CN204982066U - 一种电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化学实验设备领域，具体涉及一种电解装置。所述电解装置包括一个储液室以及两个相邻设置的电解室，所述储液室与两个所述电解室的下端相互连通；所述储液室的顶部设置有注液孔；两个所述电解室的侧壁上分别刻有用于显示体积的刻度；两个所述电解室的上端分别设置有出气口，所述出气口分别与出气管相连；两个所述电解室的下端分别固定有一个电极。本方案把储液室放在了旁边，将两个电解室靠在一起，显著缩短了两个电解室内两根电极之间的距离，有效缩小了电解池的内电阻，有效加快了电解速度，一分钟以内就可以完成电解水实验，是常规装置所需时间的1/5-1/10。使得酸液的用量大大缩小，并且实验现象明显。

Description

一种电解装置

技术领域

本实用新型涉及化学实验设备领域，具体涉及一种电解装置。

背景技术

水电解是一种化学实验，通过水的分解和合成实验来认识水是由氢、氧两种元素所组成的。在中学化学实验教学中所使用的电解装置主要是霍夫曼水电解器，以及以霍夫曼水电解器作为模板经过变形得到的装置。

1.经典的霍夫曼水电解器

霍夫曼电解器是由两支各为50毫升的刻度玻璃管所组成，上端各具一个活塞，下端与三通管相连接。刻度管下用嵌有铂电极的橡皮塞塞紧，三通管的中间玻璃管上连接一支球形漏斗管。

打开霍夫曼电解器两边刻度玻璃管上的活塞，往球形漏斗里倒入硫酸溶液。待两个刻度管里的液体将升到活塞时，倾倒的速度减慢，使液面到达两个活塞，关闭活塞。

通电后，两侧分别生成氢气和氧气，通过玻璃管上的刻度可以读出氢气与氧气的体积比为2:1。打开氢气玻璃管的活塞，点燃氢气，观察稳定的火焰，用干冷的烧杯罩在火焰上，观察到有水雾产生，说明生成氢气，氢气燃烧又重新生成水。打开氧气玻璃管的活塞，在玻璃管尖嘴处放置一根带火星的木条(或线香)，木条复燃，说明为氧气。

但是，上述两个装置具有以下问题：

(1)装置很高，需要用铁架台固定。如果漏斗用乳胶管连接，还需要单独用一个铁圈来放置，搭建起来很不方便。

(2)漏斗是敞口的，液体重心高。材料是易碎的玻璃，盛装的溶液通常为硫酸，使用过程不安全。

(3)靠水压的压力把电解产生的气体压出，气流速度不好控制，活塞打开后，气体很容易跑光，控制不好液体也容易冲出来。这样检验氧气时，冲出的液体反而会把木条浇灭。检验氢气时，需要打开活塞—点燃—罩上烧杯，这个连续操作对操作者的熟练程度要求很高。

(4)如果将连接漏斗的乳胶管替换为玻璃管，虽然省去了放置球形漏斗的铁圈，但调整液面不如用乳胶管连接的漏斗方便(可以用手抬高或降低漏斗来调整液面)。

(5)电解水的效率不高，实验耗时很长，通常需要加大硫酸浓度和增加电压，耗时至少5-10分钟。通常的霍夫曼水电解器采用铂片做电极，价格高，故面积很小，同时铂片与下端金属丝的焊接处特别容易断，增加了维护的成本。

(6)功能单一，只用于电解水(硫酸溶液)，不能(或不方便)用于电解其他溶液，故这个装置通常只供初三化学教学使用。

2.霍夫曼水电解器的其他变形

现有技术中，还有一种方案为对霍夫曼水电解器的直接缩小，即小号的霍夫曼水电解器。该装置因为体积缩小，材质变薄，也为缩减成本，通常出售的小型电解器都用乳胶管中间加玻璃珠来代替活塞，用手捏则出气，控制起来更为不便。

鉴于用漏斗液面的高度差提供压力来压出气体，不好控制流速。现有技术中，对霍夫曼水电解器还有一种改进是将两根刻度玻璃管与一个可封闭的底座容器连接，用注射器或气唧向底座容器内施加压力以压出空气或电解产生的气体产物。这种装置的不便之处是：

(1)赶出空气的环节，需要塞上底座容器的塞子、打开刻度玻璃管上部的活塞，向底座鼓入空气，液体被压入玻璃管中，从而空气被排出。用注射器鼓气的装置，由于注射器体积有限，需要换气才能把空气完全赶出来；用气唧鼓气的装置，尽管可以连续鼓气，但控制不如注射器方便。此外，对于使用乳胶管加玻璃珠代替活塞的装置，在放气时同时需要用手捏住玻璃珠。这些都给操作带来不便。

