CN203786993U - 一种化学振荡反应的教学实验装置 - Google Patents

Abstract

一种化学振荡反应的教学实验装置，它包括盛装被测溶液的玻璃夹套反应器、一端插入被测溶液中的铂电极或离子选择电极、一端与被测溶液电连接的参比电极、以及搅拌被测溶液的搅拌装置；铂电极或离子选择电极、以及参比电极的另一端均通过导线与电化学工作站连接，电化学工作站连接在带显示器的电脑主机上。搅拌装置由刚性搅拌桨、搅拌轴和无极调速电动机构成；参比电极是通过内部灌满液接溶液的毛细液接管来实现与被测溶液电连接的；该毛细液接管的下部为插入被测溶液内的前端带尖嘴口的J形毛细管，该毛细管的尖嘴口与铂电极或离子选择电极之间的距离为3～5毫米。用本实用新型来作化学振荡反应实验，其准确性、稳定性、可靠性均有极大提高。

Description

一种化学振荡反应的教学实验装置

技术领域

本实用新型涉及化学振荡反应的实验装置。

背景技术

化学振荡反应实验是高等学校物理化学实验的重要内容，也被广泛地运用于化学、非线性科学、生命科学、医药学等领域。一个稳定的化学振荡反应体系，具有一定的诱导期、振荡周期、振幅，由于化学振荡反应体系是一种非平衡、非线性体系，其显著特点是对条件变化十分敏感。一个非常微小的变化，都可以改变化学振荡反应的动力学机理，引起反应体系性质发生极大的变化。

目前，人们普遍采用图1所示的实验装置来做这类实验。该装置包括盛装被测溶液的玻璃夹套反应器7、插入被测溶液中的铂电极或离子选择电极8、插入被测溶液中的双液接参比电极、以及搅拌被测溶液的搅拌装置。在玻璃夹套反应器7外侧的上下两端分别设置有恒温水出口5和恒温水进口9；铂电极或离子选择电极8、双液接参比电极的另一端均通过导线与电化学工作站11连接，电化学工作站11又连接在接有显示器13的电脑主机12上。所述双液接参比电极由下端插入被测溶液中的液接管3和紧接在该液接管3上部的参比电极6构成。所述搅拌装置采用磁力搅拌器10——为让玻璃夹套反应器7能够稳定地放在磁力搅拌器10的托盘上，并保证搅拌磁子1能够在旋转磁场作用下对被测溶液进行比较充分的搅拌，该玻璃夹套反应器7的内外底部就都做成了平底结构。采用所述双液接参比电极的目的是为避免被测溶液和参比电极6中的液接溶液相互污染，因此，除在液接管3装有导电的液接溶液来将被测溶液和参比电极6中的液接溶液隔离开之外，在参比电极6和液接管3下端还分别塞有也具有隔离作用的多孔陶瓷2。然而，在采用双液接参比电极并配用两个多孔陶瓷的情况下，其内阻的变化就较大，从而影响了电极电势的精确测量。另外，众所周知，磁力搅拌器的旋转磁场无法准确控制搅拌磁子的搅拌状况，而被搅拌流体的混合行为与搅拌状况（如搅拌器的形状、位置、转速）之间具有复杂的关联性，搅拌流体混合行为中也存在混沌现象，且混沌系统同样对无限小的初值变动和微扰具有敏感性，加之化学振荡反应体系本身具有的高度敏感性和复杂时空特性，因此，将磁力搅拌器用在化学振荡反应的实验装置中，在一定的条件下可能对化学振荡行为产生重大影响，导致实验结果严重失真。综上所述，在采用现有的实验装置来对化学振荡反应进行检测时，其准确性、稳定性、可靠性不够高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种准确性、稳定性、可靠性较高的化学振荡反应教学实验装置。

