专利名称：一种检测磁场中电化学反应的方法
技术领域：
本发明涉及电化学反应技术领域，具体来说涉及ー种检测磁场中电化学反应的方法。
背景技术：
在高中阶段的化学教学中有电化学反应的知识，电化学反应知识既可以综合化学学科内知识，如联系到化学实验现象的判断和分析、定量实验的操作要求、离子方程式的书写、氧化还原反应问题分析、化学计算等。也可以涉及到学科间的知识的运用，如联系到物理学科的“有关电流強度的计算、有关电量和阿伏伽德罗常数的计算”等，还可以与生产生活(如金属的腐蚀和防护、电镀废液的危害与环保)、新科技及新技术(新型电池)等问题相联系，是不可忽视的一个知识点。 在高中阶段电化学反应的教学中有制造电池、蓄电池的原理的实例，电极是由不同种元素、不同种化合物构成，产生电流不需要磁场的參与。有磁性材料作电极的铁镍蓄电池，但铁镍蓄电池放电时没有外加磁场的參与。那么磁场中是否可以发生电化学反应，作为高中化学教学的重要内容，目前尚没有合适的实验方法使学生有直观的认识。
发明内容
针对上述情况，本发明提供ー种检测磁场中电化学反应的方法，通过该方法进行实验使学生直观地认识到磁场对电化学反应的影响，以便于学生牢固掌握磁场中电化学反应的相关知识。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下ー种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，包括以下步骤一、备好实验器材和材料(I):长方形塑料容器一个，(2):系有一根绝缘绳的磁体ー块，铁氧体磁体两块、稀土磁体两块，(3):塑料瓶ー个，内装硫酸亚铁分析纯，(4):铁片两块，(5):电流表一只，(6):烧杯一只，(7):蒸馏水ー瓶；ニ、检测硫酸亚铁的磁性(I):手拿磁体，靠近塑料瓶，由人直观感受内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶对磁体的吸引力，(2):将塑料瓶内的硫酸亚铁分析纯倒出到ー干净纸张，将倒在干净纸张上的硫酸亚铁分析纯压碎，将磁体缓缓靠近压碎了的硫酸亚铁分析纯，在磁体尚未与压碎了的硫酸亚铁接触时，压碎了的硫酸亚铁被磁体吸引自动向磁体移动，覆着在磁体上，
(3):用绝缘绳将磁体吊起，使磁体悬空垂直不动，将内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶缓缓靠近悬空的磁体，在塑料瓶尚未与悬空磁体接触时，观察到悬空的磁体向内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶移动，以上充分证明硫酸亚铁是具有磁性的物质；三、将塑料瓶中的硫酸亚铁分析纯倒入烧杯中适量，往烧杯中加入蒸溜水溶解硫酸亚铁分析纯，制得饱和的硫酸亚铁溶液，然后将饱和的硫酸亚铁溶液倒入已备的长方形塑料容器中；四、将两块鉄片分别放入装有饱和的硫酸亚铁溶液的长方形塑料容器的两端，使两块铁片均留大部分在饱和的硫酸亚铁溶液的液面之上，用电流表测量两块铁片之间的电流，电流表显示为“O”；五、在长方形塑料容器的外面，将ー块铁氧体磁体放在两块铁片中的其中ー块铁 片的附近，则此铁片处在磁場中；用电流表测量两块铁片之间的电流，则电流表显示有电流通过，由电流表的測量可知附近放铁氧体磁体的那块鉄片为正极；六、将第五步骤中的铁氧体磁体从两块铁片中的其中一块铁片的附近移开,将该鉄片退磁；然后把另ー块铁氧体磁体放到另ー块鉄片附近，则此铁片处在磁場中；用电流表测量两块铁片之间的电流，则电流表显示有电流通过，由电流表的測量可知仍然是附近放铁氧体磁体的铁片为正极；七、将第五步骤中的铁氧体磁体用稀土磁体代替，重复第五步骤，由电流表的測量可知稀土磁体磁场下的电流值比铁氧体磁体下的电流值大；ノV、将第六步骤中的铁氧体磁体用稀土磁体代替，重复第六步骤，由电流表的測量可知稀土磁体磁场下的电流值比铁氧体磁体下的电流值大。进ー步，所述长方形塑料容器长100毫米、宽40毫米、高50毫米。进ー步，所述两块铁氧体磁体均为直径30毫米、长23毫米。进ー步，所述两块稀土磁体中有两块的直径为12毫米、长5毫米。进ー步，所述两块铁片进行除锈处理和磨光处理，所述两块鉄片均长110毫米、宽20晕米。进ー步，所述两块鉄片的除锈处理采用砂纸除锈或刀片除锈或酸洗，所述两块铁片的磨光处理采用砂纸处理。