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学习原电池的反应原理之后，教材着重介绍了在生产、生活中常见的三种化学电源——锌锰干电池、铅酸蓄电池和氢氧燃料电池。 从电池使用材料和使用特征上看，前二者都是在封闭的空间中发生氧化还原反应，并向外电路供电，同时锌锰干电池是一次电池，铅酸蓄电池是二次电池；燃料电池则是在开放的体系中将氧化还原反应中的化学能转化为电能。 从电池在社会生活中的使用状况上看，锌锰干电池是最早的携带方便的小型化学电源，从最初诞生到现今经过四次重大的改进以后，因其资源丰富、价格低廉，依然占据着电池市场中重要的地位。铅酸蓄电池是最早研制出来的可反复充放电的二次电池，尽管在质量比能量、体积比能量等技术参数上不能和Cd-Ni、MH-Ni、锂离子、锂聚合物等电池相比，但是它电池容量大、大电流放电性能好、无记忆效应、价格便宜，这使它的销售额仍居化学电源产品的首位（生活中最常见的是作为车载电源）。作为阿波罗登月飞船主电源的燃料电池系统，是燃料电池的首度实用化并因此使燃料电池广为人知。但是对燃料电池的构想可追溯到19世纪初，当今随着燃料电池技术的日臻成熟，并出于对能源和环境的深刻领悟和长远考虑，燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作等优势的动力装置，现已逐渐应用于国防和民用的各相关领域，并被预言在21世纪它的发电量将占世界发电总量的30%以上[1]。 从时间轴上看，选择这三种电池也意味着化学电源的过去（起点）、现在（发展）和未来（前景），承载着化学电源发展的历史与现实意义。 在中学阶段对化学电源的教学，面临着教学内容和教学方法上的选择。曾经历过的教学是：从知识出发的教学，这就是在查寻化学电源资料的基础上，对各具特色的化学电源的逐一介绍。一来这些关于电池的知识虽然丰富，但彼此割裂而呈现碎片化特征，内在的相互关联随时间的推移很容易被学生遗忘；二来立足于化学电源知识的教学，也很快会因为化学电源研究和生产的推进而过时或被淘汰。最重要的是对于这种只限于对电池在使用材料、构造和性能等方面的知识，学生很容易通过自己的搜索获得，也许这是当下学生在学习中更加擅长的方式。 此时，对化学电源的学习就需要超越以往限于对知识的教学，能够从中找寻锌锰干电池、铅酸蓄电池和氢氧燃料电池之间存在的逻辑主线或思维脉络。从表面上看，这三种电池所选择的材料、工作原理以及工作方式都存在着较大的差异，似乎是彼此独立的，然而，电池的工作都离不开物质载体，电池的性能与物质的性质有着密切的联系。这种性质与性能的联系和电池工作时的微观本质相关联，这种内在的统一性，不仅构成了三种电池相互联系的纽带，而且也是追随对物质自然属性的认识而显现出的人类思维脉络的根本原因。 一、在干电池中模糊看到伏打堆的印记 据历史记载，伏打堆的基本构造就是：锌片—布片—铜片—锌片—布片—铜片……其中，布片浸有电解质溶液，一种是稀酸，另一种是食盐水。锌氢电池是学生学习原电池反应原理的最初起点，其实也是伏打堆的一组单元的放大装置（见图1）。
锌锰干电池虽然是人类最早实现产业化的便携式电池，但是在干电池的工作原理中，依然能够看到伏打电堆的影子。这既是学生对化学电源认知的起点，也是人类迈向化学电池探索之旅的起点。 从锌氢电池到锌锰干电池究竟有多远？ 1.当将锌氢电池改装成干电池时，大量的酸液盛装于作为负极的锌筒中，容易漏液，不便于携带。怎么办？ ——加入淀粉，与电解质溶液混合加热，制成糊状物。 2.倘若锌筒中装有硫酸溶液，在锌筒较小的空间中，即便硫酸的浓度比较大，能提供的
的物质的量毕竟有限，这就使得电池的电容量比较小；加之较高浓度的硫酸溶液与Zn接触可以直接反应，这将大大降低电池的能量转化效率（工业上称之为“自放电”现象）。怎么办？ ——提高酸的浓度，并且将
“藏”起来，在干电池工作时再慢慢地“拿”出来。这就是将强酸变为弱酸，例如变成醋酸等。实际上，锌锰干电池中的电解质使用的是
，因为这是一种比醋酸酸性更弱的酸，亦即它收藏
的能力比醋酸更强，在于电池工作时，可以提供较多的
，从而提高了干电池的电容量。加之
酸性较弱，与Zn接触的“自放电”现象也可以在一定程度上被缓解。 3.当干电池工作时，在一个封闭的锌筒中能产生
吗？ ——显然是不可行的。 4.怎么才能不使
产生呢？
二、从锌锰干电池的工作原理看铅酸蓄电池的优越性 在教学过程中，对铅酸蓄电池往往较多关注于充放电时发生的电极反应，如果能从物质的性质与反应的微观过程理解上述反应，就会发现铅酸蓄电池与锌锰干电池存在着内在的统一性。 其实铅酸蓄电池首先就是铅酸电池，也就是Pb-H电池，如果将其与Zn-H电池做一比较，铅酸电池的工作原理就这样逐渐地明晰起来。想象中的反应是否可以是这样：反应的最初形式——负极
，正极
。 由于电池使用了高浓度的硫酸，所以电池的电容量是比较大的。
当学生完成两个电极反应式的书写以后，想象着电池整体的工作状态（见图3）：
