自制“氫氧燃料電池展板式教具”在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

史學(xué)才

摘要：在化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是必不可少的，它是化學(xué)教學(xué)工作一項(xiàng)重要內(nèi)容?！皻溲跞剂想姵卣拱迨浇叹摺笔腔瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，它包括電解水、氫氣和氧氣的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、氫氧燃料電池放電等幾個(gè)重要部分。它能有效的幫助學(xué)生理解對(duì)水的組成的認(rèn)識(shí)，了解氫氧電池的工作原理，也能有效的促進(jìn)教師的教學(xué)工作，提供很大的實(shí)驗(yàn)課堂的趣味性，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。本篇文章根據(jù)自己多年的實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討了“氫氧燃料電池”作為一種教學(xué)工具在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氫氧燃料電池 展板式教具 電解水 化學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

首先，水的電解和氫氧燃料電池是初高中化學(xué)課的必學(xué)內(nèi)容，在“化學(xué)能與動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化”一節(jié)中占據(jù)重要的位置。在初中的學(xué)習(xí)階段，主要簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)了水能分解出氫氣和氧氣，氫氣是一種清潔的綠色能源，和氫氧化學(xué)電池能量是如何轉(zhuǎn)化的，為高中的學(xué)習(xí)它的工作原理打下了一個(gè)基礎(chǔ)。燃料電池雖然在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中是一項(xiàng)重要內(nèi)容，但在生活應(yīng)用中卻很少見，所以學(xué)生對(duì)它的認(rèn)識(shí)并不多，而且初中階段只是對(duì)它進(jìn)行了簡(jiǎn)單的文字介紹，并沒有學(xué)習(xí)工作原理和實(shí)驗(yàn)方法，所以學(xué)生對(duì)氫氧電池放電這個(gè)問題持懷疑態(tài)度。在高中的學(xué)習(xí)階段，雖然開始學(xué)習(xí)了它的工作原理，以及是如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，但介紹還是過于簡(jiǎn)單不全面，實(shí)驗(yàn)又不易完成，很容易發(fā)生失敗的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生不能得到很好的認(rèn)知。

一、裝置的發(fā)展

早期階段，有些化學(xué)工作者利用Y型三通管制作電解水的裝置，將它裝滿飽和的硫酸鈉溶液，然后再兩端裝上電極，通過電解使氫氣和氧氣分別流向Y型管兩端，再將導(dǎo)線和碳棒連接起來，就構(gòu)成了燃料電池。但是經(jīng)過多次實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)Y型管雖然可以很好的將氫氣和氧氣分開并且儲(chǔ)存起來。但是，也有一些缺點(diǎn)，比如，很難找到和它匹配的橡皮塞，使它能夠完全封閉Y型管的端口，不使氣體泄漏;沒有合適的工具固定裝置;很難將整個(gè)裝置內(nèi)裝滿硫酸鈉液體;Y型管內(nèi)儲(chǔ)存的氣體太少，產(chǎn)生的電流也小，不利于觀察和課堂學(xué)習(xí)等等。

隨著教學(xué)工作的不斷發(fā)展，教學(xué)工作者們慢慢研制出了新型的燃料電池裝置，制作了“氫氧燃料電池展板式教具”。主要以下幾個(gè)變化：一是使用較粗的多孔碳棒，可以增大與氣體的接觸面積和吸附量，進(jìn)而增加的電流強(qiáng)度;二是根據(jù)Y型管的靈感制作出一個(gè)三通U型管，在安裝兩個(gè)雙孔的橡皮塞，分別安裝上碳棒和導(dǎo)管，形成電解池。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種方式能夠很快產(chǎn)生出足夠的氫氣和氧氣，既節(jié)省時(shí)間，又產(chǎn)生足夠的氣體。三是將U型管和漏斗連接，并固定在展示板上，這樣可以方便添加和排放硫酸鈉，并且方便清潔;四是在展板下面安裝電源，上面可以安裝一些檢測(cè)裝置或者小燈泡等，便于學(xué)生觀察到電流產(chǎn)生的現(xiàn)象。增加了課堂的趣味性，學(xué)生更愿意動(dòng)手去實(shí)踐和操作。

