CN105369286A - 一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置及其应用，该装置包括一缸体、一阳极电解气体采集机构和一阴极电解气体采集机构，该阳极电解气体采集机构和阴极电解气体采集机构置于该缸体中，使得其中的第一电极和第二电极被食盐水浸没，且电解过程中所产生的氯气通过第一通孔进入第一筒体的底面与第一密封垫之间的空间，所产生的氢气通过第三通孔进入第二筒体的底面与第二密封垫之间的空间。本发明的装置检测能耗低，绿色，无害，操作方便，反应速度快，现象明显，既适用于教师上课给学生展示，又适用于学生分组实验观察。
Description
技术领域
本发明属于电解实验设备技术领域，具体涉及一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置及其应用。
背景技术
“电解饱和食盐水”实验是鲁科版高二化学选修4第一章第二节第二课时《电能转化为化学能——电解》的探究实验教学内容。教材中使用的装置如图1所示。该装置虽然经典，但仍诸多缺点：1、此装置在U型管两侧均设有支管，所制取的Cl2和H2中不可避免的混有空气，得到的气体均不纯，且阴极产生H2量少，进行点燃或爆鸣实验不易成功，学生往往对这种检验H2的方法存在畏惧感；2、在实验过程中及实验结束时氯气外逸，对教师、学生健康有害，也会造成环境污染；3、此装置只能定性的检验到两极产生的气体，不能定量的测出Cl2和H2的体积；4、此装置也不能模拟工业上有阳离子交换膜的方式进行电解，在教学中老师只是口头描述隔膜的作用，学生并没有亲眼看到，感觉很陌生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置。
本发明的另一目的在于提供上述应用该装置对电解食盐水教学实验所产生气体的进行定量检测的方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置，包括
一缸体，用以盛放食盐水；
一阳极电解气体采集机构，包括一具有刻度的透明的第一筒体和一第一活塞，第一筒体的底面设有一可用橡胶塞封闭的第一通孔和一可连通针管的第二通孔，第一通孔的孔径大于第二通孔的孔径，第一筒体的顶面设有供第一活塞伸入的开口，第一活塞包括从上至下依次相连的第一手柄、第一连接杆、第一安装座和第一密封垫，第一密封垫的周缘与第一筒体的内壁紧密贴合，第一安装座上设有连接外部电源的正极的阳极导线，第一密封垫朝向第一筒体的底面上设有与该阳极导线传导连接的第一电极；
和一阴极电解气体采集机构，包括一具有刻度的透明的第二筒体和一第二活塞，第二筒体的底面设有一可用橡胶塞封闭第三通孔和一可连通针管的第四通孔，第三通孔的孔径大于第四通孔的孔径，第二筒体的顶面设有供第二活塞伸入的开口，第二活塞包括从上至下依次相连的第二手柄、第二连接杆、第二安装座和第二密封垫，第二密封垫的周缘与第二筒体的内壁紧密贴合，第二安装座上设有连接外部电源的负极的阴极导线，第二密封垫朝向第二筒体的底面上设有与该阴极导线传导连接的第二电极；
该阳极电解气体采集机构和阴极电解气体采集机构置于该缸体中，使得其中的第一电极和第二电极被食盐水浸没。
在本发明的一个优选实施方案中，所述缸体内设有一阳离子交换膜，将缸体内的空间区隔为第一区域和第二区域，阳极电解气体采集机构置于第一区域中，阴极电解气体采集机构置于第二区域中。
在本发明的一个优选实施方案中，所述食盐水中含有适量酚酞。
在本发明的一个优选实施方案中，所述第一电极为一6B铅笔芯。
在本发明的一个优选实施方案中，所述第二电极为一6B铅笔芯。
一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测方法，该方法所使用的装置包括：
一缸体，用以盛放食盐水；
一阳极电解气体采集机构，包括一第一筒体和一第一活塞，第一筒体的底面设有一可用橡胶塞封闭的第一通孔和一可连通针管的第二通孔，第一通孔的孔径大于第二通孔的孔径，第一筒体的顶面设有供第一活塞伸入的开口，第一活塞包括从上至下依次相连的第一手柄、第一连接杆、第一安装座和第一密封垫，第一密封垫的周缘与第一筒体的内壁紧密贴合，第一安装座上设有连接外部电源的正极的阳极导线，第一密封垫朝向第一筒体的底面上设有与该阳极导线传导连接的第一电极；