实现所述目的之技术方案是这样一种化学振荡反应的教学实验装置，其与现有技术相同的方面是，该装置包括盛装被测溶液的玻璃夹套反应器、一端插入被测溶液中的铂电极或离子选择电极、一端与被测溶液电连接的参比电极、以及搅拌被测溶液的搅拌装置；在玻璃夹套反应器外侧的上下两端分别设置有恒温水出口和恒温水进口；铂电极或离子选择电极的另一端、参比电极的另一端均通过导线与电化学工作站连接，电化学工作站又连接在接有显示器的电脑主机上。其改进之处是，所述搅拌装置由刚性搅拌桨、连接该刚性搅拌桨的搅拌轴和带动搅拌轴并被固定在玻璃夹套反应器上方的无极调速电动机构成；所述参比电极是通过内部灌满液接溶液的毛细液接管来实现与被测溶液电连接的；该毛细液接管的上部为套住所述参比电极下部的上口部，该上口部与参比电极的露出部分之间套有一段起密封和连接作用的乳胶管；该毛细液接管的下部为插入被测溶液内的前端带尖嘴口的J形毛细管，该毛细管的尖嘴口与所述铂电极或离子选择电极之间的距离为3～5毫米。

从方案中可以看出，本实用新型将现有技术所用的磁力搅拌器改成了由无极调速电动机来驱动的刚性搅拌桨，并用毛细液接管替代了现有技术所用双液接参比电极中的液接管（也即用毛细液接管与现有参比电极的组合，来替代了现有的双液接参比电极这一组件，进而少用了一块多孔陶瓷）。本领域的技术人员清楚，恒速搅拌器可无极调速，转速数显，转速恒定，带测速反馈系统，能准确控制和监测搅拌速率；搅拌桨与无极调速电动机直接相连，位置固定，不与容器接触，运动状态稳定，保证了检测结果的稳定性、可靠性、重现性。本实用新型毛细液接管替代了现有技术所用双液接参比电极中的液接管之后，由于随之替代的参比电极与毛细液接管之间是通过乳胶管来连接和密封的，所以，可以十分方便地将两者拆卸开，进而能够根据被测溶液性质的变化来选择、更换毛细液接管之内的液接溶液。又由于毛细液接管下部是前端带尖嘴口的J形毛细管，这样就能够通过其尖嘴口来把毛细液接管和铂电极或离子选择电极之间的距离调整得很近（最远距离仅为5毫米），进而就能使通过毛细液接管上部的参比电极的电流极小而可忽略，于是，在用本实用新型的参比电极和毛细液接管来替代了现有技术中的双液接参比电极后，就可使测得的电势数据更加准确。因此，与现有技术相比较，用本实用新型对化学振荡反应进行检测时，其准确性、稳定性、可靠性就有了极大提高。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1——现有化学振荡反应的实验装置的结构示意图；

图2——本实用新型的结构示意图（因在图1中已经清楚绘制出了电化学工作站11、电脑主机12和显示器13，故在图2中省略未画）；

图3——图2中五孔盖板的俯视图；

图4——与本实用新型配套使用的加液漏斗结构示意图。

具体实施方式

一种化学振荡反应的教学实验装置（参考图2），该装置包括盛装被测溶液的玻璃夹套反应器7、一端插入被测溶液中的铂电极或离子选择电极8、一端与被测溶液电连接的参比电极、以及搅拌被测溶液的搅拌装置；在所述玻璃夹套反应器7外侧的上下两端分别设置有恒温水出口5和恒温水进口9；所述铂电极或离子选择电极8的另一端、参比电极的另一端均通过导线与电化学工作站11连接，电化学工作站11又连接在接有显示器13的电脑主机12上。在本实用新型中，所述搅拌装置由刚性搅拌桨24、连接该刚性搅拌桨24的搅拌轴和带动搅拌轴并被固定在所述玻璃夹套反应器7上方的无极调速电动机构成；所述参比电极6是通过内部灌满液接溶液的毛细液接管17来实现与被测溶液电连接的；该毛细液接管17的上部为套住所述参比电极6下部的上口部，该上口部与参比电极6的露出部分之间套有一段起密封和连接作用的乳胶管19；该毛细液接管17的下部为插入被测溶液内的前端带尖嘴口的J形毛细管，该毛细管的尖嘴口与所述铂电极或离子选择电极8之间的距离为3～5毫米。（只要不短路，尽量取下限为好）。

