王堅

（邗江中學(xué)江蘇揚州225000）

氫氧燃料電池實驗的改進(jìn)

王堅

（邗江中學(xué)江蘇揚州225000）

對普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書（蘇教版）第三版《化學(xué)2》P42中燃料電池實驗進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的實驗電解速率快，現(xiàn)象明顯，操作簡便，便于推廣，成功率高，取得了理想的教學(xué)效果。這一裝置同時可用于電解水的實驗。

氫氧燃料電池；電解水；三通裝置；實驗改進(jìn)

一、問題的提出

化學(xué)教學(xué)是建立在實驗的基礎(chǔ)上的，但在實際教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)教材中部分實驗存在弊端，比如：蘇教版教材《化學(xué)2》的氫氧燃料電池實驗，裝置復(fù)雜，操作繁瑣，電解時間較長，實驗現(xiàn)象不明顯；二極管發(fā)光時間很短，甚至根本不發(fā)光，同時產(chǎn)生的氫氣直接逸出進(jìn)入空氣中，為此，本人在教學(xué)過程中對該實驗進(jìn)行了一些探討和改進(jìn)。

圖1 教材實驗裝置

二、裝置的設(shè)計思路

要使二極管發(fā)光，必須要有足夠大的電壓、電流，工業(yè)上是通過使用鉑鎳或其化合物作為催化劑來實現(xiàn)的，但實驗室并不具備這種條件。為此本人從以下幾個方面提出設(shè)想并設(shè)計了改進(jìn)的實驗裝置（如圖2所示）：

圖2 改進(jìn)實驗裝置

1.增強碳棒的吸附性。將碳棒在酒精噴燈上加熱至紅熱，放入冷水中急速冷卻，重復(fù)多次，使碳棒粗糙多孔，增大其吸附氫氣的面積。

2.縮短兩電極之間的距離，減小電阻。本人在該實驗中采用較長的碳棒，以及將下端具支的試管用較小的T型管（長20mm）連接的方式，縮短電極之間的距離。

3.該實驗用飽和硫酸鉀溶液做電解液，濃度高，增強導(dǎo)電性。

4.為了不讓氫氣擴(kuò)散到空氣中，設(shè)計了三通裝置。

三、裝置的特點及用途

1.特點：

（1）現(xiàn)象明顯。通電30s左右，兩電極上產(chǎn)生大量氣泡。學(xué)生通過對比兩電極上產(chǎn)生的氣體的量，理解電解水的原理。

（2）反應(yīng)快。該裝置連接18V干電池，1min左右，切斷電源，接通音樂卡，即可發(fā)聲。

2.用途：

a.用于演示燃料電池工作原理。b.電解水實驗演示。

四、實驗儀器及藥品

具支試管、碳棒、酒精燈、9V干電池、導(dǎo)線、燒杯（250mL、1000mL各一只）、球形干燥管、T型管（2mm）、乳膠管、帶孔橡膠塞、帶鐵夾的鐵架臺、止水夾、飽和硫酸鉀溶液。

五、實驗步驟及現(xiàn)象

1.打開止水夾，通過球形干燥管向試管中加飽和硫酸鉀溶液，并通過調(diào)節(jié)液面排盡裝置中的空氣。關(guān)閉止水夾。

2.塞上帶有碳棒（事先要經(jīng)過淬火處理）的橡膠塞，打開止水夾，接通電源，電解約半分鐘，碳棒周圍產(chǎn)生氣泡，斷開電源，將導(dǎo)線分別連在音樂卡的正負(fù)電極上，音樂卡立刻發(fā)出音樂聲，聲音可以持續(xù)一分鐘以上。

3.斷開音樂卡，接通電源，電解5min后，可觀察到陰極產(chǎn)生的氣體速率比陽極快，陰極產(chǎn)生的氣體的量比陽極多，同時觀察到乳膠管內(nèi)液面上升。

六、實驗反思

1.將電解池與原電池融為一體，學(xué)生可通過對比分析實驗中的反應(yīng)原理，加深對重難點的理解，便于掌握。

2.該裝置取材于實驗室的常規(guī)儀器，組裝簡單，便于推廣。

3.操作簡單，將球形干燥管固定在鐵架臺上，只要通過鱷魚夾的斷開和連接，即可完成實驗。實驗趣味性強，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

4.實驗過程中無氣體逸出，無有毒物質(zhì)生成，符合綠色化學(xué)的環(huán)保理念，倡導(dǎo)了清潔能源的時代主題。

［1］中華人民共和國教育部，義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)［2011版］［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2011

［2］王祖浩主編，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書（化學(xué)2）［M］.南京：江蘇教育出版社，2007：42-43

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