劉 雙

(安徽省銅陵市樅陽縣浮山中學(xué) 246700)

由于燃料電池有能量轉(zhuǎn)換率高，排放污染物少等有點(diǎn)，一直是科學(xué)家研究的熱點(diǎn)，同時(shí)由于燃料電池試題能夠突出考查學(xué)生的分析問題、解決問題的能力，試題情景新穎，具有一定的難度和良好的區(qū)分度，因此原電池中的燃料電池一直是高考的熱點(diǎn)之一.但有研究者經(jīng)過探究發(fā)現(xiàn)對于原電池這一概念，學(xué)生存在大量的相異構(gòu)想.筆者在教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)，有關(guān)燃料電池的熱點(diǎn)知識(shí)，由于受中學(xué)教學(xué)內(nèi)容的限制，有些內(nèi)容學(xué)生無法理解，造成認(rèn)識(shí)上的模糊，而高考試題結(jié)合當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展，試題情境新穎靈活多變；學(xué)生在日常學(xué)習(xí)過程中采取大量練習(xí)，但進(jìn)步不大.有研究者認(rèn)為，將分類方法應(yīng)用于教學(xué)有利于培養(yǎng)“分類觀”這一化學(xué)學(xué)科觀念，并提出了具體培養(yǎng)路徑.本文運(yùn)用分類觀，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建合理的認(rèn)識(shí)發(fā)展模型，形成合理的思維模型，從而解決燃料電池學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題.

一、燃料電池模型

燃料電池從裝置維度看，即失電子場所、電子導(dǎo)體(導(dǎo)線)、離子導(dǎo)體、得電子場所四部分構(gòu)成.如圖1所示.

原理維度則以氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)，兩個(gè)維度有機(jī)結(jié)合，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能.

二、氫氧燃料電池的分類應(yīng)用

燃料電池中比較簡單的電池是氫氧燃料電池.因此筆者引導(dǎo)學(xué)生對氫氧燃料電池進(jìn)行歸納，然后拓展至其他燃料電池，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解.

1.電解質(zhì)溶液

引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立書寫氫氧燃料電池在酸性、中性、堿性條件下電極反應(yīng)式，找出自己錯(cuò)誤的地方，認(rèn)清錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的根源，形成正確合理的認(rèn)識(shí)并形成思維規(guī)律.學(xué)生共同分析歸納結(jié)果見表1.

表1 氫氧燃料電池在不同介質(zhì)環(huán)境中的電極反應(yīng)

學(xué)生難以理解這一部分的主要原因是沒抓住電極反應(yīng)式的書寫與電解質(zhì)溶液環(huán)境有關(guān)這一關(guān)鍵點(diǎn)，沒有形成反應(yīng)產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液有關(guān)聯(lián)的認(rèn)識(shí)，因此搞不清反應(yīng)后的書寫形式.

2.質(zhì)子交換膜氫氧燃料電池

質(zhì)子交換膜氫氧燃料電池如圖2所示.

負(fù)極室通入氫氣，裂解成氫離子(H+)和電子，氫離子通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入正極室.因此，氫離子、氧氣在正極上放電生成水.引導(dǎo)學(xué)生抓住質(zhì)子交換膜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即只允許陽離子通過，H+通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入正極室參與正極反應(yīng).具體反應(yīng)如下：

3. 固體燃料電池

表2 題目解析

在理解過程中，要引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)這類題目與氫氧燃料電池在酸性溶液中的差別，形成認(rèn)識(shí)規(guī)律.這類電池共同特點(diǎn)是一個(gè)電極上產(chǎn)生的離子通過固體電解質(zhì)到達(dá)另一個(gè)電極結(jié)合生成物質(zhì).

三、其他燃料電池的應(yīng)用

通過這種燃料電池的學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生形成這樣的認(rèn)識(shí)：變化的僅僅是燃料，形式變化，實(shí)質(zhì)未變.同時(shí)對比還可以總結(jié)出兩點(diǎn)結(jié)論：一是電極反應(yīng)式的書寫與介質(zhì)環(huán)境有關(guān)，還與類型有關(guān)；總電池反應(yīng)式的書寫與介質(zhì)環(huán)境也有關(guān)；二是電極反應(yīng)式書寫順序是先寫總反應(yīng)式，再寫簡單電極反應(yīng)式，可以通過總反應(yīng)減去簡單電極反應(yīng)式從而得到復(fù)雜電極反應(yīng)式.李依峰也總結(jié)了燃料電池反應(yīng)式的書寫方法：判斷正、負(fù)極；確定反應(yīng)過程中得失電子的微粒；分析電子的得失及數(shù)目；考慮電解質(zhì)溶液中的離子是否參與反應(yīng)；檢查電極反應(yīng)式是否配平并書寫完整.

通過燃料電池的歸納總結(jié)得到啟示：學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中要學(xué)會(huì)分類的方法，將知識(shí)進(jìn)行分類，便于更好的理解從而掌握知識(shí)，同時(shí)要加強(qiáng)對比分析能力的培養(yǎng)，將知識(shí)歸納總結(jié)，分析比較，加深對知識(shí)的理解，這樣學(xué)習(xí)才會(huì)事半功倍.王鵬等人經(jīng)過實(shí)證研究也發(fā)現(xiàn)，基于分類觀的教學(xué)有利于無機(jī)物知識(shí)的學(xué)習(xí).因此對教師而言，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建合理的認(rèn)識(shí)發(fā)展模型，注重學(xué)生思維模型的建立，注重培養(yǎng)學(xué)習(xí)的能力非常關(guān)鍵，這樣才能幫助學(xué)生減輕負(fù)擔(dān)，有效的提高學(xué)生的成績.