和一阴极电解气体采集机构，包括一透明的第二筒体和一第二活塞，第二筒体的底面设有一可用橡胶塞封闭第三通孔和一可连通针管的第四通孔，第三通孔的孔径大于第四通孔的孔径，第二筒体的顶面设有供第二活塞伸入的开口，第二活塞包括从上至下依次相连的第二手柄、第二连接杆、第二安装座和第二密封垫，第二密封垫的周缘与第二筒体的内壁紧密贴合，第二安装座上设有连接外部电源的负极的阴极导线，第二密封垫朝向第二筒体的底面上设有与该阴极导线传导连接的第二电极；
具体包括如下步骤：
(1)将食盐水倒入缸体中，将阳极电解气体采集机构和阴极电解气体采集机构置于该缸体中，拉动第一活塞和第二活塞，使第一筒体和第二筒体内分别吸入一定量的食盐水并排尽空气，其中第一电极和第二电极被食盐水浸没；
(2)将阳极导线和阴极导线分别连接外部电源的正极和负极，开启电源，开始进行电解食盐水教学实验；
(3)关闭电源，通过第一筒体和第二筒体上的刻度可见阳极电解气体采集机构中所得气体的体积大于阴极电解采集机构中所得气体的体积；
(4)通过橡胶塞分别封闭第一通孔和第三通孔，将针管分别连接至第二通孔和第四通孔；
(5)将阳极电解气体采集机构取出，靠近湿润的淀粉碘化钾试纸，通过第一手柄推动第一活塞，排出其中的气体，使得湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，证明阳极产生的是氯气；
(6)将阴极电解气体采集机构取出，靠近点燃的酒精灯，通过第二手柄推动第二活塞，排出其中的气体，听到明显的噗噗声，证明阴极产生的是氢气。
在本发明的一个优选实施方案中，所述食盐水中含有适量的酚酞。
在本发明的一个优选实施方案中，所述缸体内设有一阳离子交换膜，将缸体内的空间区隔为第一区域和第二区域，阳极电解气体采集机构置于第一区域中，阴极电解气体采集机构置于第二区域中，实验结束后，第二区域中的食盐水变成红色。
在本发明的一个优选实施方案中，所述第一电极为一6B铅笔芯。
在本发明的一个优选实施方案中，所述第二电极为一6B铅笔芯。
本发明的有益效果是：
1、阳极/阴极电解气体采集机构采用一大通孔加一小通孔的巧妙设计：电解时大通孔发挥作用，只要16V电压就可很快完成实验，降低能耗；检验气体时使用小通孔(堵住大孔)，绿色，无害，检验氢气时，用量少，成功率高；检验氯气时，用量极少，不会产生污染，而且收集完的氯气可以与阴极产生的NaOH溶液反应，制取消毒液(NaClO)，消除污染；
2、本发明的方法的操作方便，反应速度快，现象明显，既适用于教师上课给学生展示，又适用于学生分组实验观察。
3、本发明的装置的原材料成本低廉。
4、本发明的方法不仅很容易检验到两极产物，还可观察到使用阳离子交换膜后的效果，学生对离子交换膜不再陌生，能够帮助学生更好的建立电解池分析模型，使学生有了更多的收获和认识。
5、本发明的方法使教学实验由定性提升到定量，由实验中V(H2)>V(Cl2)的现象，引发学生深入的探究、思考。
附图说明
图1为背景技术所用装置的结构示意图；
图2为本发明的电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式中的步骤(5)的示意图；
图4为本发明具体实施方式中的步骤(6)的示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
如图2所示，一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置，包括一缸体1、一阳极电解气体采集机构2和一阴极电解气体采集机构3。
缸体1，用以盛放含有适量酚酞的食盐水，且缸体1内设有一阳离子交换膜10，将缸体1内的空间区隔为第一区域11和第二区域12。
阳极电解气体采集机构2，包括一具有刻度的透明的第一筒体21和一第一活塞22，第一筒体21的底面设有一可用橡胶塞封闭的第一通孔211和一可连通针管的第二通孔212，第一通孔211的孔径(孔径7～11mm，优选10mm)大于第二通孔212的孔径，第一筒体21的顶面设有供第一活塞22伸入的开口210，第一活塞22包括从上至下依次相连的第一手柄221、第一连接杆222、第一安装座223和第一密封垫224，第一密封垫224的周缘与第一筒体21的内壁紧密贴合，第一安装座223上设有连接外部电源的正极的阳极导线225，第一密封垫224朝向第一筒体21的底面上设有与该阳极导线225传导连接的第一电极226(6B铅笔芯)；
