一种用于演示酸碱中和逆反应的教具的制作方法

1.本实用新型涉及化学教具设备领域，具体涉及一种用于演示酸碱中和逆反应的教具。


背景技术：

2.中学化学里面涉及到酸碱中和反应和其逆反应的教学，目前所使用的教学手段还较为常规，学生无法亲身感受酸碱中和正反应和逆反应的反应过程，特别是酸碱中和逆反应，无法亲身感受物质之间相互转换的乐趣，因此有必要提供一种能够用于演示酸碱中和逆反应的教具，从而有助于学生体验科学探究的过程，有助于学生对化学模型的认知，有助于学生化学学科核心素养的培养。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型提供一种用于演示酸碱中和逆反应的教具。
4.本实用新型采取的技术方案具体如下。
5.一种用于演示酸碱中和逆反应的教具，机架上设置有演示区，演示区设置用于储放参与反应的溶液的盛装容器，以及为酸碱中和逆反应提供反应场所和条件的反应装置，反应装置的各进液口通过进液输送组件与盛装容器相连接，反应装置的各出液口通过出液输送组件与盛装容器相连接。
6.优选地，还包括检测组件，检测组件用于检测盛装容器内溶液的化学参数和/或物理参数。
7.优选地，检测组件包括温度检测仪、导电率检测仪、ph检测仪。
8.优选地，机架呈框架状，框架的上方设置有盖板，盖板上开设有用于放置盛装容器的放置孔。
9.优选地，盖板为透明材料构成，盖板可拆卸式安装在框架上，盛装容器为各烧杯。
10.优选地，机架的后侧设置有支撑支架，所述的检测组件设置在支撑支架上。
11.优选地，支撑支架上设置有横状布置的横杆，横杆上设置有用于装配检测组件的各个夹装件，夹装件包括位于两端的a1、a2夹体，a1夹体用于与横杆进行可拆卸式夹装装配，a2夹体用于可拆卸式夹装检测组件，a1夹体安装在a1连接件的一端，a2夹体安装在a2连接件的一端，a1连接件由各个a1连接节组成，相邻a1连接节之间通过a1铰接轴铰接连接，a2连接件由各个a2连接节组成，相邻a2连接节之间通过a2铰接轴铰接连接，a1连接件的另一端和a2连接件的另一端通过b转轴转动连接，b转轴分别垂直于a1、a2铰接轴布置。
12.优选地，进液输送组件包括位于盛装容器内的进液泵，进液泵的出口处设置有锥状的透明材料构成的立状布置的锥管，锥管的直径较大端与进液泵的出口相连接，锥管的直径较小端通过进液软管与反应装置的进液口相连接，出液输送组件包括反应装置出液口处设置的出液软管，出液软管的出液端延伸至盛装容器内。
13.优选地，反应装置包括位于两端的b1、b2端板，b1、b2端板之间依序设置a1、a2、a3、
a4、a5中间板，b1、b2端板和a1、a2、a3、a4、a5中间板通过螺栓组件固接为一体，a1、a2、a3、a4、a5中间板的结构相同，a1、a2、a3、a4、a5中间板上开设有贯穿板体的镂空区域，所述的镂空区域构成溶液反应区，a1、a2、a3、a4、a5中间板的外周边部均分别设置有进液口和出液口，a1、a2、a3、a4、a5中间板上还均分别设置a1通道和a2通道，a1通道用于连通进液口和溶液反应区，a2通道用于连通出液口和溶液反应区，a1、a2、a3、a4、a5中间板镂空区域的周边设置有环形密封垫圈，a3中间板和a2中间板上的溶液反应区通过阳极膜（阳离子交换膜）分隔，a3中间板和a4中间板上的溶液反应区通过阴极膜（阴离子交换膜）分隔，a1中间板和a2中间板上的溶液反应区通过a1双极膜分隔，a4中间板和a5中间板上的溶液反应区通过a2双极膜分隔，b1端板上设置有与a1中间板上的溶液反应区相布置的阴极，b2端板上设置有与a5中间板上的溶液反应区相布置的阳极，a1双极膜和a2双极膜均由阳极膜层和阴极膜层复合组成，且a1、a2双极膜上的阳极膜层均靠近阴极一侧布置。
14.优选地，烧杯呈一排布置，放置孔的孔口设置成大小可调节式。
15.本实用新型的有益效果是：此装置可以实现酸碱中和正反应和逆反应，在示教中能够很好的演示酸碱中和正反应和逆反应，揭示其反应原理。其结构简单合理，便于示教时以及学生们实际试验时的操作。设置的夹装件可以夹持各种检测组件，例如温度检测仪、导电率检测仪、ph检测仪等，方便试验数据的及时获取，也避免了因手持这些仪器带来的测试过程中的人为的不可靠因素，例如摔坏检测装置、触电、被化学试剂所伤害等一些潜在的安全隐患。
附图说明
16.图1为演示酸碱中和逆反应的教具的轴测图；
17.图2为演示酸碱中和逆反应的教具的俯视图；
18.图3图1中夹装件的轴测图；
19.图4为图1中单个反应装置的轴测图示意图；
20.图5为图1反应装置的主视图；
21.图6为图1反应装置的主视图；
22.图7为图1反应装置的示意图；
23.图8为图2中各中间板连接关系的俯视图；
24.图9为孔口调节机构示意图；
25.图10为各中间板的进出口示意图；
26.图11为图2中各中间板另一种连接关系的俯视图。
27.图中附图标记为：100
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盛装容器（烧杯）、120
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a1烧杯、130
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a2烧杯、140
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a3烧杯、150
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a4烧杯、160
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a5烧杯、200
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机架、210
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盖板、220
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支撑支架、221
