自制“氫氧燃料電池展板式教具”在化學實驗教學中的應用

史學才

摘要：在化學教學中，實驗是必不可少的，它是化學教學工作一項重要內容。“氫氧燃料電池展板式教具”是化學實驗中一項重要的內容，它包括電解水、氫氣和氧氣的實驗檢驗、氫氧燃料電池放電等幾個重要部分。它能有效的幫助學生理解對水的組成的認識，了解氫氧電池的工作原理，也能有效的促進教師的教學工作，提供很大的實驗課堂的趣味性，增加學生學習興趣。本篇文章根據自己多年的實踐和教學經驗，探討了“氫氧燃料電池”作為一種教學工具在化學實驗教學中的應用。

關鍵詞：氫氧燃料電池 展板式教具 電解水 化學 實驗教學

首先，水的電解和氫氧燃料電池是初高中化學課的必學內容，在“化學能與動能的相互轉化”一節中占據重要的位置。在初中的學習階段，主要簡單的學習了水能分解出氫氣和氧氣，氫氣是一種清潔的綠色能源，和氫氧化學電池能量是如何轉化的，為高中的學習它的工作原理打下了一個基礎。燃料電池雖然在化學實驗中是一項重要內容，但在生活應用中卻很少見，所以學生對它的認識并不多，而且初中階段只是對它進行了簡單的文字介紹，并沒有學習工作原理和實驗方法，所以學生對氫氧電池放電這個問題持懷疑態度。在高中的學習階段，雖然開始學習了它的工作原理，以及是如何進行實驗的，但介紹還是過于簡單不全面，實驗又不易完成，很容易發生失敗的現象，導致學生不能得到很好的認知。

一、裝置的發展

早期階段，有些化學工作者利用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，再將導線和碳棒連接起來，就構成了燃料電池。但是經過多次實踐，發現Y型管雖然可以很好的將氫氣和氧氣分開并且儲存起來。但是，也有一些缺點，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;很難將整個裝置內裝滿硫酸鈉液體;Y型管內儲存的氣體太少，產生的電流也小，不利于觀察和課堂學習等等。

隨著教學工作的不斷發展，教學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，進而增加的電流強度;二是根據Y型管的靈感制作出一個三通U型管，在安裝兩個雙孔的橡皮塞，分別安裝上碳棒和導管，形成電解池。實驗發現這種方式能夠很快產生出足夠的氫氣和氧氣，既節省時間，又產生足夠的氣體。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裝置或者小燈泡等，便于學生觀察到電流產生的現象。增加了課堂的趣味性，學生更愿意動手去實踐和操作。

通過那些小燈泡發光發亮，小電動機旋轉，電流表指針轉動或者小的警報器報警等多種表現形式，將不能看見的電流轉化向一個個生動可見的實驗畫面，充分吸引了學生的注意力，具有較強的說服力。同時也改善了之前的裝置發電量少，電流強度低，操作復雜等一系列的難題，體現了科學實驗的進步。

二、教學工具在實驗教學中的應用和體會

（一）教學應用

借助這個裝置可以同時完成三個實驗：

一是電解水分解實驗：拔掉導管上的活塞，向漏斗中添加飽和的硫酸鈉液體直到充滿整個導管為止，然后緊活塞，接通電源進行電解水。

二是進行氫氣和氧氣的檢驗實驗：將電解水產生的氫氣和氧氣導出，分別在試管口用爆鳴法或者燃燒法檢驗氣體，在管口點燃氫氣時會有爆鳴聲，將帶火星的木條放在氧氣管口會使木條復燃。

三是進行“氫氧燃料電池”實驗：用導線分別將導管兩端的碳棒和電流計或者小燈泡連接，能看到電流表指針轉動或者燈泡亮的現象。

（二）實驗體會

化學實驗的目的是讓學生們在實驗的過程中培養自主學習和動手操作的能力，同時體會到化學的實用性以及對待化學要有鉆研實踐和追求真理的探索精神。如何才能讓這種化學裝置在教學中發揮作用呢？

首先，在初級教學中，可將這種裝置引入到初中課堂中，通過課堂上的實際操作，讓學生認識化學中的能量轉換這節知識，不僅可以學習到“水的電解、氫氧的檢驗方式”等化學主要內容，也可以直觀的讓學生觀察到化學能是如何轉換成電能的。這可以不作為學生必學的內容，只是讓學生增加學習化學的興趣，作為一種額外的知識補充。

其次，在高中化學的學習階段，應用這種裝置進行系統的學習，在學習應用原理以及具體工作方式中具有較好的輔助作用，并且學習它在其他生活和科技方面的應用。使化學實驗能夠真正應用到其他方面，體會到它的實用性。通過化學實驗和原理應用相結合的課堂學習，增加學生對化學的興趣和投入到這種方面鉆研的態度和精神，真正起到教學的目的。

三、結語

總而言之，氫氧燃料電池這種教學工具的使用大大增加了化學課堂的教學效果，激發了學生的學習興趣，也給老師的教學工作帶來了便利和激情。它的應用對化學教學來說是一個質的飛躍，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工具，給我國化學的教育事業帶來進步。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2013版）[M]北京：北京師范大學出版社，2011.

[2]王祖浩.義務教育課程標準實驗教科書（修訂本）九年級化學下冊[M].上海：上海教育出版社，2012.

[3]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學2[M].南京：江蘇教育出版社，2007.

（作者單位：江西省鄱陽縣樂豐中心學校樂豐中學）