阴极电解气体采集机构3，包括一具有刻度的透明的第二筒体31和一第二活塞32，第二筒体31的底面设有一可用橡胶塞封闭第三通孔311和一可连通针管的第四通孔312，第三通孔311的孔径(孔径7～11mm，优选10mm)大于第四通孔312的孔径，第二筒体31的顶面设有供第二活塞32伸入的开口310，第二活塞32包括从上至下依次相连的第二手柄321、第二连接杆322、第二安装座323和第二密封垫324，第二密封垫324的周缘与第二筒体31的内壁紧密贴合，第二安装座323上设有连接外部电源的负极的阴极导线325，第二密封垫324朝向第二筒体31的底面上设有与该阴极导线325传导连接的第二电极326(6B铅笔芯)；
该阳极电解气体采集机构2和阴极电解气体采集机构3分别置于该缸体1的第一区域11和第二区域12中(优选的，缸体1上设有一支架用以固定阳极电解气体采集机构2和阴极电解气体采集机构3)，使得其中的第一电极226和第二电极326被食盐水浸没。
应用该装置对电解食盐水教学实验所产生气体的进行定量检测，步骤如下：
(1)将含有适量酚酞的食盐水倒入缸体1中，将阳极电解气体采集机构2和阴极电解气体采集机构3置于该缸体1中，拉动第一活塞22和第二活塞32，使第一筒体21和第二筒体内分别吸入一定量的食盐水(例如20mL)并排尽空气，其中第一电极226和第二电极326被食盐水浸没；
(2)将阳极导线225和阴极导线325分别连接外部电源的正极和负极，开启电源，开始进行电解食盐水教学实验，两极上同时产生大量气体，第二电极326(阴极)附近溶液逐渐变为红色，说明阴极产生了OH-，第一电极226(阳极)也有大量气体生成，溶液逐渐变成浅黄绿色，这些实验现象可以引导学生分析两极分别可能分别产生了H2和Cl2，另外阴极红色溶液不会扩散到阳极所在的第一区域11，说明了阳离子交换膜10不能使阴离子(OH-)通过，只能使阳离子通过；
(3)关闭电源，通过第一筒体21和第二筒体31上的刻度可见阳极电解气体采集机构2中所得气体的体积大于阴极电解采集机构中所得气体的体积；
(4)通过橡胶塞4分别封闭第一通孔211和第三通孔311，将针管5分别连接至第二通孔212和第四通孔312；
(5)如图3所示，将阳极电解气体采集机构2取出，靠近湿润的淀粉碘化钾试纸，通过第一手柄221稍稍推动第一活塞22，排出其中的气体，使得湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，证明阳极产生的是氯气，发生的电极反应是2Cl--2e-＝Cl2↑，放电顺序：Cl->OH-。检验完毕，立即将注射器倒立置于水中，(这样可以使产生的Cl2一直保持密闭)；
(6)如图4所示，将阴极电解气体采集机构3取出，靠近点燃的酒精灯，通过第二手柄321推动第二活塞32，排出其中的气体，听到明显的噗噗声，证明阴极产生的是氢气，即发生的电极反应是2H++2e-＝H2↑，放电顺序：Na+<H+，阴极附近溶液变红，说明碱性增强，生成了OH-。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置，其特征在于：包括
一缸体，用以盛放食盐水；
一阳极电解气体采集机构，包括一具有刻度的透明的第一筒体和一第一活塞，第一筒体的底面设有一可用橡胶塞封闭的第一通孔和一可连通针管的第二通孔，第一通孔的孔径大于第二通孔的孔径，第一筒体的顶面设有供第一活塞伸入的开口，第一活塞包括从上至下依次相连的第一手柄、第一连接杆、第一安装座和第一密封垫，第一密封垫的周缘与第一筒体的内壁紧密贴合，第一安装座上设有连接外部电源的正极的阳极导线，第一密封垫朝向第一筒体的底面上设有与该阳极导线传导连接的第一电极；
和一阴极电解气体采集机构，包括一具有刻度的透明的第二筒体和一第二活塞，第二筒体的底面设有一可用橡胶塞封闭第三通孔和一可连通针管的第四通孔，第三通孔的孔径大于第四通孔的孔径，第二筒体的顶面设有供第二活塞伸入的开口，第二活塞包括从上至下依次相连的第二手柄、第二连接杆、第二安装座和第二密封垫，第二密封垫的周缘与第二筒体的内壁紧密贴合，第二安装座上设有连接外部电源的负极的阴极导线，第二密封垫朝向第二筒体的底面上设有与该阴极导线传导连接的第二电极；
