CN206421726U - 一种钝化膜形成过程教学演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种教学装置，更具体的说是一种钝化膜形成过程教学演示装置，不仅价格低廉，能够宏观观察钝化现象，而且通过电流变化向学生间接展示钝化膜的形成过程。底部支持套有两个，反应器Ⅰ和反应器Ⅱ均放置在底部支持套上，反应器Ⅰ内有浓硝酸，反应器Ⅱ内有CuSO4溶液，铜棒连接在反应器Ⅱ上，铜棒的下端伸入CuSO4溶液，锌棒连接在反应器Ⅰ上，锌棒的下端伸入浓硝酸，反应器Ⅰ上设置有尾气处理接口，微安电流计的一端连接铜棒，微安电流计的另一端连接锌棒，盐桥的一端连接反应器Ⅰ，并且伸入浓硝酸，盐桥的另一端连接反应器Ⅱ，并且伸入CuSO4溶液。

Description

一种钝化膜形成过程教学演示装置

技术领域

本实用新型涉及一种教学装置，更具体的说是一种钝化膜形成过程教学演示装置。

背景技术

中学化学介绍了金属的钝化现象，如铝在浓硝酸中的钝化，铁在浓硫酸中的钝化。该内容贴近学生生活实际，但是金属钝化这一特殊现象又与一般金属可被强酸溶解的现象相矛盾，因而会激发学生的学习兴趣，使学生对钝化膜形成过程及形成机理等提出疑问。对于钝化机理，中学化学给出的解释是，形成了“致密的氧化膜”，例如，铝在浓硝酸中形成了α-Al2O3氧化膜，不与浓硝酸作用。很显然，这一机理没有解释钝化膜的形成过程，因而难以消除学生对钝化膜形成过程及形成机理的疑问，不利于学生探究精神和创新思维的培养。

中学化学为了说明钝化过程，常常使用对比实验，通过可视现象如气体逸出、金属溶解等等肉眼所见现象说明钝化的发生。如在室温下将铁分别放入稀硝酸和浓硝酸，对比两者的气泡产生和金属的溶解现象，发现铁在稀硫酸中，反应较快，可以观察到明显的气泡产生，金属溶解。而铁在浓硝酸中，短时间观察无明显现象，长时间经仔细观察，才能在金属表面有细微的气泡产生，在显微镜观察下金属表面失去金属关泽。从而说明铁在稀硫酸中发生了溶解腐蚀，而铁在浓硫酸中发生了钝化。中学化学实验中现有的方法是从宏观角度入手的，不能直观反映钝化膜的微观形成过程，不能消除学生对钝化膜形成过程的疑问。必须要寻找表示钝化膜形成的直接方法及相应的实验设备。这些相应的仪器设备必须至少满足2个条件：一是能对钝化膜的形成过程进行直观的表示；二是价格不能太昂贵，中学化学的实验经费能够承担。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种钝化膜形成过程教学演示装置，不仅价格低廉，能够宏观观察钝化现象，而且通过电流变化向学生间接展示钝化膜的形成过程。

为解决上述技术问题，本实用新型涉及一种教学装置，更具体的说是一种钝化膜形成过程教学演示装置，包括CuSO4溶液、盐桥、浓硝酸、铜棒、锌棒、尾气处理接口、底部支持套、微安电流计、反应器Ⅰ和反应器Ⅱ，不仅价格低廉，能够宏观观察钝化现象，而且通过电流变化向学生间接展示钝化膜的形成过程。

底部支持套有两个，反应器Ⅰ和反应器Ⅱ均放置在底部支持套上，反应器Ⅰ内有浓硝酸，反应器Ⅱ内有CuSO4溶液，铜棒连接在反应器Ⅱ上，铜棒的下端伸入CuSO4溶液，锌棒连接在反应器Ⅰ上，锌棒的下端伸入浓硝酸，反应器Ⅰ上设置有尾气处理接口，微安电流计的一端连接铜棒，微安电流计的另一端连接锌棒，盐桥的一端连接反应器Ⅰ，并且伸入浓硝酸，盐桥的另一端连接反应器Ⅱ，并且伸入CuSO4溶液。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种钝化膜形成过程教学演示装置所述反应器Ⅰ和反应器Ⅱ的材料均为玻璃。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种钝化膜形成过程教学演示装置所述反应器Ⅰ和反应器Ⅱ上均设置有活塞。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种钝化膜形成过程教学演示装置所述支持套的材料为橡胶。

本实用新型一种钝化膜形成过程教学演示装置的有益效果为：

本实用新型一种钝化膜形成过程教学演示装置，不仅价格低廉，能够宏观观察钝化现象，而且通过电流变化向学生间接展示钝化膜的形成过程。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种钝化膜形成过程教学演示装置的结构示意图。

图中：CuSO4溶液1；盐桥2；浓硝酸3；铜棒4；锌棒5；尾气处理接口6；底部支持套7；微安电流计8；反应器Ⅰ9；反应器10。

具体实施方式

具体实施方式一：

下面结合图1说明本实施方式，本实用新型涉及一种教学装置，更具体的说是一种钝化膜形成过程教学演示装置，包括CuSO4溶液1、盐桥2、浓硝酸3、铜棒4、锌棒5、尾气处理接口6、底部支持套7、微安电流计8、反应器Ⅰ9和反应器Ⅱ10，不仅价格低廉，能够宏观观察钝化现象，而且通过电流变化向学生间接展示钝化膜的形成过程。

