登陆注册
33495100000015

第15章 关于电化学的实验操作和改进(5)

(1)金属阳极笔。a先将玻管洗净。b将一个与玻管配套之胶塞打孔,安上进液管、电极线、进气管。c将纯Cu(或Zn)1片处理,去除表面氧化膜,洗净。然后与胶塞上铜导线下端连接,塞入玻管中。d将脱脂棉展开成层状,再紧卷成适当塞状,塞入玻管下端,露出管口约1cm。然后用一块涤纶布包住,用绳扎在玻管上。e将制作的阳极笔用蒸馏水淋洗,使蒸馏水经脱脂棉慢慢渗下,即制好,待用。

①进液管②气孔③电极线④胶塞⑤玻管⑥金属片⑦脱脂棉⑧涤纶布(2)石黑阳极的制作将1号电池中的炭棒小心取出(注意勿使铜帽松动,在铜帽上焊一根导线,用砂纸打去炭棒表面层,再放入1∶1盐酸中浸泡过夜,冲洗干净,再用蒸馏水煮沸5分钟,并淋洗干净。用炭棒代替上述镀笔中金属片,即成。

参考配方(试剂皆为分析纯)编号镀液种类镀液组成(g·L-1)(1)CuCuSO4·5H2O200~250H2SO460~65光亮剂适量(2)ZnZnSO4·7H2O300左右Na2SO4·10H2O100KA1(SO4)2·12H2O30光亮剂05-10(3)NiNiSO4·7H2O250左右NaC110-15NiC12·6H2O20冰醋酸HAC30(ml)十二烷基磺酸钠少量光亮剂79105-1(4)学生还可自查资料,设计方案,经教师审批再选做。

原理

以待镀件为阴极,镀笔为阳极,在外加直流低压电源作用下,镀液中Mn+向阴极迁移,当达到其析出电位时,即在阴极上还原沉积。

实验过程

(1)被镀件除油、除锈(略)。

(2)被镀件磨光与抛光开动磨(抛)光机,使物件与磨(抛)光轮接触,再逐步紧贴,直到物件光亮为止。

(3)刷镀将镀笔浸在盛有镀液的烧杯中,置于所需温度之恒温槽中先预热10分钟,然后安装于装置上,将烧杯中镀液倒入分液漏斗中,打开旋塞,调整漏斗高度,将镀液自笔中慢慢渗下,排出管内空气,打开直流电源,调所需之电压让镀笔与镀件接触缓缓相对移动,反复几次,即被镀上。

(4)揩干镀件上液珠,再抛光。

(5)洗净镀笔,浸入蒸馏水中。

指导教师组织学生对下述问题进行讨论:

(1)Cu、Zn阳极笔中Cu、Zn各起哪些作用?

(2)石黑阳极笔长期使用,应采取什么措施,为什么?

(3)实验中,是否发现电极上有小汽泡,如何解释?

(4)对制做阳极笔,你还有什么新方法和见解?

(5)对本实验你有何感想和建议?

结果

通过两年来实践表明,学生对该类选做实验积极主动,情绪高涨。通过实验,学生普遍反映对不可逆电极过程及过电位等概念理解得更深刻了,并尝试到理论与应用的结合。

注:也可用适当的素瓷芯代替脱脂棉。下端包布稍厚一些。

铁的吸氧腐蚀实验

钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀,它抽象且难以通过演示实验进行讲解,常常使师生感到困难。

福建省龙岩师范学校吴振位老师介绍了一种钢铁吸氧实验装置,它简易、直观,演示效果令人满意。

实验步骤

铁的吸氧腐蚀装置

(1)连接好实验装置。

(2)在U形管中注入冷开水或冷开水配制的任意电解液,(尽量降低氧在水中的溶解量)并加入少量铁氰化钾。

(3)打开开关K,调节电位器至发光管刚好熄灭为宜。

(4)合上开关K,用洗耳球向U形管左侧的电解液鼓入空气,洗耳球鼓入空气越强,则二极管发的光越亮,反之发的光越暗,片刻后,铁棒周围的漏液呈蓝色(实为沉淀)。

装置原理

调节电位器W使发光管恰好熄灭,此刻T1、T2处于临界导通(仍处于截止)状态,当合上开关K,碳与铁构成了吸氧腐蚀原电池的正负两极,原电池的电流虽小,但由于三极管的放大作用原来处于临界导通的T1、T2立即导通,故发光管发亮。

