CN102881212A - 电化学实验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电化学实验仪，包括可调直流电源、用于盛放电解液的溶液池以及一端与可调直流电源连接另一端浸入在电解液中的电极，所述可调直流电源的正极输出端分别连接正极接线柱Ⅰ和正极接线柱Ⅱ，可调直流电源的负极输出端分别通过指示装置Ⅰ连接负极接线柱Ⅰ、通过指示装置Ⅱ连接负极接线柱Ⅱ，所述负极接线柱Ⅰ还通过开关直接与可调直流电源的负极输出端连接。本发明通过不同连线能够实现多项实验的进行，并能对实验过程中产生的现象和实验结果进行直观的显示，使实验者能够清晰地观察实验过程及结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种教学教具，特别是一种电化学实验仪。
背景技术
电化学是研究电和化学反应相互关系的科学，电和化学反应相互作用可通过电池来完成，电池由两个电极和电极之间的电解质构成，因而电化学在学习过程中通常包括两部分的内容：电解质学和电极学。在教学过程中，由于理论讲解较为抽象，教师通常通过实验结合理论的方式进行知识的讲授，电化学实验中包含溶液导电性、燃料电池、原电池、电解氯化铜以及电解饱和食盐水等多种实验，因此在实验过程中针对每种实验需要准备相应的实验设备和溶液，不仅实验过程较为复杂，而且实验现象也不明显，不能使实验者清晰地观察实验过程及结果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多功能电化学实验仪，能够采用一个实验仪器通过不同连线进行多项实验，达到多个实验目的；并且还能够直观地显示实验过程中产生的现象以及实验结果。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
电化学实验仪，包括可调直流电源、用于盛放电解液的溶液池以及一端与可调直流电源连接另一端浸入在电解液中的电极，所述可调直流电源的正极输出端分别连接正极接线柱Ⅰ和正极接线柱Ⅱ，可调直流电源的负极输出端分别通过指示装置Ⅰ连接负极接线柱Ⅰ、通过指示装置Ⅱ连接负极接线柱Ⅱ，所述负极接线柱Ⅰ还通过开关直接与可调直流电源的负极输出端连接。
本发明所述指示装置具体为：所述指示装置为指示灯、发光二极管或音乐板中的一种。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明通过不同连线能够实现多项实验的进行，并能对实验过程中产生的现象和实验结果进行直观的显示，使实验者能够清晰地观察实验过程及结果，不仅增加了学生的理解，减轻了教师重复讲授的负担，而且大大节约了实验仪器成本，节省了存放实验仪器的空间。
附图说明
图1为本发明用于溶液导电性实验的接线图。
图2为本发明用于燃料电池实验的接线图。
图3为本发明用于原电池实验的接线图。
图4为本发明用于电解饱和食盐水实验的接线图。
其中：1.溶液池，2.电极，3.正极输出端，31.正极接线柱Ⅰ，32.正极接线柱Ⅱ，4.负极输出端，41.负极接线柱Ⅰ，42.负极接线柱Ⅱ，51.指示装置Ⅰ，52.指示装置Ⅱ，K.开关，E.可调直流电源。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。
一种电化学实验仪，包括可调直流电源E、溶液池1和电极2，其中溶液池用于盛放电解液，而电极的一端与可调直流电源连接、另一端则浸入在电解液中进行导电。可调直流电源的正极输出端3分别连接正极接线柱Ⅰ31和正极接线柱Ⅱ32，可调直流电源的负极输出端4分别通过指示装置Ⅰ51连接负极接线柱Ⅰ41、通过指示装置Ⅱ52连接负极接线柱Ⅱ42，负极接线柱Ⅰ41还通过开关K直接与可调直流电源的负极输出端4连接。
本发明中，可调直流电源的正极输出端、负极输出端、指示装置、各接线柱以及开关均设置在一个壳体上，可调直流电源放置在壳体内，可调直流电源的调节手柄设置在壳体上。溶液池和电池单独放置。
下面结合具体实验，对本发明的应用进行详细说明。
实验1：溶液导电性实验
溶液导电性实验的接线图如图1所示。本实验中采用两个溶液池和四只电极，电极采用碳棒，指示装置采用指示灯。在第一溶液池中加入0.1mol/L的氢氧化钠溶液，并将两只碳棒放置在氢氧化溶液中，第一溶液池中的两只碳棒分别与正极接线柱Ⅰ31和负极接线柱Ⅰ41用导线连接，此时开关处于打开状态，利用溶液导电性能进行实验。在第二溶液池中加入1mol/L的醋酸溶液，将另外两只碳棒放置在醋酸溶液中，第二溶液池中的两只碳棒分别与正极接线柱Ⅱ32和负极接线柱Ⅱ42用导线连接。
调节可调直流电源的输出电压为18V，接通调节好的电源，此时观察实验结果为：通过醋酸溶液导电使得指示灯Ⅱ处于微亮状态，而通过氢氧化钠溶液导电使得指示灯Ⅰ处于相对于指示灯Ⅱ较亮的状态。实验结果表明，氢氧化钠溶液的导电性能大于醋酸溶液的导电性能。