底部支持套7有两个，反应器Ⅰ9和反应器Ⅱ10均放置在底部支持套7上，反应器Ⅰ9内有浓硝酸3，反应器Ⅱ10内有CuSO4溶液1，铜棒4连接在反应器Ⅱ10上，铜棒4的下端伸入CuSO4溶液1，锌棒5连接在反应器Ⅰ9上，锌棒5的下端伸入浓硝酸3，反应器Ⅰ9上设置有尾气处理接口6，微安电流计8的一端连接铜棒4，微安电流计8的另一端连接锌棒5，盐桥2的一端连接反应器Ⅰ9，并且伸入浓硝酸3，盐桥2的另一端连接反应器Ⅱ10，并且伸入CuSO4溶液1。在实验前，去除铜棒4和锌棒5表面的氧化膜，尾气处理接口6接上尾气处理装置，锌棒5浸入浓硝酸3并固定，反应进行至锌棒5完全溶解停止实验。实验表明，使用锌棒5连接在回路中微安电流计8将始终显示为零。理论分析可解释为锌棒5与浓硝酸3不发生钝化作用，锌棒5表面形成无数微观原电池，反应在金属表面发生而不会形成宏观的回路，电流检测即为零。将锌棒5取下，换上铝棒，浸入前通过投影将微安电流计8屏幕与计时器一同投影于屏幕。在铝棒浸入浓硝酸3瞬间启动计时器，随时记录计时器时间及其对应的电流表数据。将铝棒由浓硝酸3中取出，使用蒸馏水清洗其表面。将浓硝酸3倒入废酸缸，取出盐桥2，演示实验结束。当铝棒与浓硝酸作用时，由于产生钝化膜，Al|Al2O3（钝化膜）|HNO3的电势不足以克服Cu|Cu2+的电势，回路产生电流，投影于屏幕上，在电流稳定之前，教师可向学生解释为钝化膜在形成过程中，裸露金属与浓硝酸3接触面积不稳定而导致电流波动。在反应一段时间后，电流趋于稳定，钝化膜完全形成。

具体实施方式二：

下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述反应器Ⅰ9和反应器Ⅱ10的材料均为玻璃，便于学生宏观观察钝化现象。

具体实施方式三：

下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述反应器Ⅰ9和反应器Ⅱ10上均设置有活塞，铜棒4、锌棒5和铝棒通过活塞固定在反应器Ⅰ9和反应器Ⅱ10上。

具体实施方式四：

下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述支持套7的材料为橡胶，橡胶耐腐蚀，摩擦系数大。

本实用新型一种钝化膜形成过程教学演示装置的工作原理：在实验前，去除铜棒4和锌棒5表面的氧化膜，尾气处理接口6接上尾气处理装置，锌棒5浸入浓硝酸3并固定，反应进行至锌棒5完全溶解停止实验。实验表明，使用锌棒5连接在回路中微安电流计8将始终显示为零。理论分析可解释为锌棒5与浓硝酸3不发生钝化作用，锌棒5表面形成无数微观原电池，反应在金属表面发生而不会形成宏观的回路，电流检测即为零。将锌棒5取下，换上铝棒，浸入前通过投影将微安电流计8屏幕与计时器一同投影于屏幕。在铝棒浸入浓硝酸3瞬间启动计时器，随时记录计时器时间及其对应的电流表数据。将铝棒由浓硝酸3中取出，使用蒸馏水清洗其表面。将浓硝酸3倒入废酸缸，取出盐桥2，演示实验结束。当铝棒与浓硝酸作用时，由于产生钝化膜，Al|Al2O3（钝化膜）|HNO3的电势不足以克服Cu|Cu2+的电势，回路产生电流，投影于屏幕上，在电流稳定之前，教师可向学生解释为钝化膜在形成过程中，裸露金属与浓硝酸3接触面积不稳定而导致电流波动。在反应一段时间后，电流趋于稳定，钝化膜完全形成。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种钝化膜形成过程教学演示装置，包括CuSO4溶液（1）、盐桥（2）、浓硝酸（3）、铜棒（4）、锌棒（5）、尾气处理接口（6）、底部支持套（7）、微安电流计（8）、反应器Ⅰ（9）和反应器Ⅱ（10），其特征在于：底部支持套（7）有两个，反应器Ⅰ（9）和反应器Ⅱ（10）均放置在底部支持套（7）上，反应器Ⅰ（9）内有浓硝酸（3），反应器Ⅱ（10）内有CuSO4溶液（1），铜棒（4）连接在反应器Ⅱ（10）上，铜棒（4）的下端伸入CuSO4溶液（1），锌棒（5）连接在反应器Ⅰ（9）上，锌棒（5）的下端伸入浓硝酸（3），反应器Ⅰ（9）上设置有尾气处理接口（6），微安电流计（8）的一端连接铜棒（4），微安电流计（8）的另一端连接锌棒（5），盐桥（2）的一端连接反应器Ⅰ（9），并且伸入浓硝酸（3），盐桥（2）的另一端连接反应器Ⅱ（10），并且伸入CuSO4溶液（1）。

2.根据权利要求1所述的一种钝化膜形成过程教学演示装置，其特征在于：所述反应器Ⅰ（9）和反应器Ⅱ（10）的材料均为玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种钝化膜形成过程教学演示装置，其特征在于：所述反应器Ⅰ（9）和反应器Ⅱ（10）上均设置有活塞。

4.根据权利要求1所述的一种钝化膜形成过程教学演示装置，其特征在于：所述支持套（7）的材料为橡胶。