夾持式多功能電化學(xué)實(shí)驗(yàn)夾介紹

電化學(xué)是高中化學(xué)教材的重點(diǎn)內(nèi)容之一，電化學(xué)實(shí)驗(yàn)在電化學(xué)教學(xué)中占有非常重要的位置。

《全日制普通高級中學(xué)教科書[必修加選修]化學(xué)》課本(人民教育出版社化學(xué)室編著)中的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)共7個(gè):6個(gè)教師演示實(shí)驗(yàn)，1個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。通常結(jié)合教學(xué)的需要，教師還會補(bǔ)充一些實(shí)驗(yàn)，如Fe(OH)3膠體電泳的演示實(shí)驗(yàn)和電鍍銅及銅的精煉等學(xué)生實(shí)驗(yàn)。做這些實(shí)驗(yàn)都要用到電化學(xué)裝置——原電池或電解池。

在發(fā)明多功能電化學(xué)實(shí)驗(yàn)夾以前，我們按照課本上的裝置組裝原電池或電解池，電極和導(dǎo)線的連接方式大致有兩種:

1.把導(dǎo)線直接纏繞在電極上，然后通過鐵架臺的鐵夾把電極固定在裝置的適當(dāng)位置;

2.采用帶支架的螺桿將電極固定，再用支架上的螺栓、螺母將導(dǎo)線固定在支架的適當(dāng)位置。

兩種方式比較，第一種方式的電極和導(dǎo)線容易松開，導(dǎo)致電路中斷，第二種方式較好一些。

但是這種傳統(tǒng)的電極桿設(shè)計(jì)方式在實(shí)際使用中給教師和學(xué)生帶來了很多麻煩。其主要的問題是裝置不易維護(hù)，成本較高。一方面，電極連接到支架上后不易取下，活潑的電極材料如鋅片、鋁片等，在電化學(xué)反應(yīng)中消耗后，難以進(jìn)行更換，支架經(jīng)常隨著電極消耗而報(bào)廢。另一方面，即使電極材料不消耗，也常常由于支架上的螺栓螺母易銹死，導(dǎo)致電路中斷而必須使裝置整體更換。若購買現(xiàn)成的多功能電化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)效果相當(dāng)好，但價(jià)格較昂貴，而且其中配套的玻璃儀器極易損壞，損壞后無法更換。

隨著我校探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的推廣，學(xué)生越來越渴望通過實(shí)驗(yàn)完成大量的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，但是受實(shí)驗(yàn)裝置條件的限制，師生往往需要花大量的時(shí)間來組裝裝置，還常常觀察不到滿意的實(shí)驗(yàn)效果。

我們積極思索，采用夾持定位的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了三個(gè)互相連接在一起的夾子:管口夾、電極夾和電線夾。三個(gè)夾子均用不銹鋼材料制作而成(見圖1)。管口夾用于夾持在直徑為15mm的普通U形管管口上;電極夾可夾持各種電極材料，如實(shí)驗(yàn)室中易找到的鐵釘、碳棒和易剪成形的銅片、鋁片、鋅片等;電線夾可直接夾持導(dǎo)線裸露的接頭。這種設(shè)計(jì)方式，既便于更換電極材料，又利于分別觀察兩極實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖1

接下來，我們又考慮到有很多的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在250mL的燒杯中完成的，結(jié)合這個(gè)實(shí)際需要，我們又設(shè)計(jì)了可放置在250ml的燒杯上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的電極板。電極板的結(jié)構(gòu)很簡單，即在一塊有機(jī)玻璃上固定兩組相互連接的電極夾和電線夾(見圖2)。我們很快在電腦上完成了設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)完成了制作。

圖2

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)夾研制成功后，2008年9月，我們將該裝置應(yīng)用于《電解食鹽水》、《電解硫酸銅溶液》、《鋁制鑰匙鍍銅》、《原電池原理》4個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，效果較好。有了多功能電化學(xué)實(shí)驗(yàn)夾，學(xué)生能夠結(jié)合實(shí)驗(yàn)需要，比以往更加靈活、快速地更換電極材料，更高效地完成好電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在電化學(xué)課外實(shí)驗(yàn)中的探究也有了很大的進(jìn)步。

在學(xué)生用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)夾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的探究中，我們欣喜地發(fā)現(xiàn)，電化學(xué)實(shí)驗(yàn)夾小巧靈活，適宜完成很多對比實(shí)驗(yàn)，這是現(xiàn)有傳統(tǒng)電化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器很難做到的。例如，學(xué)生在做探究《影響干電池電動(dòng)勢的因素》的實(shí)驗(yàn)中，需要測出在不同濃度的氯化銨溶液中，不同電極組成的電池的電動(dòng)勢變化的三組對比實(shí)驗(yàn)，在使用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)夾來完成該實(shí)驗(yàn)時(shí)，更快速靈活地完成了實(shí)驗(yàn)。

特點(diǎn):該教具采用夾持固定方式，設(shè)計(jì)合理、小巧輕便、操作方便，可快速固定U形管，快速更換電極材料，快速連接電路。與該教具配套使用的玻璃儀器與電極材料為實(shí)驗(yàn)室常用器材。

用途:本教具適宜完成電化學(xué)知識中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)、教師實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究及電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的對比實(shí)驗(yàn)，如:原電池實(shí)驗(yàn)、電鍍實(shí)驗(yàn)、電解實(shí)驗(yàn)、膠體電泳實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究等。

本裝置的具體用途有:

①探究離子濃度對溶液導(dǎo)電能力的影響，

②探究干電池原理，

③探究影響干電池電動(dòng)勢的因素，

④探究鐵釘在不同外界條件下的腐蝕情況，

⑤探究鎂鋁電池在不同電解質(zhì)溶液中的電流方向，

⑥探究工業(yè)上用電解法處理六價(jià)鉻廢液的方法，

⑦探究電解法與“雞尾酒”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。