反应原理

正极,碳棒,O2+2H2O+4e=4OH-(还原反应)负极,铁棒,Fe-2e=Fe2-(氧化反应)3Fe2-+2〔Fe(CN)6〕3-=Fe3〔Fe(CN)6〕2↓(蓝色)铁的锈蚀的课外实验

四川教育学院化学系盛开琼老师介绍的铁的锈蚀的实验,是为培养学生的观察能力和帮助突破铁的电化腐蚀的教学难点而设计的。

若将这个实验安排在适当的时候进行,对原电池原理、电化学锈蚀、电化学保护等知识的教学,能提供生动直观的化学现象,使学生对“无数微电池”的概念有具体的内容,对电化学保护有目睹的事实,从而帮助学生加深理解。

实验原理

活动性不同的金属,相互接触并处于电解质溶液的包围之中,发生原电池反应。将这类反应固定在琼脂凝胶中进行,使正负极的产物能较清晰地分开,较长时间地存在,从而能清晰地较长时间地进行观察。

本实验采用铁-铜、锌-铁两组金属为电极,以铁氰化钾为电解质,发生的原电池反应如下:

(1)铁-铜原电池负极:Fe-2e=Fe2+Fe2++K++Fe(CN)3-6=KFe(CN)6Fe在负极可观察到深蓝色的滕氏蓝出现。

正极:由于琼脂凝胶在制作过程中,驱除了氧气,并加入微量盐酸酸化,因此,应是溶液中的H-发生反应:

2H++2e=H2↑此反应减少了[H+],使水的电离平衡H2OH++OH-正向移动,以至正极附近[OH-]增大,溶液呈碱性,用酚酞试液进行指示。

(2)锌-铁原电池负极:Zn-2e=Zn2+3Zn2++2Fe(CN)3-6=Zn3[Fe(CN)6]2↓Zn3[Fe(CN)6]2是白色沉淀。

正极:发生的变化与1的正极变化相同。

实验仪器、药品

200ml烧杯一只,15mm×150mm试管两支,玻璃棒,酒精灯,三角架,石棉铁丝网。

5cm的无锈铁钉2枚,细铜丝,薄锌片,琼脂,01摩/升的K3Fe(CN)6溶液,1摩/升的盐酸,1%的酚酞。

实验操作

(1)取无锈铁钉1枚,用光亮的细铜丝,在铁钉中部紧密缠绕约1~15cm的长度。

另取1枚无锈铁钉;用剪刀将薄锌片(若无薄锌片,可以废干电池取之)沿边缘剪下1~2mm宽的锌带,用此锌带在铁钉中部紧密缠绕约1~15cm的长度。

(2)配制琼脂溶胶:取蒸馏水110ml(若无蒸馏水,自来水也可)加热煮沸约2分钟,除去水中溶解的O2和CO2等气体;稍冷后,加入琼脂1克,放置5分钟,让琼脂吸水发胀,然后继续加热,并用玻璃棒不断搅拌,待琼脂充分分散,停止加热;待其冷却至50℃左右,再一边搅拌,一边依次加入1滴稀盐酸,1ml01摩/升的K3Fe(CN)6和8~10滴1%的酚酞,搅拌均匀,待用。

(3)取两支试管,分别贴“A”“B”标签,各加入琼脂溶胶5ml,用水喷淋试管处壁使琼脂溶胶冷凝;将缠有铜丝的铁钉,竖直插入A试管的凝胶中(方法是:左手竖握试管,右手竖持铁钉置于试管管口部位,让铁钉自由落下,插入已凝的琼脂中,注意铁钉下端不要落于试管底部)再向试管中加入未凝的琼脂溶胶,使液面高出铁钉顶部约1~15cm,注意使溶胶内无气泡,放置。

