废旧碱性干电池的实验教学案例

文 曹波

废旧碱性干电池的实验教学案例

文 曹波

一、设计意图

利用科学探究实验活动，为学生提供应用知识的空间和拓展知识的机会，实验教学是化学教学的重要内容和方法，高一学生初次接触电化学知识，对原电池的工作原理有较强的神秘感和探索欲望；因此我们利用废旧碱性干电池作为实验对象，结合中学现有实验器材，主要采取实验探究的教学方法，充分利用学生的好奇心和求知欲，在整个过程以学生为主体，互助协作大家动手，老师辅助指导，培养学生的实验能力和探究精神。本实验过程是：干电池的解剖，分析电池工作原理，验证工作原理。

由于实验内容简单易操作，与高一学生的实验能力相当，体现了从实践到理论再到实践的科学实验方法，可以使学生形成解决问题的经验及化学知识技能，达成本节教学目标。

二、学情分析

高一学生在进入高中的第二个学期的学习生活后，学生们正逐步适应高中阶段学习的节奏与强度，但依然有一些学生还没有养成良好的学习习惯，对化学知识的学习没有科学的方法，特别缺少学习化学应有的从实验中获得的感性知识和技能。化学是以实验为基础的自然学科，化学实验是学习化学知识的重要方法之一，而学生的实验操作机会很少，我们了解到在初中很少有机会接触化学实验，这样既增大了学生学习中的困难，又失去了体会化学本应有的学科特点和对化学的兴趣，使学习过程枯燥乏味，造成一些学生产生厌学情绪，严重影响了学生们的学习和生活；本节实验教学的目的就是为了提高学生学习兴趣，力求为培养学生科学的学习方法和习惯作一点努力。

三、教学目标

1.知识目标：了解碱性干电池的构造，了解原电池反应原理。

2.情感目标：培养学生的探究精神和理论联系实际的科学态度，培养学生的协作精神。

3.过程目标：通过本课实验教学，使学生体验探究过程，培养学生观察能力、实验能力。

四、教学重点、难点

理解碱性干电池反应原理。

五、教学准备

1.对学生进行分组：五至六人为一个小组。

2.实验准备。仪器：每组一个灵敏电流计，一片锌片、一根石墨电极、小烧杯两个，铜导线两根，碱性干电池一节、钢锯一条，钳子一把，镊子一把，小刀一把，药匙一把，玻璃棒一根。药品：氢氧化钠溶液，二氧化锰粉末。

六、教学过程

【引入】现代生活中广泛使用的是碱性干电池，那么到底碱性干电池的工作原理和结构是怎样的？今天我们就通过解剖一只碱性电池的实验一起来了解它的构造，然后通过实验学习其放电原理。

【教师活动】介绍实验桌上的物品，说明实验步骤和方法，指导学生完成实验。

【板书】实验一、解剖碱性干电池

1.解剖碱性干电池

（1）【学生活动】将电池的外包装除掉，用小钢锯条把电池金属外壳从尾部圆四周锯开，不要锯得太深，当看到黑色液体时换另一部位锯开，然后把尾部的电针取出。

现象或结论：锯开电池后有少许黑色液体漏出，尾部有一圆形绝缘胶片，连有一细长电针。如图1所示。

图1

（2）【学生活动】用钳子把外壳撕开一部分，观察内部结构。

现象或结论：电池内部有一层圆柱体黑色物质，中央有黄色纤维圆管，如图2、图3所示。

图2

图3

（3）【学生活动】用镊子取出内部黄色纤维管，仔细观察其表面结构。

现象或结论：纤维管表面滑腻且潮湿，如图4、图5所示。

图4

图5

（4）【学生活动】用小刀把纤维管小心切开，仔细观察内部物质。

现象或结论：内部有银白色金属粉末，如图6所示。

图6

【教师活动】当学生完成实验一后，要求学生思考下列问题，然后开始实验二，用桌上的实验材料完成对干电池工作原理的验证。

【学生讨论】（1）怎样区分碱性电池中的正负极？（2）中央部分的银白色金属粉是什么物质？（3）电池外部黑色物质的主要成分是什么？

2.验证碱性电池的工作原理

【老师活动】说明后来要进行的实验步骤和方法，指导学生完成实验。

【板书】实验二、碱性干电池的反应原理实验

（1）【学生活动】将锌片连到电流表负极，插入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中，观察后，取出锌片。

现象或结论：锌表面无明显反应，且电流表指针不偏转，说明单独的锌片不能产生电流。如图7所示。

图7

（2）【学生活动】将石墨电极与电流表正极相连，插入上述同一盛有氢氧化钠溶液的烧杯中，观察现象。现象或结论：电流表指针不偏转，石墨不能产生电流。

（3）【学生活动】将分别与电流表连接后的锌片和石墨电极同时插入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中，观察现象。

现象或结论：电流表指针向右偏转，说明锌片和石墨电极与氢氧化钠溶液可构成原电池，且锌片没有明显被腐蚀的反应现象（如图8所示）。

图8

（4）【学生活动】将上述操作中的氢氧化钠溶液留少量于烧杯中，加入二氧化锰搅拌混合成糊状物，然后将锌片和碳棒两电极同时插入混合物内，观察电流情况。

现象或结论：电流表指针强烈偏转。说明用二氧化锰的氢氧化钠混合物构成的原电池能产生较强的电流，比仅为氢氧化钠溶液产生的电流要强烈（如图9所示）。

图9

（5）【教师活动】实验结束，要求学生将实验废液倒入指定收集处，清洁桌面。

3.实验结论与报告

（1）简要说明碱性电池的结构并画出电池的剖面图。

（2）写出碱性电池电极反应和总反应。

【参考答案】（1）碱性干电池的负极材料是锌，正极材料是二氧化锰，电解液是氢氧化钠（或氢氧化钾）溶液。它的构造中间是由锌粉压制的圆柱状负极，其外部缠裹着浸满氢氧化钠（钾）溶液的纤维材料，再外面是由二氧化锰、碳粉及氢氧化钠溶液组成的正极。电池的外壳由惰性金属制成与正极相连，电池的负极通过集电针与电池底部相连。剖面图如图10所示。

图10

（2）电池反应

负极Zn +2 OH——2e—=Zn（OH）2

正极MnO2+ 2e—+2H2O=Mn（OH）2+2OH—

总反应Zn + MnO2+ 2H2O=Mn（OH）2+Zn（OH）2

说明：关于电池反应有多种写法，在此只就其中简单的一种写出。

七、教学反思

主要优点：学生学习热情高，探究兴趣浓，学生展现出较好的动手能力和实验能力，整个实验安排比较合理，难度不大，大多数学生都能顺利完成，提高了学生对化学知识的学习兴趣，也让学生明白碱性干电池的工作原理，基本完成本节预设教学目标。

主要不足：实验过程中的清洁做得不好，学生操作的随意性较大，乱倒乱丢较多，要加强安全和卫生习惯的教育；时间有点紧张；还有电化学反应的书写难度太大，毕竟是书上没有的知识，需要学生查阅资料才能完成。

作者信息

曹波，本科，中教一级。成都市新津县华润高中，611430