(2)在电解的过程中，需要把底座容器上的塞子打开，电解产生气体使玻璃管内的液体回落至底座容器中；在检验气体的环节中，还需要塞上底座容器的塞子，向底座内鼓气，产物气体才能被压出。这又增加了打开与关闭塞子的操作。

(3)尽管该装置控制流速更为容易，但需要一只手推注射器，一只手去点燃或检验气体，操作仍然不便。对于用乳胶管加玻璃珠的装置，还需要一只手捏乳胶管中的玻璃珠，一个人无法独立完成。

现有技术中，对霍夫曼水电解器的另一种改进是把霍夫曼水电解器的圆形玻璃管以及球形漏斗均改成方形，采用塑料一次成型，优点是小而轻巧，重心降低，更加稳定。但前述装置的使用不便性都同样存在。另外，相对于霍夫曼水电解器的加液容器(球形漏斗及其连接的乳胶管)而言，这种装置的加液容器为上下等径的方形容器，边长较大，使用酸的量增多，也是一个不足。

综上所述，现有的电解器存在主要问题有：(1)使用操作不便，(2)溶液用量大，(3)电解耗时长，(4)功能单一。

基于以上描述，亟需要一种新的电解装置，以解决现有技术中存在的使用操作不便，溶液用量大，电解耗时长，功能单一的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的之一在于提供一种电解装置，该电解装置有效加快了电解速度，使得酸液的用量大大缩小。

本实用新型的目的之二在于提供一种电解装置，该电解装置可有效降低电解电压。

本实用新型的目的之三在于提供一种电解装置，该电解装置整体高度缩短，重心有效下降，放置更加稳定。

本实用新型的目的之四在于提供一种电解装置，该电解装置容易控制推出气体的速度，操作更加容易，效果更加明显，使用更为方便。

本实用新型的目的之五在于提供一种电解装置，可以用于电解多种溶液，能够实现电解、电池的连续实验，功能更为多样。

本实用新型实施例采用以下技术方案：

一种电解装置，所述电解装置包括一个储液室以及两个相邻设置的电解室，所述储液室与两个所述电解室的下端相互连通；所述储液室的顶部设置有注液孔；两个所述电解室的侧壁上分别刻有用于显示体积的刻度；两个所述电解室的上端分别设置有出气口，所述出气口分别与出气管相连；两个所述电解室的下端分别固定有一个电极。

作为优选，所述电解装置包括一个透明的盒体，所述盒体内设置有两块挡板，所述挡板将所述盒体分成一个所述储液室以及两个所述电解室。

作为优选，两块所述挡板相互平行，所述储液室以及两个所述电解室并列设置；或两块所述挡板相互垂直，所述储液室设置在后侧，两个所述电解室并列设置在前侧。

作为优选，所述储液室的容积大于等于两个所述电解室的容积之和；当所述储液室的容积等于两个所述电解室的容积之和时，所述储液室与两个所述电解室的容积之比为2:1:1。

作为优选，两个所述电解室的高度相等，所述储液室的高度等于或高于所述电解室的高度。

作为优选，所述出气管用橡胶帽密封，所述电解室通过倾斜的方式排出空气；或者所述出气管与单向阀相连，所述单向阀可与注射器的细颈直接连接进行抽气。

作为优选，两个所述电解室的下部均开一圆孔，两个圆孔处通过橡胶塞固定所述电极，所述电极采用表面镀钌铱的钛丝制成。

作为优选，两个所述电解室上部均设置有凸出部，所述出气口位于所述凸出部的上端。

作为优选，所述储液室与两个所述电解室呈方形或圆形。

作为优选，所述盒体的底座设置有电路，所述电路包括电源输入插头和输出插头，所述电源输入插头的正极与所述输出插头的正极相连，再连接电极一；电极二连接一个双向开关，通过双向开关与电源输入插头或与输出插头连接。

本实用新型实施例提出的技术方案的有益技术效果是：

(1)本方案把储液室放在了旁边，将两个电解室靠在一起，显著缩短了两个电解室内两根电极之间的距离，有效缩小了电解池的内电阻，有效加快了电解速度，一分钟以内就可以完成电解水实验，是常规装置所需时间的1/5-1/10。使得酸液的用量大大缩小，并且实验现象明显。

