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图1
图2
装置结构
完成后的装置见图3。其中,1为废旧打火机,充当电解槽。2为注射器针管,用于收集气体。3为注射器针头,充当电极。每支针头在固定前先用锉刀在中下部锉3个小孔,固定时让最上面的小孔与打火机内部最高处水平,利于导出气体。
使用方法
按图3组装连接装置。
注水。用注射器将整个装置注满电解液(约6 mL水和10%的稀硫酸0.1 mL)。
电解。接通电源(DC 12V~20V)进行电解。
检验气体。取下注射器,用带火星的木条检验与电源正极相连的注射器内的气体;而与电源负极相连的注射器,则先在前端连接针头,再用点燃的方法检验收集到的气体。
表1
改进装置特点
设计科学
改进装置利用打火机内部结构既分为两极又连通的特点,将打火机当作电解槽,利用注射器收集气体,能精确读出气体体积。其设计符合科学原理,能体现科学知识和科学探究相统一的原则,有利于学生通过学习树立科学意识,掌握科学方法和实验操作技能。
选材经济、环保
制作该实验装置的材料如废旧打火机、注射器等容易获取,造价低廉。用注射器针头作电极,实验效果与铂电极相当,价格却相差较大(10 mL或20 mL注射器及针头每具0.8元,213铂电极每套180.00元),因此,使用注射器针头作电极能有效地节约铂资源。另外,用废旧打火机作电解槽还有利于废旧塑料品的回收利用,起到控制“白色污染”,节约石油资源的作用,有利于学生的环境保护教育。
容积小,节约药品
从表1比较中可以发现,改进后用打火机作电解槽,总容积较小,能大大节约水和电解质的使用,减少水污染。其设计符合化学实验微型化和绿色化的原则。
操作安全,可控性强
改进后的实验材料无玻璃仪器,不易破碎。实验时手无需与电解液接触,可避免手受到损伤。此外,电解结束时可将收集气体的注射器与打火机分离,检验气体时便于控制气体逸出速度。改进后的实验装置由于设计简洁、美观;体积小,便于携带;取材容易,制作简单,可指导学生进行自制,便于推广应用于学生的活动与探究实验中。
图3
该项目获得第26届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科技发明类二等奖。
专家评语
该项目巧妙利用废弃打火机和注射器组成了电解槽、电极和收集气体的装置,结构简单小巧,实验效果明显,节省电解液且耗电少,具有一定的新颖性和一定的创造性,也具有较好的实用性。