通過那些小燈泡發(fā)光發(fā)亮，小電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，電流表指針轉(zhuǎn)動(dòng)或者小的警報(bào)器報(bào)警等多種表現(xiàn)形式，將不能看見的電流轉(zhuǎn)化向一個(gè)個(gè)生動(dòng)可見的實(shí)驗(yàn)畫面，充分吸引了學(xué)生的注意力，具有較強(qiáng)的說服力。同時(shí)也改善了之前的裝置發(fā)電量少，電流強(qiáng)度低，操作復(fù)雜等一系列的難題，體現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)步。

二、教學(xué)工具在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用和體會(huì)

（一）教學(xué)應(yīng)用

借助這個(gè)裝置可以同時(shí)完成三個(gè)實(shí)驗(yàn)：

一是電解水分解實(shí)驗(yàn)：拔掉導(dǎo)管上的活塞，向漏斗中添加飽和的硫酸鈉液體直到充滿整個(gè)導(dǎo)管為止，然后緊活塞，接通電源進(jìn)行電解水。

二是進(jìn)行氫氣和氧氣的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：將電解水產(chǎn)生的氫氣和氧氣導(dǎo)出，分別在試管口用爆鳴法或者燃燒法檢驗(yàn)氣體，在管口點(diǎn)燃?xì)錃鈺r(shí)會(huì)有爆鳴聲，將帶火星的木條放在氧氣管口會(huì)使木條復(fù)燃。

三是進(jìn)行“氫氧燃料電池”實(shí)驗(yàn)：用導(dǎo)線分別將導(dǎo)管兩端的碳棒和電流計(jì)或者小燈泡連接，能看到電流表指針轉(zhuǎn)動(dòng)或者燈泡亮的現(xiàn)象。

（二）實(shí)驗(yàn)體會(huì)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)的過程中培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手操作的能力，同時(shí)體會(huì)到化學(xué)的實(shí)用性以及對(duì)待化學(xué)要有鉆研實(shí)踐和追求真理的探索精神。如何才能讓這種化學(xué)裝置在教學(xué)中發(fā)揮作用呢？

首先，在初級(jí)教學(xué)中，可將這種裝置引入到初中課堂中，通過課堂上的實(shí)際操作，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)中的能量轉(zhuǎn)換這節(jié)知識(shí)，不僅可以學(xué)習(xí)到“水的電解、氫氧的檢驗(yàn)方式”等化學(xué)主要內(nèi)容，也可以直觀的讓學(xué)生觀察到化學(xué)能是如何轉(zhuǎn)換成電能的。這可以不作為學(xué)生必學(xué)的內(nèi)容，只是讓學(xué)生增加學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，作為一種額外的知識(shí)補(bǔ)充。

其次，在高中化學(xué)的學(xué)習(xí)階段，應(yīng)用這種裝置進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)應(yīng)用原理以及具體工作方式中具有較好的輔助作用，并且學(xué)習(xí)它在其他生活和科技方面的應(yīng)用。使化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘嬲龖?yīng)用到其他方面，體會(huì)到它的實(shí)用性。通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)和原理應(yīng)用相結(jié)合的課堂學(xué)習(xí)，增加學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣和投入到這種方面鉆研的態(tài)度和精神，真正起到教學(xué)的目的。

三、結(jié)語

總而言之，氫氧燃料電池這種教學(xué)工具的使用大大增加了化學(xué)課堂的教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也給老師的教學(xué)工作帶來了便利和激情。它的應(yīng)用對(duì)化學(xué)教學(xué)來說是一個(gè)質(zhì)的飛躍，也希望越來越多的教育工作者可以投入到這方面的研究，帶來更多更好的教學(xué)工具，給我國化學(xué)的教育事業(yè)帶來進(jìn)步。

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（作者單位：江西省鄱陽縣樂豐中心學(xué)校樂豐中學(xué)）