(2)本方案电极采用放电时超电势低的合金材料(表面镀钌铱的钛丝)，放电更加容易。同时由于该电极价格便宜，电极长度比一般电解器长很多，有效加大放电面积。还可采用面积更大的网或片状电极，使得所需电压显著下降(常规16V-18V现象更好，本装置6V-9V就可以达到很有效的电解速度)，有效降低电解电压，可配市售常规便携式电源适配器使用，摆脱了大而笨重的实验室低压电源的束缚。

(3)本方案所提供的电解装置的储液室以及电解室的横截面面积加大，整体高度缩短，重心有效下降，放置更加稳定。

(4)本方案通过倾斜摇晃或抽气的方式可以更方便的排出电解室内的空气；通过抽气的方式可以便捷的抽取电解产生的气体；用注射器做气体检验的实验，更容易控制推出气体的速度，操作更加容易，效果更加明显，因此，使用更为方便。

(5)本方案提供的电解装置可完成的电解实验从电解水(硫酸)，扩展到电解氯化钠溶液、氯化铜溶液、硫酸钠溶液等各种溶液；不仅可以用做电解教具，还可以输出电流用作电池教具，用于演示氢氧燃料电池、氢氯燃料电池等电池的工作原理。使该装置的功能有效扩展，不仅可以用于初三教学，所扩展的功能都是高中化学的核心内容，因此功能多样化。

(6)用小塞子塞上储液室上端的注液孔，可以防止溶液流出。这样实验前的准备、实验后的整理都非常方便，直接装到实验筐里，从一个教室搬运到另一个教室，携带更方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本申请具体实施例一提供的电解装置的结构示意图；

图2是本申请具体实施例一提供的盛有电解溶液的电解装置状态图；

图3是本申请具体实施例一提供的盛有电解溶液的电解装置倒下排气的状态图；

图4是本申请具体实施例一提供的电解装置排气完成后的状态图；

图5是本申请具体实施例一提供的电解装置的优选方式的俯视图；

图6是本申请具体实施例二提供的电解装置的一种优选方式俯视图；

图7是本申请具体实施例二提供的电解装置的再一种优选方式的俯视图；

图8是本申请具体实施例三提供的电解装置电解前的状态图；

图9是本申请具体实施例三提供的电解装置电解完成后的状态图。

图中：

1、盒体；2、电源输入插头；3、输出插头；4、电极一；5、电极二；6、双向开关；

11、储液室；12、第一电解室；13、第二电解室；14、出气管；15、橡胶帽；16、凸出部；

111、注液孔。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请提供了一种电解装置，所述电解装置包括一个储液室11以及两个相邻设置的电解室，所述储液室11与两个所述电解室的下端相互连通；所述储液室11的顶部设置有注液孔111；两个所述电解室的侧壁上分别刻有用于显示体积的刻度；两个所述电解室的上端分别设置有出气口，所述出气口分别与出气管14相连；两个所述电解室的下端分别固定有一个电极。

装置实施例一

如图1至5所示，所述电解装置包括一个透明的盒体1，用两块挡板将所述盒体1分成两个小室和一个大室。右边两个小室作为电解室，分别为第一电解室12、第二电解室13。左边的一个大室为储液室11。三个室下面连通。

所述储液室11的顶部设置有注液孔111。注液孔111用于注入溶液，不用时用塞子塞上，以防止溶液流出。因为孔较小，即使装置倾倒，也会减缓酸流出的速度。所述注液孔111也可以不密封，直接采用敞口的方式。

第一电解室12和第二电解室13的侧壁上分别刻有用于显示体积的刻度。最顶端为体积零点，从上到下体积增大，最大体积优选为20毫升。

第一电解室12和第二电解室13的上端分别设置有出气口，所述出气口分别与出气管14相连。出气管14为细管，可以用橡胶帽15密封，通过倾斜的方式排出空气；也可以连接单向阀，用注射器的细颈直接连接单向阀抽气，排出空气。

第一电解室12的下端固定有一个电极一4，第二电解室13的下端固定有一个电极二5。

于本实施例中，电极一4和电极二5可采用柱状、片状、网状等不同形状。电极面积越大，电解速率越快、效果越好，但成本越高。

本申请提供的电解装置的关键特征是分成三个室，且两个电解室靠在一起，故凡是符合这种结构特点的装置都应该在保护之列。比如，两块所述挡板相互平行，所述储液室11、第一电解室12以及第二电解室13并列设置，如图4所示。

