到黑色液體時換另一部位鋸開，然后把尾部的電針取出。

現(xiàn)象或結(jié)論：鋸開電池后有少許黑色液體漏出，尾部有一圓形絕緣膠片，連有一細(xì)長電針。如圖1所示。

圖1

（2）【學(xué)生活動】用鉗子把外殼撕開一部分，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)象或結(jié)論：電池內(nèi)部有一層圓柱體黑色物質(zhì)，中央有黃色纖維圓管，如圖2、圖3所示。

圖2

圖3

（3）【學(xué)生活動】用鑷子取出內(nèi)部黃色纖維管，仔細(xì)觀察其表面結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)象或結(jié)論：纖維管表面滑膩且潮濕，如圖4、圖5所示。

圖4

圖5

（4）【學(xué)生活動】用小刀把纖維管小心切開，仔細(xì)觀察內(nèi)部物質(zhì)。

現(xiàn)象或結(jié)論：內(nèi)部有銀白色金屬粉末，如圖6所示。

圖6

【教師活動】當(dāng)學(xué)生完成實驗一后，要求學(xué)生思考下列問題，然后開始實驗二，用桌上的實驗材料完成對干電池工作原理的驗證。

【學(xué)生討論】（1）怎樣區(qū)分堿性電池中的正負(fù)極？（2）中央部分的銀白色金屬粉是什么物質(zhì)？（3）電池外部黑色物質(zhì)的主要成分是什么？

2.驗證堿性電池的工作原理

【老師活動】說明后來要進(jìn)行的實驗步驟和方法，指導(dǎo)學(xué)生完成實驗。

【板書】實驗二、堿性干電池的反應(yīng)原理實驗

（1）【學(xué)生活動】將鋅片連到電流表負(fù)極，插入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中，觀察后，取出鋅片。

現(xiàn)象或結(jié)論：鋅表面無明顯反應(yīng)，且電流表指針不偏轉(zhuǎn)，說明單獨的鋅片不能產(chǎn)生電流。如圖7所示。

圖7

（2）【學(xué)生活動】將石墨電極與電流表正極相連，插入上述同一盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中，觀察現(xiàn)象。現(xiàn)象或結(jié)論：電流表指針不偏轉(zhuǎn)，石墨不能產(chǎn)生電流。

（3）【學(xué)生活動】將分別與電流表連接后的鋅片和石墨電極同時插入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象或結(jié)論：電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，說明鋅片和石墨電極與氫氧化鈉溶液可構(gòu)成原電池，且鋅片沒有明顯被腐蝕的反應(yīng)現(xiàn)象（如圖8所示）。

圖8

（4）【學(xué)生活動】將上述操作中的氫氧化鈉溶液留少量于燒杯中，加入二氧化錳攪拌混合成糊狀物，然后將鋅片和碳棒兩電極同時插入混合物內(nèi)，觀察電流情況。

現(xiàn)象或結(jié)論：電流表指針強烈偏轉(zhuǎn)。說明用二氧化錳的氫氧化鈉混合物構(gòu)成的原電池能產(chǎn)生較強的電流，比僅為氫氧化鈉溶液產(chǎn)生的電流要強烈（如圖9所示）。

圖9

（5）【教師活動】實驗結(jié)束，要求學(xué)生將實驗廢液倒入指定收集處，清潔桌面。

3.實驗結(jié)論與報告

（1）簡要說明堿性電池的結(jié)構(gòu)并畫出電池的剖面圖。

（2）寫出堿性電池電極反應(yīng)和總反應(yīng)。

【參考答案】（1）堿性干電池的負(fù)極材料是鋅，正極材料是二氧化錳，電解液是氫氧化鈉（或氫氧化鉀）溶液。它的構(gòu)造中間是由鋅粉壓制的圓柱狀負(fù)極，其外部纏裹著浸滿氫氧化鈉（鉀）溶液的纖維材料，再外面是由二氧化錳、碳粉及氫氧化鈉溶液組成的正極。電池的外殼由惰性金屬制成與正極相連，電池的負(fù)極通過集電針與電池底部相連。剖面圖如圖10所示。

圖10

（2）電池反應(yīng)

負(fù)極Zn +2 OH——2e—=Zn（OH）2

正極MnO2+ 2e—+2H2O=Mn（OH）2+2OH—

總反應(yīng)Zn + MnO2+ 2H2O=Mn（OH）2+Zn（OH）2

說明：關(guān)于電池反應(yīng)有多種寫法，在此只就其中簡單的一種寫出。

七、教學(xué)反思

主要優(yōu)點：學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高，探究興趣濃，學(xué)生展現(xiàn)出較好的動手能力和實驗?zāi)芰?，整個實驗安排比較合理，難度不大，大多數(shù)學(xué)生都能順利完成，提高了學(xué)生對化學(xué)知識的學(xué)習(xí)興趣，也讓學(xué)生明白堿性干電池的工作原理，基本完成本節(jié)預(yù)設(shè)教學(xué)目標(biāo)。

主要不足：實驗過程中的清潔做得不好，學(xué)生操作的隨意性較大，亂倒亂丟較多，要加強安全和衛(wèi)生習(xí)慣的教育；時間有點緊張；還有電化學(xué)反應(yīng)的書寫難度太大，畢竟是書上沒有的知識，需要學(xué)生查閱資料才能完成。

作者信息

曹波，本科，中教一級。成都市新津縣華潤高中，611430