本领域的技术人员清楚，为避免毛细液接管17内的液接溶液与被测溶液相互污染，液接溶液应采用不会对反应体系产生影响的溶液（例如，B-Z振荡反应采用1.0 mol×L^-1H₂SO₄溶液）。根据上述披露，本领域的技术人员一定能够根据实验时的具体条件和/或要求来具体实施本实用新型了。故，上述披露内容可称为本实用新型的总体方案。

在总体方案基础上，为进一步提高本实用新型搅拌装置的搅拌效果，并附加一些功能，可对玻璃夹套反应器7作了进一步改进。具体是（参考图2）：所述玻璃夹套反应器7的底部呈球面状，该球面状底部的中心处连有一带放液旋塞15的放液管14。

将其底部改为球面状后，刚性搅拌桨24搅拌起来时，在玻璃夹套反应器7内的被测溶液就不会出现没有被搅拌到的相对静止一些区域，这就进一步地提高了搅拌效果。另外，玻璃夹套反应器7的底部为球面状无死角，能彻底排积液，也非常容易比较快地清洗干净。在该玻璃夹套反应器7下部再接上带放液旋塞15的放液管14后，在更换被测溶液、清洗实验装置时，就不必反复拆装固定于该玻璃夹套反应器7上部的其它构件了。

显然，玻璃夹套反应器7，应当用铁夹固定在电动搅拌器的支架上。在放液旋塞15之上到玻璃夹套反应器7球面底部之间的放液管14中的混合液，在搅拌时一般不可能让其也随着一道被正常的搅动、混合，因此可称这一节为积液段141（参考图2）。在这积液段141的管内径不超过6 mm，且放液旋塞15靠玻璃夹套反应器7的球面底部较近的情况下，该积液段141的存在对检测的准确性几乎没有不良影响。为保证检测的稳定性（可重复性）和可靠性，无论根据需要而设定的玻璃夹套反应器7的容积大小是多少，这积液段141的管内径均以设定为不大于6 mm为宜，且不影响操作的情况下让放液旋塞15尽量靠近玻璃夹套反应器7的球面底部。

更进一步讲（参考图3），在所述玻璃夹套反应器7的上部设置有一个五孔盖板18，在该五孔盖板18中心的孔是让所述搅拌轴穿过的搅拌轴插口25（显然，该插口的内径应大于搅拌轴的外径，以搅拌轴能自由转动为度），在该搅拌轴插口25四周分别是让所述毛细液接管17穿过的插口，让所述铂电极或离子选择电极8穿过的插口，以及预留给温度探头穿过的插口和预留给加液漏斗的出液管穿过的插口。

在总体方案或针对玻璃夹套反应器7作进一步改进的基础上，再于玻璃夹套反应器7的上部设置有一个五孔盖板18，不仅可以节省固定装置，而且，利用五孔盖板18来固定搅拌轴、铂电极或离子选择电极8和毛细液接管17时还能保证各构件之间定位准确和快捷。

通过预留给温度探头穿过的插口，插入与超级恒温水浴器相连的温度探头到被测溶液中后，不仅能够直接地采集到被测溶液的温度数值，更可通过超级恒温水浴器来控制从恒温水进口9注入进玻璃夹套反应器7的夹套内的水温，以便精确对被测溶液的温度进行控制，进而使检测精度得到更进一步的提高。

另外（参考图4），还有一个与本化学振荡反应教学实验装置配套使用的加液漏斗；所述五孔盖板18上预留给加液漏斗的出液管穿过的插口，与该加液漏斗的出液管的外径相匹配，且该出液管呈Z形弯曲状；该出液管的弯曲程度以保证在向所述玻璃夹套反应器7内加注被测溶液时，该加液漏斗的斗体不会碰到本化学振荡反应的教学实验装置的其他构件为度。