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横杆、300
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反应装置、301
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镂空区域、302
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a1通道、303
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a2通道、310
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b1端板、315
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阴极、320
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a1中间板、325
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a1双极膜、330
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a2中间板、335
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阳极膜、340
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a3中间板、345
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阴极膜、350
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a4中间板、355
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a2双极膜、360
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a5中间板、365
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阳极、370
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b2端板、380
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螺栓组件、390
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环形密封垫圈、400
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进液输送组件、410
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进液泵、420
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锥管、500
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出液输送组件、600
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夹装件、610
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a1夹体、611
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a1连接件、611a
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a1连接节、612
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a1铰接轴、620
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a2夹体、621
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a2连接件、621a
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a2连接节、622
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a2铰接轴、630
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b转轴。
具体实施方式
28.为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本实用新型的一种或几种具体的实施方式，并不对本实用新型具体请求的保护范围进行严格限定。
29.如图1
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2所示，一种用于演示酸碱中和逆反应的教具，包括机架200，机架200上设置有演示区，演示区设置用于储放参与反应的溶液的盛装容器100，以及为酸碱中和逆反应提供反应场所和条件的反应装置300，反应装置300的各进液口通过进液输送组件400与盛装容器100相连接，反应装置300的各出液口通过出液输送组件500与盛装容器100相连接。演示区可以具体分为观察区和试验区，观察区设置盛装容器，试验区设置反应装置，观察区和试验区相分离，使得示教时和试验观察时更加的安全。
30.还包括检测组件，检测组件用于检测盛装容器100内溶液的化学参数和/或物理参数。检测组件包括温度检测仪、导电率检测仪、ph检测仪。机架200呈框架状，框架的上方设置有盖板210，盖板210上开设有用于放置盛装容器100的放置孔。盖板210为透明材料构成，盖板210可拆卸式安装在框架上，盛装容器100为各烧杯。机架200的后侧设置有支撑支架220，所述的检测组件设置在支撑支架220上。