用同样的方法,将缠有锌带的铁钉,放置于B试管中。

实验现象及解释

(一)A试管

铁钉的a、c部分为原电池的负极,铁钉的b部分的铜丝为原电池的正极。

(二)B试管

锌带为原电池的负极,铁为正极。

观察次数观察时间现象记录现象解释

1实验操作完毕后,马上观察铁钉呈光亮的银白色;铜丝呈光亮的紫红色;琼脂溶胶透明,呈黄绿色,无气泡由于铁氰化钾溶液的加入,无色琼脂溶胶呈黄绿色2反应进行5分钟后①铁钉的a、c区有深蓝色沉淀物附着;②a区蓝色物质较c区多;③b区铜丝表面有透明的红色物质附着a、c区为负极,产生Fe2+进而结合成深蓝色的滕氏蓝;a区温度更高,反应速度更快,铜丝为正极、H+得电子,[OH-]相对增大,使酚酞显红色3反应进行2小时后①a、c区的蓝色物质增多;②b区铜丝周围的琼脂凝胶呈红色;③b区铜丝附近有极细小的气泡反应继续进行;[OH-]增大,向琼脂中扩散;H+得电子产生的H2逐渐集聚成小气泡4反应进行24小时后①a、c区的蓝色物质增多,琼脂凝胶颜色变浅;②b区的琼脂凝胶呈红色,且气泡变大Fe(CN)3-6转变成滕氏蓝;H2和OH-随反应进行而增多5取出铁钉洗净后观察铁钉表面粗糙,失去光泽;铜丝仍呈光亮紫红色铁为负极,部分铁原子变成Fe2+使铁钉表面受损;铜为正极,未发生变化实验结论:铁与不活泼的金属铜接触共处于电解质溶液中,铁被损害。在电解质溶液铁氧及微酸性条件下,铜周围产生H2,且该区呈碱性。

观察次数观察时间现象记录现象解释

1实验操作完毕后马上观察锌、铁均为银白色,锌更光亮;琼脂溶胶透明,呈黄绿色,无气泡2反应进行5分钟后①b区的锌带上附着白色固体物质;②铁钉的a、c区附着红色透明物质;③a区比c区的红色物质更多Zn变成Zn2+,进而转变成Zn3[Fe(CN)6]2;H+变成H2,[OH-]相对增多,酚酞显红色;a区温度更高,反应速度加快3反应进行2小时后①b区的白色物质增多;②a、c区的红色物质扩散到琼脂凝胶中;③a和c区有小气泡反应继续进行;[OH-]增大,向琼脂凝胶中扩散;产生的H2不能逸入空中而集聚成小气泡4反应进行24小时后①锌带上的白色物质明显增多,b区的琼脂凝胶无色;②a、c区的琼脂凝胶全呈红色并有较大气泡凝胶中的Fe(CN)3-6被消耗掉;[OH-]增大,H2增多5取出铁钉洗净后观察①锌带失去光泽变粗糙;②铁钉仍保持光亮锌为负极被损害;铁为正极被保护实验结论:铁与较活泼的锌共处于电解质液中,锌被损害,铁被保护讨论

(1)教学建议。本实验是一个操作简单、现象明显的实验,最好安排在高中二年级。当学生学习了原电池原理以后,讲授铁的电化学锈蚀的前一天,在化学课外活动小组中进行。让学生自己动手做该实验,并进行第1、2步的观察;要求学生根据刚学的原电池原理分析可能发生的变化。到讲授铁的电化学锈蚀时,试管里已经有了明显的现象。教师可展示A试管,让学生观察,引导学生复习原电池原理,写出电极反应。教师则提示Fe2+与Fe(CN)3-6生成滕氏蓝的事实,着重分析产物与现象的关系而导入电化锈蚀的新课。

铁的吸氧腐蚀实验设计

铁的吸氧腐蚀,学生难以接受,通过设计演示实验,可使问题直观,便于理解掌握。

实验用品

方塑料盒(或烧杯)、导线、灵敏电流计、Nacl溶液、铁纱布、碳棒(两根)、塑料片(三片)。山东潍坊一中高灼会、山东安丘二中都兰元老师的设计是:

操作步骤

(1)加工两大一小三块塑料片,使小的能放人塑料盒中而大的能在盒的边缘放住,在一大一小两片上各打等距离的两个孔,如图I所示。孔的大小以能将碳棒旋转插入为宜。将两根碳棒插入平行的该两块塑料片中,将纱布在碳棒上缠好,在一根碳棒上端连上导线。