进ー步，所述电流表的量程为O至200微安。进ー步，装入长方形塑料容器中的硫酸亚铁溶液的液面高度为40毫米。本发明的有益效果是，很直观地证明了磁场中的电化学反应是成立的，使学生能够牢固记忆物理学上原电池的定律(即原电池两极用不同种金属)在恒定磁场中是不适用的，磁场中的电化学反应的电池的两极可以采用同种金属，其中处于较强磁场的电极即电池的正极，处于磁场中的电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。从而当负极消耗后又补充到正极，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。又因为正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，所以磁场中电化学反应电源的正极与负极可以循环使用。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白理解，下面进ー步阐述本发明。ー种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，包括以下步骤一、备好实验器材和材料(I):长方形塑料容器一个，(2):系有一根绝缘绳的磁体ー块，铁氧体磁体两块、稀土磁体两块，(3):塑料瓶ー个，内装硫酸亚铁分析纯，(4):铁片两块，(5):电流表一只， (6):烧杯一只，(7):蒸馏水ー瓶；ニ、检测硫酸亚铁的磁性(I):手拿磁体，靠近塑料瓶，由人直观感受内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶对磁体的吸引力，(2):将塑料瓶内的硫酸亚铁分析纯倒出到ー干净纸张，将倒在干净纸张上的硫酸亚铁分析纯压碎，将磁体缓缓靠近压碎了的硫酸亚铁分析纯，在磁体尚未与压碎了的硫酸亚铁接触时，压碎了的硫酸亚铁被磁体吸引自动向磁体移动，覆着在磁体上，(3):用绝缘绳将磁体吊起，使磁体悬空垂直不动，将内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶缓缓靠近悬空的磁体，在塑料瓶尚未与悬空磁体接触时，观察到悬空的磁体向内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶移动，以上充分证明硫酸亚铁是具有磁性的物质；三、将塑料瓶中的硫酸亚铁分析纯倒入烧杯中适量，往烧杯中加入蒸溜水溶解硫酸亚铁分析纯，制得饱和的硫酸亚铁溶液，然后将饱和的硫酸亚铁溶液倒入已备的长方形塑料容器中；四、将两块鉄片分别放入装有饱和的硫酸亚铁溶液的长方形塑料容器的两端，使两块铁片均留大部分在饱和的硫酸亚铁溶液的液面之上，用电流表测量两块铁片之间的电流，电流表显示为“O”；五、在长方形塑料容器的外面，将ー块铁氧体磁体放在两块铁片中的其中ー块铁片的附近，则此铁片处在磁場中；用电流表测量两块铁片之间的电流，则电流表显示有电流通过，由电流表的測量可知附近放铁氧体磁体的那块鉄片为正极；六、将第五步骤中的铁氧体磁体从两块铁片中的其中一块铁片的附近移开,将该鉄片退磁；然后把另ー块铁氧体磁体放到另ー块鉄片附近，则此铁片处在磁場中；用电流表测量两块铁片之间的电流，则电流表显示有电流通过，由电流表的測量可知仍然是附近放铁氧体磁体的铁片为正极；七、将第五步骤中的铁氧体磁体用稀土磁体代替，重复第五步骤，由电流表的測量可知稀土磁体磁场下的电流值比铁氧体磁体下的电流值大；ノV、将第六步骤中的铁氧体磁体用稀土磁体代替，重复第六步骤，由电流表的測量可知稀土磁体磁场下的电流值比铁氧体磁体下的电流值大。上述步骤中，所述长方形塑料容器长100毫米、宽40毫米、高50毫米。所述两块铁氧体磁体均为直径30毫米、长23毫米。所述两块稀土磁体中有两块的直径为12毫米、长5毫米。所述两块铁片进行除锈处理和磨光处理，所述两块鉄片均长110毫米、宽20毫米；所述两块鉄片的除锈处理采用砂纸除锈或刀片除锈或酸洗，所述两块鉄片的磨光处理采用砂纸处理。所述电流表的量程为O至200微安。装入长方形塑料容器中的硫酸亚铁溶液的液面高度为40毫米。本发明ー种检测磁场中电化学反应的方法的原理是磁场中由盛放于长方形塑料容器的饱和硫酸亚铁溶液和两块铁 片构成的电化学反应装置是直流电源，因根据磁场排布的不同前述两块鉄片均可作为电源的正极，故本发明所使用电流表可以采用即可向左偏转又可向右偏转的双向电流表。