31.如图1
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3所示，支撑支架220上设置有横状布置的横杆221，横杆221上设置有用于装配检测组件的各个夹装件600，夹装件600包括位于两端的a1夹体610、a2夹体620，a1夹体610用于与横杆221进行可拆卸式夹装装配，a2夹体620用于可拆卸式夹装检测组件，a1夹体610安装在a1连接件611的一端，a2夹体620安装在a2连接件621的一端，a1连接件611由各个a1连接节621a组成，相邻a1连接节621a之间通过a1铰接轴铰接连接，a2连接件621由各个a2连接节621a组成，相邻a2连接节621a之间通过a2铰接轴622铰接连接，a1连接件611的另一端和a2连接件621的另一端通过b转轴630转动连接，b转轴630分别垂直于a1、a2铰接轴布置。
32.如图3所示，可以设置两种形式的夹装件600。一种是a2夹体620的夹持口竖直放置，一种是a2夹体620的夹持口水平放置，不同状态的夹持口可以对应夹持不同状态的检测组件，例如有些检测组件需要水平夹持，而有一些检测组件需要竖直夹持。当然a2夹体620的夹持口水平放置的夹装件600其b转轴630分别平行于a1、a2铰接轴。两种形式的夹装件600其a2夹体620均可以上、下移动其多关节的形式使得使用灵活，可以满足各种检测组件的检测移动需求。
33.如图4所示，进液输送组件400包括位于盛装容器100内的进液泵410，进液泵410的出口处设置有锥状的透明材料构成的立状布置的锥管420，锥管420的直径较大端与进液泵410的出口相连接，锥管420的直径较小端通过进液软管与反应装置300的进液口相连接，出液输送组件500包括反应装置300出液口处设置的出液软管，出液软管的出液端延伸至盛装容器100内。
34.如图4所示，化学液体可以不断的循环流入以及流出反应装置300内，此结构为特殊的化学反应提供条件。例如在双极膜电渗析同时产酸产碱的实验中，不断的将盐溶液中的正、负离子析出，起到淡化盐溶液的目的。
35.烧杯呈一排布置，放置孔的孔口设置成大小可调节式，具体可设置4个或5个，与a1、a5中间板相连接的烧杯可以为一个烧杯。如图9所示，可以采用这种光圈类机构调节孔
口的大小。调节调节件211相对固定件212转动，使得转动件213在调节件211和固定件212上设置的滑槽内移动，使得转动件213组成六边形轮廓，用于夹持烧杯口，在进液泵410进行工作时，起到稳定烧杯的作用，防止烧杯因为抖动而倾倒。
36.如图4
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7所示，反应装置300包括位于两端的b1端板310、b2端板370，b1、b2端板之间依序设置a1中间板320、a2中间板330、a3中间板340、a4中间板350、a5中间板360，b1、b2端板和a1、a2、a3、a4、a5中间板360通过螺栓组件380固接为一体，a1、a2、a3、a4、a5中间板的结构相同，a1、a2、a3、a4、a5中间板上开设有贯穿板体的镂空区域301，所述的镂空区域301构成溶液反应区。a1、a2、a3、a4、a5中间板的外周边部均分别设置有进液口和出液口，a1、a2、a3、a4、a5中间板上还均分别设置a1通道302和a2通道303，a1通道302用于连通进液口和溶液反应区，a2通道303用于连通出液口和溶液反应区，a1、a2、a3、a4、a5中间板镂空区域301的周边设置有环形密封垫圈390。
37.如图4所示为单个中间板示意图，当镂空区域301的两侧通道被封堵时，例如采用阳离子交换膜和阴离子交换膜分别封堵通道的两侧，其镂空区域301构成溶液反应区，溶液反应区的所有的阳离子均可以通过阳离子交换膜，所有的阴离子均可以通过阴离子交换膜，例如在双极膜电渗析同时产酸产碱的实验中，不断的将盐溶液中的正、负离子通过阳离子交换膜和阴离子交换膜的作用析出，起到淡化盐溶液的目的。
38.如图5
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7所示，当a1中间板320、a2中间板330、a3中间板340、a4中间板350、a5中间板360通过螺栓组件380固接为一体时，其环形密封垫圈390起到了密封的作用，如图4所示，优选地，垫圈厚度超过垫圈槽，以确保装置的严密性。
39.如图5
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7所示，a3中间板340和a2中间板330上的溶液反应区通过阳极膜335（阳离子交换膜）分隔，a3中间板340和a4中间板350上的溶液反应区通过阴极膜345（阴离子交换膜）分隔，a1中间板320和a2中间板330上的溶液反应区通过a1双极膜325分隔，a4中间板350和a5中间板360上的溶液反应区通过a2双极膜355分隔，b1端板310上设置有与a1中间板320上的溶液反应区相布置的阴极315，b2端板370上设置有与a5中间板360上的溶液反应区相布置的阳极365，a1双极膜325和a2双极膜355均由阳极膜335层和阴极膜345层复合组成，且a1、a2双极膜上的阳极膜345层均靠近阴极315一侧布置。
40.如图4
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6所示，各a1、a2、a3、a4、a5中间板通过各相对布置的环形密封垫圈390然后经螺栓组件380将相对布置的各环形密封垫圈390紧密的装配一起，其整体形成了如图7所示的一个密封的镂空区域，其中各中间板之间又被各种极膜隔断，优选地，阴极315由阴极板315组成，阳极365由阳极板365组成，阳极板365和阴极板315将镂空区域密封形成一个较大的溶液反应区。
41.如图8所示，a1中间板320上的a1通道302和a2通道303与a1烧杯相连，同样a2中间板330上的a1通道302和a2通道303与a2烧杯相连，同样a3中间板340上的a1通道302和a2通道303与a3烧杯相连，同样a4中间板350上的a1通道302和a2通道303与a4烧杯相连，同样a5中间板360上的a1通道302和a2通道303与a5烧杯相连。