为便于理解，再将本实用新型的组装过程及实验完成后的清洗方法作进一步说明：

实验装置的组装。玻璃夹套反应器7固定在铁夹上，铁夹固定在电动搅拌器的支架上，并调整在合适的高度；毛细液接管17上口与乳胶管19连接，用洗耳球通过乳胶管19管口使毛细液接管吸满液接溶液（例如，1.0 mol×L^-1H₂SO₄溶液），用手捏住乳胶管口，然后插入参比电极6；将毛细液接管17、铂电极8、带搅拌浆24的搅拌轴、加液漏斗和温度探头分别插入五孔盖板18的各个对应插口内，调节毛细液接管17尖嘴口与铂电极8距离在3毫米，然后将五孔盖板18固定在玻璃夹套反应器7上。把恒温水进口9、恒温水出口5分别与超级恒温水浴器的出水口和进水口连通；铂电极8、参比电极6分别与电化学工作站11相连；温度探头与超级恒温水浴器的数字式温度计相连。注意检查各部件之间的距离，避免出现碰撞。在玻璃夹套反应器7下端的放液管14管口下方放置一烧杯接废液。

实验装置的清洗。实验完成后，关闭恒速搅拌器；打开玻璃夹套反应器7下端的放液旋塞15，将废液放入接废液的烧杯，然后关闭玻璃夹套反应器7下端的放液旋塞15。清洗玻璃夹套反应器7时加入电导水，开启恒速搅拌器1-2分钟，然后，打开玻璃夹套反应器7下端的放液旋塞15，将清洗液放入接废液的烧杯。反复清洗2-3次。

Claims (4)

1.一种化学振荡反应的教学实验装置，该装置包括盛装被测溶液的玻璃夹套反应器（7）、一端插入被测溶液中的铂电极或离子选择电极（8）、一端与被测溶液电连接的参比电极（6）、以及搅拌被测溶液的搅拌装置；在所述玻璃夹套反应器（7）外侧的上下两端分别设置有恒温水出口（5）和恒温水进口（9）；所述铂电极或离子选择电极（8）的另一端、参比电极的另一端均通过导线与电化学工作站（11）连接，电化学工作站（11）又连接在接有显示器（13）的电脑主机（12）上；其特征在于，所述搅拌装置由刚性搅拌桨（24）、连接该刚性搅拌桨（24）的搅拌轴和带动搅拌轴并被固定在所述玻璃夹套反应器（7）上方的无极调速电动机构成；所述参比电极（6）是通过内部灌满液接溶液的毛细液接管（17）来实现与被测溶液电连接的；该毛细液接管（17）的上部为套住所述参比电极（6）下部的上口部，该上口部与参比电极（6）的露出部分之间套有一段起密封和连接作用的乳胶管（19）；该毛细液接管（17）的下部为插入被测溶液内的前端带尖嘴口的J形毛细管，该毛细管的尖嘴口与所述铂电极或离子选择电极（8）之间的距离为3～5毫米。

2.根据权利要求1所述化学振荡反应的教学实验装置，其特征在于，所述玻璃夹套反应器（7）的底部呈球面状，该球面状底部的中心处连有一带放液旋塞（15）的放液管（14）。

3.根据权利要求1或2所述化学振荡反应的教学实验装置，其特征在于，在所述玻璃夹套反应器（7）的上部设置有一个五孔盖板（18），在该五孔盖板（18）中心的孔是让所述搅拌轴穿过的搅拌轴插口（25），在该搅拌轴插口（25）四周分别是让所述毛细液接管（17）穿过的插口，让所述铂电极或离子选择电极（8）穿过的插口，以及预留给温度探头穿过的插口和预留给加液漏斗的出液管穿过的插口。

4.根据权利要求3所述化学振荡反应的教学实验装置，其特征在于，有一个与本化学振荡反应的教学实验装置配套使用的加液漏斗；所述五孔盖板（18）上预留给加液漏斗的出液管穿过的插口，与该加液漏斗的出液管的外径相匹配，且该出液管呈Z形弯曲状；该出液管的弯曲程度以保证在向所述玻璃夹套反应器（7）内加注被测溶液时，该加液漏斗的斗体不会碰到本化学振荡反应的教学实验装置的其他构件为度。