夹持式多功能电化学实验夹介绍

来源:用户上传      作者: 冯　涛　竺　凌　胡　亮

　　电化学是高中化学教材的重点内容之一,电化学实验在电化学教学中占有非常重要的位置。
　　《全日制普通高级中学教科书[必修加选修]化学》课本(人民教育出版社化学室编著)中的电化学实验共7个:6个教师演示实验,1个学生实验。通常结合教学的需要,教师还会补充一些实验,如Fe(OH)3胶体电泳的演示实验和电镀铜及铜的精炼等学生实验。做这些实验都要用到电化学装置――原电池或电解池。
　　在发明多功能电化学实验夹以前,我们按照课本上的装置组装原电池或电解池,电极和导线的连接方式大致有两种:
　　1.把导线直接缠绕在电极上,然后通过铁架台的铁夹把电极固定在装置的适当位置;
　　2.采用带支架的螺杆将电极固定,再用支架上的螺栓、螺母将导线固定在支架的适当位置。
　　两种方式比较,第一种方式的电极和导线容易松开,导致电路中断,第二种方式较好一些。
　　但是这种传统的电极杆设计方式在实际使用中给教师和学生带来了很多麻烦。其主要的问题是装置不易维护,成本较高。一方面,电极连接到支架上后不易取下,活泼的电极材料如锌片、铝片等,在电化学反应中消耗后,难以进行更换,支架经常随着电极消耗而报废。另一方面,即使电极材料不消耗,也常常由于支架上的螺栓螺母易锈死,导致电路中断而必须使装置整体更换。若购买现成的多功能电化学实验仪器,实验效果相当好,但价格较昂贵,而且其中配套的玻璃仪器极易损坏,损坏后无法更换。
　　
　　随着我校探究式实验教学的推广,学生越来越渴望通过实验完成大量的电化学实验探究,但是受实验装置条件的限制,师生往往需要花大量的时间来组装装置,还常常观察不到满意的实验效果。
　　我们积极思索,采用夹持定位的设计思想,设计了三个互相连接在一起的夹子:管口夹、电极夹和电线夹。三个夹子均用不锈钢材料制作而成(见图1)。管口夹用于夹持在直径为15mm的普通U形管管口上;电极夹可夹持各种电极材料,如实验室中易找到的铁钉、碳棒和易剪成形的铜片、铝片、锌片等;电线夹可直接夹持导线裸露的接头。这种设计方式,既便于更换电极材料,又利于分别观察两极实验现象。
　　图1
　　接下来,我们又考虑到有很多的电化学实验是在250mL的烧杯中完成的,结合这个实际需要,我们又设计了可放置在250ml的烧杯上进行实验的电极板。电极板的结构很简单,即在一块有机玻璃上固定两组相互连接的电极夹和电线夹(见图2)。我们很快在电脑上完成了设计,然后根据设计完成了制作。
　　图2
　　电化学实验夹研制成功后,2008年9月,我们将该装置应用于《电解食盐水》、《电解硫酸铜溶液》、《铝制钥匙镀铜》、《原电池原理》4个学生实验,效果较好。有了多功能电化学实验夹,学生能够结合实验需要,比以往更加灵活、快速地更换电极材料,更高效地完成好电化学实验,学生在电化学课外实验中的探究也有了很大的进步。
　　在学生用电化学实验夹进行实验的探究中,我们欣喜地发现,电化学实验夹小巧灵活,适宜完成很多对比实验,这是现有传统电化学实验仪器很难做到的。例如,学生在做探究《影响干电池电动势的因素》的实验中,需要测出在不同浓度的氯化铵溶液中,不同电极组成的电池的电动势变化的三组对比实验,在使用电化学实验夹来完成该实验时,更快速灵活地完成了实验。
　　特点:该教具采用夹持固定方式,设计合理、小巧轻便、操作方便,可快速固定U形管,快速更换电极材料,快速连接电路。与该教具配套使用的玻璃仪器与电极材料为实验室常用器材。
　　用途:本教具适宜完成电化学知识中的学生实验、教师实验、学生实验探究及电化学实验中的对比实验,如:原电池实验、电镀实验、电解实验、胶体电泳实验、学生实验探究等。
　　本装置的具体用途有:
　　①探究离子浓度对溶液导电能力的影响,
　　②探究干电池原理,
　　③探究影响干电池电动势的因素,
　　④探究铁钉在不同外界条件下的腐蚀情况,
　　⑤探究镁铝电池在不同电解质溶液中的电流方向,
　　⑥探究工业上用电解法处理六价铬废液的方法,
　　⑦探究电解法与“鸡尾酒”实验现象。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-983880.htm