42.当然也可以采用如图10和11所示的连接方式。a1中间板320上的进液口与a1烧杯120相连，a1中间板320上的出液口与a5中间板360上的进液口相连，a5中间板360上的出液口与a1烧杯120相连。仅使用a1烧杯120同时为a1中间板320、a5中间板360提供液体。
43.下面详细阐述利用此装置的方法。
44.电解水产生氢离子和氢氧根离子的同时会释放出氢气和氧气，而双极膜在反向偏压下将水解离成氢离子和氢氧根离子，却不产生任何气体；正是基于双极膜这样特殊的性质，双极膜电渗析可以同时生产酸和碱，在食品工业、化工和环保等领域有着巨大的应用潜力，因此被誉为一种可持续发展技术，对于我国工业的节能降耗将会发挥巨大的作用。
45.基于双极膜的特殊功能，本演示酸碱中和逆反应的教具用于演示双极膜的功能，利用双极膜电渗析同时生产酸和碱。
46.在进行教学演示时，首先先组装反应装置300，按照如图7所示的b2端板370
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阳极板365
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a5中间板360
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a2双极膜355
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a4中间板350
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阴极膜345
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a3中间板340
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阳极膜335
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a2中间板330
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a1双极膜325
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a1中间板325
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阴极板315
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b1端板310的方式通过螺栓组件380顺序组装，组装时要均匀用力。组装完成后按照如图8所示，将a1中间板320的出口与a1烧杯120相连，入口与烧杯中的进液泵410相连，将a2中间板330的出口与a2烧杯130相连，入口与烧杯中的进液泵410相连，将a3中间板340的出口与a3烧杯140相连，入口与烧杯中的进液泵410相连，将a4中间板350的出口与a4烧杯150相连，入口与烧杯中的进液泵410相连，将a5中间板360的出口与a5烧杯160相连，入口与烧杯中的进液泵410相连。
47.在盐室（a3中间板340）中注入料液（na2so
4 溶液，0.5 mol/l，500 ml）和naoh 标准溶液和hcl 标准溶液。在极室（a1中间板320、a5中间板360）中注入极水（na2so
4 溶液，0.35 mol/l，各500 ml），在酸室（a4中间板350）和碱室（a2中间板330）注入支撑电解质溶液（na2so
4 溶液，0.35 mol/l，各500 ml），保证料液淹没进液泵410。先启动进液泵410，确保各中间板充满液体，并将中间板中的气泡排尽。再将直流电源的正极和负极分别与阳极板365和阴极板315相连，通电后该演示酸碱中和逆反应的教具即开始工作，采用恒电流（例如 0.35 a）进行电解。通电后a3中间板340中的阳离子会往阴极板315一侧聚拢，阴离子则会向阳极板365一侧聚拢，使得a3中间板340中的料液逐渐稀释。阴离子例如氯离子聚拢到a4中间板350中，阳离子例如钠离子聚拢到a2中间板330。最终，a3烧杯140中的料液在不断循环的流入a3中间板340中其料液中正、负离子不断的流失，得到稀释。a4烧杯150中的料液在不断循环的流入a4中间板350中，其聚拢到a4中间板350中的氯离子与a5中间板360中电解出来的氢离子反应，使得a4烧杯150中的料液酸的浓度越来越高。同样a2中间板330中聚拢的钠离子与a1中间板320中电解出来的氢氧根离子反应，使得a2中间板330中的料液碱的浓度越来越高。
48.其化学式如下：hcl+naoh =h2o+nacl。
49.为了观察这些化学反应，将电源设置在观察区，根据电压的变化可以方便绘制电压
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时间变化图。可以在夹装件600上夹持取样装置，取样装置用于从酸室和碱室同时取样，然后采用酸碱滴定法测定酸室和碱室的浓度。当然也可以在夹装件600上直接夹持ph检测仪，测定酸室和碱室的浓度。此外，夹装件600上还可以夹持温度传感器，以测量化学反应时发生的温度变化。夹装件600上还可以夹持导电率检测仪，以检测各料液的导电率。
50.此装置可以实现酸碱中和正反应和逆反应，在示教中能够很好的演示酸碱中和正反应和逆反应，揭示其反应原理。其结构简单合理，便于示教时以及学生们实际试验时的操作。观察区和试验区相分离，使得示教时和试验观察时更加的安全。设置的夹装件可以夹持各种检测组件，例如温度检测仪、导电率检测仪、ph检测仪等，方便试验数据的及时获取，也避免了因手持这些仪器带来的测试过程中的人为的不可靠因素，例如摔坏检测装置、触电、
被化学试剂所伤害等一些潜在的安全隐患。
51.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实用新型中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。