(2)取一块铁片,将其表面铁锈处理干净。用锋利小刀在另一塑料片中间开一小槽,插入铁片,用热熔胶将铁片与塑料粘在一起(若所开小槽大小合适,因一般塑料弹性较强,不用热熔胶粘铁片也能插住),将铁片上端连好导线。

(3)将铁片与缠纱布的碳棒一起放入塑料盒中,利用上放在盒沿上的塑料片使铁片与纱布保持平行。向盒中放人1m01/L的N。C1溶液,使一半纱布浸入溶液中。用滴管吸少量溶液滴在纱布上使其润湿。在空气中放置一段时间。

(4)将碳棒与铁片上的导线分别连到灵敏电流计的两个接线柱上,观察指针有无偏转及偏转方向。

说明

(1)将纱布浸人NaCl溶液中时,应有较大部分露置于空气中,并放置一段时间(十多分钟即可),以便于空气中O,在纱布所吸的NaCl溶液中有较大程度的溶解。

(2)正极材料可只用一根碳棒,在上面简单地包上纱布或脱脂棉,效果同样明显。这样做的缺点是电极不易固定,碳棒跟铁片在溶液中容易相碰,教师在课堂上演示显得较粗糙。

(3)经实测,在NaCI溶液浓度为1mol/I.,Fe片和纱布表面积在溶液中部分保持约8cm2,另有8cm2纱布露于空气中,铁片与纱布间距2cm,纱布润湿后在空气中放置15分钟,此时测开路电压约1v,短路电流高达20mA(用MF47型万用表测得)。课堂演示用的灵敏电流计驱动电流为微安级,作为定性实验,纱布与铁片面积、二者间距、溶液浓度大小、纱布在空气中露置时间长短均无特别要求。因为输出电流远超过灵敏电流计的满档量程,所以串联电流计观察的时间要短,以免损坏。

同类推荐
  • 科技发明的历史长河

    科技发明的历史长河

    本书为中国古代科学技术创造发明知识的普及读本,介绍了中国民间工艺、水利、器物等的创造发明。
  • 海上明珠:魅力天成的奇趣海岛

    海上明珠:魅力天成的奇趣海岛

    蔚蓝色的海洋,烟波浩渺,奔腾不息,掩藏着多少新奇和奥秘。自古以来,人们迷恋于她那碧波粼粼、鸥鸟盘旋的清丽;钟情于她那风柔水凉、海阔天高的豪爽;陶醉于她那棹声帆影、渔歌互答的神韵;感慨于她那惊涛裂岸、大浪淘沙的气势。面对着这浩瀚莫测、变幻万千的大海,作家妙笔生花,写出千古绝唱;诗人神游八极,为海洋插上幻想的翅膀。万顷波涛尽入画,千里帆影逐畅想。
  • 千姿百态的海洋生物

    千姿百态的海洋生物

    每当我们在岸边捡着浪潮送来的贝壳,望着一望无际,时而波涛汹涌,时而风平浪静的海洋的时候,总是在想蔚蓝色的海水下,到底生活着哪些生物?是否有高度文明的“海底人”?又是否真有美人鱼?提到“一闪一闪”、“灿烂的光芒”这些词时,我们会想到晴朗的夜空,眨眼的星星。其实在海底也会有这种现象,海底的鱼也会常常发出灿烂的光芒,这又是怎么一回事昵?众多的海洋之谜,等待我们来揭开。因此,我们要不断向前,勇敢攀登科学高峰。
  • 自然知识

    自然知识

    古希腊有个神话传说:很早以前,在现在的小亚细亚和黑海沿岸一带,曾经有一个强悍的妇女王国叫“亚马孙”。1541年至1542年,西班牙探险家德奥雷利亚纳到亚马孙河流域探险,经常受到土著袭击,其中一个部族的战士全为女性。后来此事传扬出去,轰动一时,就把这个部族的人称为亚马孙人,大河亦因此得名。
  • 科学家传奇