于本实施例中，所述储液室11、第一电解室12以及第二电解室13的形状不限，既可以为方形，也可以为圆形，如图5所示。

于本实施例中，作为优选方案，第一电解室12以及第二电解室13的上部均设置有凸出部16，所述出气口位于所述凸出部16的上端。凸出部16的作用是便于气体排净(如果是平的，则抽出气体时，四周的边角处容易滞留气泡)。

于本实施例中，作为优选方案，所述储液室11的容积大于等于两个所述电解室的容积之和。

于本实施例中，作为进一步的优选方案，所述储液室11的容积等于两个所述电解室的容积之和，所述储液室11与两个所述电解室的容积之比为2:1:1。这样加液至一半时，若排出空气，可恰好使第一电解室12以及第二电解室13充满；第一电解室12以及第二电解室13中电解产生气体后，即使第一电解室12以及第二电解室13中的液体被全部压出，储液室11中的液体也不会溢出。故2:1:1是一种最优的结构。但并不局限于此，其他各种比例的结构也应在保护之列。

于本实施例中，作为优选方案，所述出气管14用橡胶帽15密封，所述电解室通过倾斜的方式排出空气。如图2至图4所示。

或者所述出气管14与单向阀相连，所述单向阀可与注射器的细颈直接连接进行抽气。

也可以将电解室出口安装塑料阀门，代替单向阀，可以起到同样的功能。因为阀门操作不方便，故前述装置未使用。

于本实施例中，第一电解室12以及第二电解室13的下部均开一圆孔，两个圆孔处通过橡胶塞固定所述电极，第一电解室12内固定有电极一4；第二电解室13内固定有电极二5。优选的，电极一4和电极二5采用表面镀钌铱的钛丝制成。

于本实施例中，所述盒体1的底座设置有电路，所述电路包括电源输入插头2和输出插头3，所述电源输入插头2的正极与所述输出插头3的正极相连，再连接电极一4；所述电极二5连接一个双向开关6，通过双向开关6与电源输入插头2或与输出插头3连接。当双向开关6转接通电源输入插头2时，通电，输入电流，电解溶液；当双向开关6转接通输出插头3时，放电，作为电池可输出电流。所述输出插头3可以连接有负载，所述负载可以为风扇之类的产品。

于本实施例中，也可以不设置电源接口，用夹子直接夹住两个电极。

以下为使用该电解装置的操作步骤：

1.装电解液

电解液可以是硫酸、氯化钠溶液、氯化铜溶液等中学教学常用于电解实验的溶液。不同溶液的电解产物和实验现象不同，以下仅以硫酸为例说明。

用注射器抽取硫酸，从储液室11的注液孔111注进去，硫酸的量加到装置容量的一半。

2.排出两个电解室内的空气

(1)橡胶帽法

用两个橡胶帽塞住电解室的两根出气管。顺时针缓缓倾斜装置，将电解室中的空气赶出，直至水平，两个电解室内全部充满溶液，正立装置，完成排气步骤。如果加入的溶液不足以把所有空气排出，还可再补充少量溶液。

(2)单向阀法

用两个单向阀塞住电解室的两根出气管。在单向阀的出口端连接注射器，用注射器抽气，将电解室中的空气排出。如果加入的溶液不足以把所有空气排出，还可再补充少量溶液。

橡胶帽法的好处是操作更为简单，缺点是电解后还需用针头扎入橡胶帽抽取电解产生的气体，扎多次后橡胶帽的密闭变差，需要更换。

单向阀的优点是可以解决上述问题，缺点是操作不方便，且做工质量不好的单向阀气密性不好，增加了实验成本。

3.电解

接通电源(在图1所示的实施例中，将9V电源适配器插入电源输入插头2，将双向开关6转向与电源输入插头2连接)，两个电解室的两极分别产生不同的产物。若电解液为硫酸，则与电源负极相连的一极产生氢气，与电源正极相连的一极产生氧气；氢气与氧气的体积比为2:1。电解的速度很快，不到1分钟即可完成实验。

4.电解产物的检验

(1)橡胶帽法

用连接针头的注射器扎入橡胶帽，拉动活塞，即可抽出气体。氢气抽出后，直接推向火焰，就可以点燃氢气，罩上一个干冷的小烧杯，可以观察到水雾的产生。氧气抽出后，取下针头，将注射器的颈部朝向带火星的木条，推动活塞，木条复燃，说明生成的是氧气。