因为电流由磁场中的电化学反应装置的正极流向磁场中的电化学反应装置的负极，故通过电流表指针的偏转方向，可以判断和验证出“磁场中的电化学反应”装置的正扱、负极。“磁场中的电化学反应”装置的电位差的形成由于两块鉄片中有一块铁片处于磁埸中，此铁片也就成为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子；而在另ー块鉄片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处于磁埸中的鉄片的带正电荷的铁离子数量，从而两块铁片之间形成电位差。当用导线接通两块具有电位差的鉄片吋，电流由铁离子多的这一端流向铁离子少的那一端，即电子由铁离子少的那一端的鉄片(也就是电源的负极)流向铁离子多的那ー端的鉄片(也就是电源的正扱)，这样就产生了电流。用化学上氧化-还原反应定律来看这个问题处于磁场的鉄片的表面由于有大量带正电荷的铁离子聚集在表面，而没有处于磁场的那一端的鉄片的表面的带正电荷的铁离子数量小于处于磁场的鉄片的表面的带正电荷的铁离子数量，当两块鉄片的电路接通后，处于磁场这一端的鉄片表面上的铁离子得到电子(即还原)变为铁原子沉淀在鉄片表面，而没有处于磁场那一端的鉄片因失去电子(即氧化)变为铁离子进入硫酸亚铁溶液中。此时外接的电流表显示有电流流动，可以证明有电子的转移，而电子流动方向是由电源的负极流向电源的正扱，负极铁片上铁原子失去电子后，就变成了铁离子，进入了硫酸亚铁溶液中。从而更验证了处于磁场的铁片就是“磁场中的电化学反应”装置的正极，没有处于磁场的铁片就是“磁场中的电化学反应”装置的负极。改变电流表指针移动方向移动铁氧体磁体，使处于磁场的铁片所处的磁场消失，将该铁片进行退磁处理；然后将另ー铁氧体磁体放于另ー块铁片附近，此时同样有电流的产生，只是电流方向发生了变化，进ー步验证处于磁场的鉄片就是“磁场中的电化学反应”装置的正极，没有处于磁场的铁片就是“磁场中的电化学反应”装置的负极。而如果用磁体直接吸引鉄片电极没有浸在液体中的部份的方式来改变磁体位置，则铁片电极不退磁处理也能够进行上述通过改变磁场来改变铁片正极、负极的验证。将铁氧体磁体换作稀土磁体后，通过电流表的显示可知稀土磁体产生的磁场下的电流数值比铁氧体磁体产生的磁场下的电流数值要大，因稀土磁体产生的磁场比铁氧体磁体产生的磁场的磁感应強度要大，可见，两块鉄片之间的电位差与磁感应強度成正比。本发明的有益效果是，很直观地证明了磁场中的电化学反应是成立的，使学生能够牢固的记忆物理学上原电池的定律(即原电池两极用不同种金属)在恒定磁场中是不适用的，磁场中的电化学反应的电池的两极可以采用同种金属，其中处于较强磁场的电极即电池的正极，处于磁场中的电化学反应是随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应。从而当负极消耗后又补充到正扱，由于两极是同种金属，所以总体来说，电极没有发生消耗。又因为正极与负极可以随磁体位置的改变而改变，所以磁场中电化学反应电源的正极与负极可以循环使用。在此，产生的电能大小所用的计算公式应是法拉弟电解定律，法拉第电解第一定律指出，在电解过程中，电极上析出产物的质量，和电解中通入电流的量成正比。法拉第电解第二定律指出各电极上析出产物的量，与各该物质的当量成正比。法拉第常数是I克当量的任何物质产生(或所需)的电量为96493库仑。而移动磁体或移动电极所消耗的功应等于移动磁体或移动电极所用的力乘以移动磁体或移动电极的距离。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。
权利要求
1.一种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，包括以下步骤 一、备好实验器材和材料 (1):长方形塑料容器一个， (2):系有一根绝缘绳的磁体一块，铁氧体磁体两块、稀土磁体两块， (3):塑料瓶一个，内装硫酸亚铁分析纯， (4):铁片两块， (5):电流表一只， (6):烧杯一只， (7):蒸馏水一瓶； 二、检测硫酸亚铁的磁性 (1):手拿磁体，靠近塑料瓶，由人直观感受内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶对磁体的吸引力， (2):将塑料瓶内的硫酸亚铁分析纯倒出到一干净纸张，将倒在干净纸张上的硫酸亚铁分析纯压碎，将磁体缓缓靠近压碎了的硫酸亚铁分析纯，在磁体尚未与压碎了的硫酸亚铁接触时，压碎了的硫酸亚铁被磁体吸引自动向磁体移动，覆着在磁体上， (3):用绝缘绳将磁体吊起，使磁体悬空垂直不动，将内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶缓缓靠近悬空的磁体，在塑料瓶尚未与悬空磁体接触时，观察到悬空的磁体向内装有硫酸亚铁分析纯的塑料瓶移动， 以上充分证明硫酸亚铁是具有磁性的物质； 三、将塑料瓶中的硫酸亚铁分析纯倒入烧杯中适量，往烧杯中加入蒸溜水溶解硫酸亚铁分析纯，制得饱和的硫酸亚铁溶液，然后将饱和的硫酸亚铁溶液倒入已备的长方形塑料容器中； 四、将两块铁片分别放入装有饱和的硫酸亚铁溶液的长方形塑料容器的两端，使两块铁片均留大部分在饱和的硫酸亚铁溶液的液面之上，用电流表测量两块铁片之间的电流，电流表显示为“O”； 五、在长方形塑料容器的外面，将一块铁氧体磁体放在两块铁片中的其中一块铁片的附近，则此铁片处在磁埸中；用电流表测量两块铁片之间的电流，则电流表显示有电流通过，由电流表的测量可知附近放铁氧体磁体的那块铁片为正极； 六、将第五步骤中的铁氧体磁体从两块铁片中的其中一块铁片的附近移开，将该铁片退磁；然后把另一块铁氧体磁体放到另一块铁片附近，则此铁片处在磁埸中；用电流表测量两块铁片之间的电流，则电流表显示有电流通过，由电流表的测量可知仍然是附近放铁氧体磁体的铁片为正极； 七、将第五步骤中的铁氧体磁体用稀土磁体代替，重复第五步骤，由电流表的测量可知稀土磁体磁场下的电流值比铁氧体磁体下的电流值大； 八、将第六步骤中的铁氧体磁体用稀土磁体代替，重复第六步骤，由电流表的测量可知稀土磁体磁场下的电流值比铁氧体磁体下的电流值大。
2.根据权利要求I所述的一种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，所述长方形塑料容器长100毫米、宽40毫米、高50毫米。
3.根据权利要求I所述的一种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，所述两块铁氧体磁体均为直径30毫米、长23毫米。
4.根据权利要求I所述的一种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，所述两块稀土磁体中有两块的直径为12毫米、长5毫米。
5.根据权利要求I所述的一种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，所述两块铁片进行除锈处理和磨光处理，所述两块铁片均长110毫米、宽20毫米。
6.根据权利要求I所述的一种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，所述两块铁片的除锈处理采用砂纸除锈或刀片除锈或酸洗，所述两块铁片的磨光处理采用砂纸处理。
7.根据权利要求I所述的一种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，所述电流表的量程为O至200微安。
8.根据权利要求I所述的一种检测磁场中电化学反应的方法，其特征在于，装入长方形塑料容器中的硫酸亚铁溶液的液面高度为40毫米。
全文摘要
本发明公开一种检测磁场中电化学反应的方法，由盛放于长方形塑料容器的饱和硫酸亚铁溶液和两块铁片构成电化学反应的直流电源，将一电流表的两端分别连接到两块铁片在饱和的硫酸亚铁溶液的液面之上的部分，观察电流表的读数；再依次将磁体放置于两块铁片其中一块的附近，使两块铁片其中一块处于磁场中，分别对电流表进行读数。本发明直观地证明磁场中的电化学反应的成立，使学生能够牢固记忆物理学上原电池的定律(即原电池两极用不同种金属)在恒定磁场中的不适用，磁场中的电化学反应的两极可以采用同种金属，其中处于较强磁场的电极即电池的正极，因而随磁体位置发生变化而产生的可逆的电化学反应，故正极与负极可以循环使用。
文档编号G01R19/00GK102855794SQ201110179709
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者史正华, 余开达, 李兴美 申请人:上海外国语大学附属大境中学