    科学家传奇

    《科学家传奇:科学家的最高荣誉》收集了世界上最负盛名的科学大奖,为读者讲述众多科学家获得巨奖背后的故事。一个个如雷贯耳的科学大奖,如同竞争激烈的竞技场,引来无数的科学巨人一展风采;一个个走上领奖台的科学巨匠,如同一颗颗璀璨的星星,闪耀在科学的天空中。在通往科学的道路上,满是荆棘与鲜花,留下的是他们的一个个动人又神奇的故事。期望读者从这些神奇的故事中,既能了解相关的学科知识,更能感受到科学家们献身科学的崇高精神,从中受到激励。得到人生的启迪。
热门推荐
  • 草木余生

    草木余生

    余生从小无父无母,被师傅养大成人,却冥冥之中被卷入一场命运的对决,没有成败善恶,人生百年,早已是冥冥之中注定好的。余生啊!你的命,就是永远不信命!
  • 最强外挂系统

    最强外挂系统

    现代青年楚枫穿越到异界,开启最强外挂,狂虐百族天骄,风骚,彪悍的人生从此开始。什么,你个皇族太子居然敢看不起我?靠!老子有跃阶杀人系统,碾压你只是秒秒钟的事情。什么,你说你炼丹牛B?靠!你连仙丹都不会炼,还敢说自己牛B?操!我代表人民鄙视你!什么,你说你是炼器大师?哦,不好意思,老子有炼器外挂,轻轻松松吊打你。
  • 我的外挂跑路了

    我的外挂跑路了

    本书曾名《益在人间》人间有仙,是一座山、是一道菜、是一句诗、是一柄剑,也是一个瘦削的背影。人间便是仙,在高原、在海岛,匿于现在,显于过去。顾益意在人间,顾益亦在人间。这是一个从外挂跑掉开始的故事,本书又名:顾益被外挂抛弃漂流记。
  • 黄粱美梦记

    黄粱美梦记

    黄粱一梦,到梦想的世界来一场一日游。。。
  • 假面骑士的继承者

    假面骑士的继承者

    以假面骑士Blade的身份为封印分散在各个骑士世界之中的Undead而进行着旅行。故事从Agito的世界开始……QQ书友群:641513095,喜欢本书或者假面骑士的朋友都加进来一起讨论交流吧
  • 我在古代底层奋斗

    我在古代底层奋斗

    一个二流本科毕业生,本来以为自己能够一帆风顺度过一生,不料造化弄人,先是妻子出轨后又有人追债,将他逼上死亡的深渊,不料灵魂寄生于宋国子羽的年轻人身上,且看他如何应对。
  • 月如霜曲断肠

    月如霜曲断肠

    弄玉箫,与谁听,相思难遣,望断红尘路。三年前的荒原雪湮没了最初的爱情和最后的背叛,萧飞为救姐姐萧落和心上人杜若葬身荒原,萧落痛失至亲,加之爱侣背叛,负气出走,避世隐居于柳湖畔的听月水榭。心未死,犹可闻。萧落终受杜若之邀重返璇玑阁,却发现杜若即将嫁作他人妇,她又该怎样面对昔日的恋人秦焜和接踵而至的阴谋……千年前覆灭的天虞教重现江湖,上古失落的传说将众人的命运缠绕成线。当灵魂错置之时,轮回静灭之后,你可还记得,这一切是一唱惊天的阴谋,还是一个无尽的期许?原来,我们都逃不过宿命的安排。
  • 银魂圣女之玩转江湖

    银魂圣女之玩转江湖

    你离开的那一天世界变得漆黑一片就像风筝断了线就算我痛到不能呼吸而你也不用再说抱歉
  • 武道至天

    武道至天

    诸天瓶,蕴乾坤;俊秀少年,逆天崛起......
  • 这个主播不一样

    这个主播不一样

    几年前的苏沐颜本来是个宅女,在闺蜜的强烈安利下,下载了刺激战场这个游戏,“颜爹”刚开始的第一局游戏,她落地成盒,队友喷她:“你是不是傻,刚开始你就死了,排到你算我们倒霉”然后苦练身法,和压枪。在刺激战场上小有名气,她当起了主播,因为直播的缘故,越来越多的人知道她,可是她直播打游戏,重来都不露脸,说话的声音也压的很低,好听的让人腿都软了的声音,让人雌雄莫辨“颜爹”这个lD在刺激战场上名声大噪这一次见面会上,大家才知道“颜爹”原来是女的最终收获了爱情