(2)单向阀法

直接将注射器的颈部连接单向阀，拉动活塞，即可抽出气体。两种气体的检验同上。

(3)其他气体的检验

若电解氯化钠溶液，在正极产生氯气，负极产生氢气。氢气的检验方法同上。氯气的检验方法为：抽出注射器的活塞，把一片淀粉碘化钾试纸放在注射器底部，用水润湿，插入活塞。抽取氯气，可以看到试纸变蓝。这一装置的好处，整个过程都是密闭的，产生的有毒的氯气不会释放出来。

5.电池放电驱动用电器

电解硫酸产生的氢气、氧气，可以构成氢氧燃料电池；电解氯化钠溶液产生的氢气、氯气，可以构成氢氯燃料电池；电解氯化铜溶液产生的铜和氯气，也可以构成电池。因此通电的过程是电解的过程，电解后，断开电源，将两极与小风扇等用电器连接，可以驱动小风扇转动，这是电解的反过程，是电池放电的过程。对于图1所示的实施例，将小风扇接入输出插头3，再将双向开关转向与输出插头3连接即可。

故该装置不仅可以演示电解的过程，还可以用于演示氢氧燃料电池、氢氯燃料电池等电池的工作原理。

装置实施例二

与实施例一不同之处在于，在该实施例中，两块所述挡板相互垂直，所述储液室11设置在后侧，第一电解室12以及第二电解室13并列设置在前侧，如图6和图7所示。该方案仍符合两个电解室紧靠的特点。

于本实施例中，所述储液室11、第一电解室12以及第二电解室13的形状不限，既可以为方形，如图6所示；也可以为圆形，如图7所示。

除此之外，该实施例与实施例一提供的电解装置均相同，在此不做赘述。

装置实施例三

本实施例与实施例一不同之处在于，如图8和图9所示，第一电解室12以及第二电解室13的高度相等，储液室11的高度高于第一电解室12以及第二电解室13的高度。于本实施例中，第一电解室12以及第二电解室13紧靠在一起，但储液室11高度升高，这样不是采用封口倾斜的方法将电解室充满溶液，而是采用加液至电解室上沿的办法，如图8所示。电解产生气体后，把溶液压回储液室11，如图9所示。该装置同样可以满足功能要求，但所需溶液量较大。

除此之外，该实施例与实施例一提供的电解装置均相同，在此不做赘述。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电解装置，其特征在于，所述电解装置包括一个储液室(11)以及两个相邻设置的电解室，所述储液室(11)与两个所述电解室的下端相互连通；所述储液室(11)的顶部设置有注液孔(111)；两个所述电解室的侧壁上分别刻有用于显示体积的刻度；两个所述电解室的上端分别设置有出气口，所述出气口分别与出气管(14)相连；两个所述电解室的下端分别固定有一个电极。

2.如权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述电解装置包括一个透明的盒体(1)，所述盒体(1)内设置有两块挡板，所述挡板将所述盒体(1)分成一个所述储液室(11)以及两个所述电解室。

3.如权利要求2所述的电解装置，其特征在于，两块所述挡板相互平行，所述储液室(11)以及两个所述电解室并列设置；或两块所述挡板相互垂直，所述储液室(11)设置在后侧，两个所述电解室并列设置在前侧。

4.如权利要求2所述的电解装置，其特征在于，所述储液室(11)的容积大于等于两个所述电解室的容积之和；当所述储液室(11)的容积等于两个所述电解室的容积之和时，所述储液室(11)与两个所述电解室的容积之比为2:1:1。

5.如权利要求4所述的电解装置，其特征在于，两个所述电解室的高度相等，所述储液室(11)的高度等于或高于所述电解室的高度。

6.如权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述出气管(14)用橡胶帽(15)密封，所述电解室通过倾斜的方式排出空气；或者所述出气管(14)与单向阀相连，所述单向阀可与注射器的细颈直接连接进行抽气。

7.如权利要求1所述的电解装置，其特征在于，两个所述电解室的下部均开一圆孔，两个圆孔处通过橡胶塞固定所述电极，所述电极采用表面镀钌铱的钛丝制成。

8.如权利要求1所述的电解装置，其特征在于，两个所述电解室上部均设置有凸出部(16)，所述出气口位于所述凸出部(16)的上端。

9.如权利要求1所述的电解装置，其特征在于，所述储液室(11)与两个所述电解室呈方形或圆形。

10.如权利要求2至5任一项所述的电解装置，其特征在于，所述盒体(1)的底座设置有电路，所述电路包括电源输入插头(2)和输出插头(3)，所述电源输入插头(2)的正极与所述输出插头(3)的正极相连，再连接电极一(4)；电极二(5)连接一个双向开关(6)，通过双向开关(6)与电源输入插头(2)或与输出插头(3)连接。