本实验中通过对两种溶液同时进行实验，增强了实验的对比性，实验效果明显。当改变可调直流电源的输出电压值或者改变溶液的浓度时，指示灯的亮度也会发生相应变化。
实验2：燃料电池实验
燃料电池实验的接线图如图2所示。本实验中采用一个溶液池和两只电极，电极均采用碳棒，指示装置还采用音乐板。在溶液池中加入0.5mol/L的硫酸钠溶液，将两只碳棒放置在硫酸钠溶液中，两只碳棒的另一端分别与可调直流电源的正极输出端和负极输出端用导线连接；音乐板串联连接在正极接线柱Ⅰ31和负极接线柱Ⅰ41之间。
首先将开关打开，使实验仪处于溶液导电状态。调节可调直流电源的输出电压值为6V，接通调节好的电源，对硫酸钠溶液进行充电10s，此时观察实验结果为：硫酸钠溶液发生电解，两只碳棒上均有大量气泡产生，即产生了大量的氢气和氧气；从产生的气泡可以看出，与可调直流电源负极输出端连接的碳棒上产生的气泡比与可调直流电源正极输出端连接的碳棒上产生的气泡多，即产生的氢气多于产生的氧气。
第二步，断开可调直流电源，接通开关，使实验仪处于燃料电池工作状态，对氢氧燃料电池进行放电。实验过程中，可以听到音乐板发出的音乐声，说明放电回路导通，氢氧燃料电池通过音乐板进行电能的释放。
实验3：原电池实验
原电池实验的接线图如图3所示。本实验中采用一个溶液池和两只电极，电极采用铜电极和锌电极，指示装置采用发光二极管。在溶液池中加入3mol/L的硫酸溶液，铜电极的一端通过导线与正极接线柱Ⅰ31连接，锌电极的一端通过导线与负极接线柱Ⅰ41连接，发光二极管串联连接在正极接线柱Ⅰ31和负极接线柱Ⅰ41之间。
首先，将铜电极的另一端插入硫酸溶液中，观察无任何实验现象。
第二步，将铜电极取出，将锌电极的另一端插入硫酸溶液中，观察实验结果为：锌电极板上有气泡产生，但是发光二极管没有点亮。实验现象表明：锌电极属于活泼金属，而铜电极属于不活泼金属。
第三步，将铜电极和锌电极同时插入硫酸溶液中。此时观察实验结果为：两电极板上均有气泡产生，发光二极管点亮。实验结果表明：利用两个电极之间金属性的不同产生电势差,从而使电子流动产生电流，形成原电池。
本实验中采用发光二极管代替传统实验中采用电流计对产生的电流进行检测，不仅能够准确地对实验结果进行显示，而且还增加了实验的趣味性，实现效果显著。
实验4：电解饱和食盐水实验
电解饱和食盐水实验的接线图如图4所示。本实验中采用一个溶液池和两只电极，电极采用碳棒电极和铁棒电极，指示装置采用指示灯，电解液采用饱和食盐水。本实验装置还采用了有机玻璃套管、导气管和抽气装置，导气管设置在溶液池的顶盖上并与溶液池的连通，有机玻璃套管的一端竖直放置在饱和食盐水中，另一端与导气管的下端连通。抽气装置与导气管顶端连接，用于抽取溶液池内的气体。
将碳棒电极和铁棒电极分别放置在饱和食盐水溶液中，碳棒电极的另一端与可调直流电源的正极输出端连接，铁棒电极的另一端与可调直流电源的负极输出端连接，开关打开。
首先，将导气管的顶端用橡胶塞密封住，通过抽气装置将有机玻璃套管中的空气抽出，使有机玻璃套管中充满饱和食盐水溶液。调节可调直流电源的输出电压值为6V，接通调节好的电源，此时观察实验结果为：有机玻璃套管中有无色氢气和黄绿色氯气产生，并将有机玻璃套管中的溶液排出套管外。
第二步，断开可调直流电源，用抽取装置将有机玻璃套管中的气体抽出，做气体实验。
气体实验包括两部分：氢气实验和氯气实验。氢气实验，采用抽出的氢气混合部分空气，再沾些肥皂水，将抽气装置的针头移近酒精灯火焰，推出少量气体，可观察到针头处出现小气泡并发出响声。氯气实验，将抽出的氯气直接注射到密闭的盒子中，盒子中设置有三个小格，小各种分别盛放有湿润红纸、淀粉碘化钾试纸和氢氧化钠溶液；实验过程中，可观察到：氯气使湿润的红色纸条褪色后、淀粉碘化钾试纸变蓝色，振荡小盒，氢氧化钠溶液充分吸收剩余的氯气。
本实验中采用有机玻璃套管将产生的氢气和氯气隔绝，气密性易于控制，既保证实验的安全又增加了实验的生动性。
当然本发明还可以用于进行电解氯化铜溶液等其他实验，实验时通过改变接线方式即可，通用性极强，既符合教师演示实验使用，又方便学生做系列电化学实验的开展。
Claims (2)
1.一种电化学实验仪，其特征在于：包括可调直流电源（E）、用于盛放电解液的溶液池（1）以及一端与可调直流电源连接另一端浸入在电解液中的电极（2），所述可调直流电源（E）的正极输出端（3）分别连接正极接线柱Ⅰ（31）和正极接线柱Ⅱ（32），可调直流电源的负极输出端（4）分别通过指示装置Ⅰ（51）连接负极接线柱Ⅰ（41）、通过指示装置Ⅱ（52）连接负极接线柱Ⅱ（42），所述负极接线柱Ⅰ（41）还通过开关（K）直接与可调直流电源的负极输出端（4）连接。
2.根据权利要求1所述的电化学实验仪，其特征在于：所述指示装置为指示灯、发光二极管或音乐板中的一种。
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