当正负极得失电子形成闭合回路时，电池内部用以传输电流的载体主要依赖高浓度的
，在以后的学习中，可以知道这与铅酸电池内阻很小的特点是吻合的。 通过以上的分析，表面上似乎不相干的铅酸电池与锌锰干电池，就因为在使用材料的性质上的相似性而建立了相互的联系。 三、从电解实验中理解燃料电池对电解质溶液的选择性
再考虑溶液的介质对电极反应的影响，其认识过程如表1所示。
建立对电极反应的正确认识，学生自然可以理解燃料电池工作时，在酸性介质中，作为传输电流的载体
将从负极迁移向正极；在碱性介质中，溶液中的
将从正极迁移向负极。 然而，新的问题又产生了。有的学生会有这样的困惑：在氢氧燃料电池的构造中，电解质溶液的主要作用就是通过离子的迁移来传输电流，酸溶液可行，碱溶液也可行，那么为什么不能用盐溶液呢？ 通过实验观察氢氧燃料电池在反应过程中，电解质溶液对电池性能产生的影响，在实际的教学活动中有点不太现实。但是正如铅酸电池在充电和放电过程中的反应具有对称性一样，虽然电解水的实验并不能与氢氧燃料电池直接构成可充放电的二次电池，但是从电解水的实验中学生确实真正看到了选择酸、碱而不选盐作为电解质溶液的真实客观原因。
浓度条件的限制，使得对实验现象的观察变得丰富起来。①阴、阳两极得到气体的体积比接近2:1，以此可以说明阴、阳两极附近的阳离子、阴离子的放电顺序；②阴、阳两极得到气体的体积比与理论值2:1的偏差可用于推测阳极副反应的发生，以及可能得到的氧化产物（因为从理论上讲，阴极反应
是唯一的）。 与氢氧燃料电池的性能密切相关的是，实验中一个最显著的现象就是不同电解质溶液电解过程中产生气体的速率是不同的。硫酸产生气体的速率相比于NaOH溶液要稍大一些，同时，
和NaOH溶液产生气体的速率远远大于
溶液。 从物理的宏观角度分析：当电解采用的电压相同时，电解反应速率的大小反映出通过电解质溶液的电流强度大小，而电流强度的大小与电解质溶液的电阻有关。由此可以说明
和NaOH溶液传输电流的能力比较强，而
溶液就很弱。这种行为就可以用来解释这些不同的电解质溶液对氢氧燃料电池性能的影响，以及影响电池工作时的能量转换效率。当然，在选用酸性还是碱性条件、选择怎样的酸碱等问题中，还将涉及电池生产时的反应活性、材料选择、制造成本等复杂的技术层面的问题。
四、从联系的角度形成对化学电源发展的认识 有意思的是，如果再次以伏打堆中锌片一布片（食盐水）一铜片这样的堆积方式为认知起点，起初学生会感到很奇怪，负极的电极反应是熟悉的，可是正极的电极反应物在哪儿呢？虽然食盐水中的
曾经带给他们很大程度上的认知干扰，误以为非金属性很强的Cl元素都是反应中的强氧化剂。可是仔细分析以后发现，
并不具备得电子的能力。环顾四周，学生恍然意识到空气中的
可能会参与反应。此时，对正极反应中
生成的实验证明，进而理解金属的吸氧腐蚀和金属（可以是Zn、Mg、Al、Fe等）一空气电池是一个事物的两个侧面，加之碱性条件下的氢氧燃料电池、天然气燃料电池等，就构成了有
产生并参与电流传输、具有相似电极反应的另一系列的具有典型代表性的化学电源（见图5）。
图5不能说是展示了化学电源发展的整体图景，只能是一种“联系”的认识方式。在有限的教学时间和空间里，难以穷尽对化学电源的逐一介绍，无法也不必要让学生了解原电池构成与生产环节中复杂的细节，只需从原电池在生产、生活中的意义以及最基本的反应原理角度认识常见的化学电源。追溯历史，并不能清晰地展现种类繁多的化学电源在研制中的借鉴与改进的关系，但是追寻物质的自然属性，就可以在纷繁的化学电源之间建立内在的相互联系，这种具有结构化特征的知识体系，能够使学生从中看到化学电源发展的概况。 以上介绍的有关化学电源的教学并不完全局限在一个教学单元中完成。只是意在说明“联系”的意识可以帮助人们在纷繁的现象背后找到一条制约这些现象发生的、体现物质变化基本规律的主线，这是展现人类思维脉络的物质基础。 同时，针对中学阶段的有关化学技术层面的教学，其基本观念就是不要求精确，而要求理解。对原电池反应行为的讨论，并不完全符合化学电源的技术规范，但是以学生现有的知识为基础，以他们可以理解的方式得到的认识结果，与原电池在实际应用过程中的效果是相符的。这种认识过程中的相对正确性，可以伴随着学生以后的学习而得到不断地发展。 学生面临的现实问题是习题解决。习题中的电池不是有序编排的，同时也是层出不穷的。然而在以上学习中，逐渐形成的对电极反应逐步完善的思维过程，逐渐建立起的电池总反应与正、负极反应之间的联系，逐渐提升的认识能力，将帮助学生有能力解决习题中的诸多问题。是基于认识发展的教学还是基于习题解答的教学，就这样出现了分化。 基础教育阶段的化学教学应该更多的是关注对化学通识知识的学习以及基本思维方法的体验。重在让学生用所学的基础知识以及所建立起的化学观念去体验和理解在电池生产中所发生的重要的认识与创造过程。他们未来的创造将是今天认识的延续。
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