自制“氢氧燃料电池展板式教具”在化学实验教学中的应用

2018-03-22史学才

祖国 2018年2期

史学才

摘要：在化学教学中，实验是必不可少的，它是化学教学工作一项重要内容。“氢氧燃料电池展板式教具”是化学实验中一项重要的内容，它包括电解水、氢气和氧气的实验检验、氢氧燃料电池放电等几个重要部分。它能有效的帮助学生理解对水的组成的认识，了解氢氧电池的工作原理，也能有效的促进教师的教学工作，提供很大的实验课堂的趣味性，增加学生学习兴趣。本篇文章根据自己多年的实践和教学经验，探讨了“氢氧燃料电池”作为一种教学工具在化学实验教学中的应用。

关键词：氢氧燃料电池展板式教具电解水化学实验教学

首先，水的电解和氢氧燃料电池是初高中化学课的必学内容，在“化学能与动能的相互转化”一节中占据重要的位置。在初中的学习阶段，主要简单的学习了水能分解出氢气和氧气，氢气是一种清洁的绿色能源，和氢氧化学电池能量是如何转化的，为高中的学习它的工作原理打下了一个基础。燃料电池虽然在化学实验中是一项重要内容，但在生活应用中却很少见，所以学生对它的认识并不多，而且初中阶段只是对它进行了简单的文字介绍，并没有学习工作原理和实验方法，所以学生对氢氧电池放电这个问题持怀疑态度。在高中的学习阶段，虽然开始学习了它的工作原理，以及是如何进行实验的，但介绍还是过于简单不全面，实验又不易完成，很容易发生失败的现象，导致学生不能得到很好的认知。

一、装置的发展

早期阶段，有些化学工作者利用Y型三通管制作电解水的装置，将它装满饱和的硫酸钠溶液，然后再两端装上电极，通过电解使氢气和氧气分别流向Y型管两端，再将导线和碳棒连接起来，就构成了燃料电池。但是经过多次实践，发现Y型管虽然可以很好的将氢气和氧气分开并且储存起来。但是，也有一些缺点，比如，很难找到和它匹配的橡皮塞，使它能夠完全封闭Y型管的端口，不使气体泄漏;没有合适的工具固定装置;很难将整个装置内装满硫酸钠液体;Y型管内储存的气体太少，产生的电流也小，不利于观察和课堂学习等等。

随着教学工作的不断发展，教学工作者们慢慢研制出了新型的燃料电池装置，制作了“氢氧燃料电池展板式教具”。主要以下几个变化：一是使用较粗的多孔碳棒，可以增大与气体的接触面积和吸附量，进而增加的电流强度;二是根据Y型管的灵感制作出一个三通U型管，在安装两个双孔的橡皮塞，分别安装上碳棒和导管，形成电解池。实验发现这种方式能够很快产生出足够的氢气和氧气，既节省时间，又产生足够的气体。三是将U型管和漏斗连接，并固定在展示板上，这样可以方便添加和排放硫酸钠，并且方便清洁;四是在展板下面安装电源，上面可以安装一些检测装置或者小灯泡等，便于学生观察到电流产生的现象。增加了课堂的趣味性，学生更愿意动手去实践和操作。

通过那些小灯泡发光发亮，小电动机旋转，电流表指针转动或者小的警报器报警等多种表现形式，将不能看见的电流转化向一个个生动可见的实验画面，充分吸引了学生的注意力，具有较强的说服力。同时也改善了之前的装置发电量少，电流强度低，操作复杂等一系列的难题，体现了科学实验的进步。

二、教学工具在实验教学中的应用和体会

（一）教学应用

借助这个装置可以同时完成三个实验：

一是电解水分解实验：拔掉导管上的活塞，向漏斗中添加饱和的硫酸钠液体直到充满整个导管为止，然后紧活塞，接通电源进行电解水。

二是进行氢气和氧气的检验实验：将电解水产生的氢气和氧气导出，分别在试管口用爆鸣法或者燃烧法检验气体，在管口点燃氢气时会有爆鸣声，将带火星的木条放在氧气管口会使木条复燃。

三是进行“氢氧燃料电池”实验：用导线分别将导管两端的碳棒和电流计或者小灯泡连接，能看到电流表指针转动或者灯泡亮的现象。

（二）实验体会

化学实验的目的是让学生们在实验的过程中培养自主学习和动手操作的能力，同时体会到化学的实用性以及对待化学要有钻研实践和追求真理的探索精神。如何才能让这种化学装置在教学中发挥作用呢？

首先，在初级教学中，可将这种装置引入到初中课堂中，通过课堂上的实际操作，让学生认识化学中的能量转换这节知识，不仅可以学习到“水的电解、氢氧的检验方式”等化学主要内容，也可以直观的让学生观察到化学能是如何转换成电能的。这可以不作为学生必学的内容，只是让学生增加学习化学的兴趣，作为一种额外的知识补充。

其次，在高中化学的学习阶段，应用这种装置进行系统的学习，在学习应用原理以及具体工作方式中具有较好的辅助作用，并且学习它在其他生活和科技方面的应用。使化学实验能够真正应用到其他方面，体会到它的实用性。通过化学实验和原理应用相结合的课堂学习，增加学生对化学的兴趣和投入到这种方面钻研的态度和精神，真正起到教学的目的。