一种用于演示酸碱中和逆反应的教具

技术领域

本发明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

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。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于演示酸碱中和逆反应的教具。

本发明采取的技术方案具体如下。

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。

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。

优选地，检测组件包括温度检测仪、导电率检测仪、pH检测仪。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本发明的有益效果是：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

图1为演示酸碱中和逆反应的教具的轴测图；

图2为演示酸碱中和逆反应的教具的俯视图；

图3图1中夹装件的轴测图；

图4为图1中单个反应装置的轴测图示意图；

图5为图1反应装置的主视图；

图6为图1反应装置的主视图；

图7为图1反应装置的示意图；

图8为图2中各中间板连接关系的俯视图；

图9为孔口调节机构示意图；

图10为各中间板的进出口示意图；

图11为图2中各中间板另一种连接关系的俯视图。

图中附图标记为：100-盛装容器（烧杯）、120-A1烧杯、130-A2烧杯、140-A3烧杯、150-A4烧杯、160-A5烧杯、200-机架、210-盖板、220-支撑支架、221-横杆、300-反应装置、301-镂空区域、302-A1通道、303-A2通道、310-B1端板、315-阴极、320-A1中间板、325-A1双极膜、330-A2中间板、335-阳极膜、340-A3中间板、345-阴极膜、350-A4中间板、355-A2双极膜、360-A5中间板、365-阳极、370-B2端板、380-螺栓组件、390-环形密封垫圈、400-进液输送组件、410-进液泵、420-锥管、500-出液输送组件、600-夹装件、610-A1夹体、611-A1连接件、611a-A1连接节、612-A1铰接轴、620-A2夹体、621-A2连接件、621a-A2连接节、622-A2铰接轴、630-B转轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

如图1-2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。

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。

如图1-3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。

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。

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。

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。

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。

如图4-7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。

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。

如图5-7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。

如图5-7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。

如图4-6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。

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。

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。

下面详细阐述利用此装置的方法。

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。

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。

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-阳极板365-A5中间板360-A2双极膜355-A4中间板350-阴极膜345-A3中间板340-阳极膜335-A2中间板330-A1双极膜325-A1中间板325-阴极板315-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。

在盐室（A3中间板340）中注入料液（Na

其化学式如下：HCl+NaOH =H

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-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。

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明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。