该阳极电解气体采集机构和阴极电解气体采集机构置于该缸体中，使得其中的第一电极和第二电极被食盐水浸没。
2.如权利要求1所述的一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置，其特征在于：所述缸体内设有一阳离子交换膜，将缸体内的空间区隔为第一区域和第二区域，阳极电解气体采集机构置于第一区域中，阴极电解气体采集机构置于第二区域中。
3.如权利要求1所述的一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置，其特征在于：所述食盐水中含有适量酚酞。
4.如权利要求1所述的一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置，其特征在于：所述第一电极为一6B铅笔芯。
5.如权利要求1所述的一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测装置，其特征在于：所述第二电极为一6B铅笔芯。
6.一种电解食盐水教学实验所产生气体的定量检测方法，其特征在于：该方法所使用的装置包括：
一缸体，用以盛放食盐水；
一阳极电解气体采集机构，包括一第一筒体和一第一活塞，第一筒体的底面设有一可用橡胶塞封闭的第一通孔和一可连通针管的第二通孔，第一通孔的孔径大于第二通孔的孔径，第一筒体的顶面设有供第一活塞伸入的开口，第一活塞包括从上至下依次相连的第一手柄、第一连接杆、第一安装座和第一密封垫，第一密封垫的周缘与第一筒体的内壁紧密贴合，第一安装座上设有连接外部电源的正极的阳极导线，第一密封垫朝向第一筒体的底面上设有与该阳极导线传导连接的第一电极；
和一阴极电解气体采集机构，包括一透明的第二筒体和一第二活塞，第二筒体的底面设有一可用橡胶塞封闭第三通孔和一可连通针管的第四通孔，第三通孔的孔径大于第四通孔的孔径，第二筒体的顶面设有供第二活塞伸入的开口，第二活塞包括从上至下依次相连的第二手柄、第二连接杆、第二安装座和第二密封垫，第二密封垫的周缘与第二筒体的内壁紧密贴合，第二安装座上设有连接外部电源的负极的阴极导线，第二密封垫朝向第二筒体的底面上设有与该阴极导线传导连接的第二电极；
具体包括如下步骤：
(1)将食盐水倒入缸体中，将阳极电解气体采集机构和阴极电解气体采集机构置于该缸体中，拉动第一活塞和第二活塞，使第一筒体和第二筒体内分别吸入一定量的食盐水并排尽空气，其中第一电极和第二电极被食盐水浸没；
(2)将阳极导线和阴极导线分别连接外部电源的正极和负极，开启电源，开始进行电解食盐水教学实验；
(3)关闭电源，通过第一筒体和第二筒体上的刻度可见阳极电解气体采集机构中所得气体的体积大于阴极电解采集机构中所得气体的体积；
(4)通过橡胶塞分别封闭第一通孔和第三通孔，将针管分别连接至第二通孔和第四通孔；
(5)将阳极电解气体采集机构取出，靠近湿润的淀粉碘化钾试纸，通过第一手柄推动第一活塞，排出其中的气体，使得湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，证明阳极产生的是氯气；
(6)将阴极电解气体采集机构取出，靠近点燃的酒精灯，通过第二手柄推动第二活塞，排出其中的气体，听到明显的噗噗声，证明阴极产生的是氢气。
7.如权利要求6所述的定量检测方法，其特征在于：所述食盐水中含有适量的酚酞。
8.如权利要求7所述的定量检测方法，其特征在于：所述缸体内设有一阳离子交换膜，将缸体内的空间区隔为第一区域和第二区域，阳极电解气体采集机构置于第一区域中，阴极电解气体采集机构置于第二区域中，实验结束后，第二区域中的食盐水变成红色。
9.如权利要求6所述的如权利要求6所述的定量检测方法，其特征在于：所述第一电极为一6B铅笔芯。
10.如权利要求6所述的如权利要求6所述的定量检测方法，其特征在于：所述第二电极为一6B铅笔芯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160302 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |