本實(shí)用新型屬化學(xué)教學(xué)演示裝置,尤其是光照條件下過(guò)氧化氫分解測(cè)定教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)技術(shù)。
背景技術(shù)：
過(guò)氧化氫，俗稱雙氧水。工業(yè)上，常用做氧化劑、漂白劑等，用途廣泛，一些危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)、化工企業(yè)儲(chǔ)存及使用量都比較大。過(guò)氧化氫本身不能燃燒，在一般情況下，分解生成水和氧氣，分解速度緩慢。但在堿性溶液、受熱、光照或金屬離子存在的條件下分解加劇，容器壓力劇增，危險(xiǎn)性增加，導(dǎo)致過(guò)氧化氫參與的生產(chǎn)、使用過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生爆炸等安全事故，造成非常嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)影響。所以，充分認(rèn)識(shí)過(guò)氧化氫的分解爆炸危險(xiǎn)特性，對(duì)加強(qiáng)其安全管理和安全生產(chǎn)都具有十分重要的意義。
目前，對(duì)過(guò)氧化氫分解危險(xiǎn)特性影響因素的實(shí)驗(yàn)裝置研究主要集中在使用金屬離子、酶做催化劑或者直接加熱的實(shí)驗(yàn)裝置上，而對(duì)通過(guò)各種不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行照射加快其分解速率的教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置研究上還是空白。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有教學(xué)生動(dòng)、感性認(rèn)識(shí)強(qiáng)、易于學(xué)生盡快掌握教學(xué)知識(shí)的光照條件下過(guò)氧化氫分解百分比測(cè)定教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
光照條件下過(guò)氧化氫分解百分比測(cè)定教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置，本實(shí)用新型特征在于，包括：一個(gè)金屬筒，設(shè)在金屬筒內(nèi)底部的帶電源線的光源燈，放在金屬筒內(nèi)底部的三角架，放置在三角架上的錐形瓶，設(shè)在位于錐形瓶上方的玻璃導(dǎo)管，該玻璃導(dǎo)管與球形干燥管連接，球形干燥管又與注射器連接，注射器采用鐵架臺(tái)支撐。
在工業(yè)使用上，過(guò)氧化氫溶液濃度有27.5％、30％、35％、50％、70％等。本教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置以比較常用的35％過(guò)氧化氫溶液為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)操作者接通光源燈，持續(xù)對(duì)定量的過(guò)氧化氫溶液進(jìn)行照射一定時(shí)間，錐形瓶?jī)?nèi)的過(guò)氧化氫溶液發(fā)生分解，生成水和氧氣，導(dǎo)致錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增加，生成的氧氣經(jīng)過(guò)無(wú)水氯化鈣干燥后，推動(dòng)注射器活塞往右移動(dòng)，最終達(dá)到瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)與環(huán)境壓強(qiáng)相等而停止移動(dòng)。注射器活塞所在位置對(duì)應(yīng)的刻度即為過(guò)氧化氫分解生成的氧氣體積，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)所取過(guò)氧化氫的體積、密度和環(huán)境溫度、壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)，通過(guò)理想氣體狀態(tài)方程和化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算過(guò)氧化氫分解的物質(zhì)的量，最終計(jì)算出過(guò)氧化氫在該波長(zhǎng)的光照射一定時(shí)間后分解百分比。
涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式為：
過(guò)氧化氫分解百分比(mol/mol)：
(其中：P為環(huán)境壓強(qiáng)，單位為Pa；V氣為測(cè)得的氧氣體積，單位為m3；R為常數(shù)8.314；T為環(huán)境開(kāi)爾文溫度，單位為K；ρ為35％過(guò)氧化氫溶液密度，單位為g/cm3；V液為實(shí)驗(yàn)所取過(guò)氧化氫溶液體積，單位為ml。)
所用實(shí)驗(yàn)用品為：
1.實(shí)驗(yàn)藥品：35％過(guò)氧化氫溶液、無(wú)水CaCl2
2.實(shí)驗(yàn)儀器：金屬筒、光源燈(含電源線)、錐形瓶、玻璃導(dǎo)管、球形干燥管、注射器、鐵架臺(tái)
本實(shí)用新型通過(guò)不同波長(zhǎng)的光照射使過(guò)氧化氫發(fā)生分解，生成的水被無(wú)水氯化鈣吸收，生成的氧氣使錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增加推動(dòng)注射器活塞向右移動(dòng)，直至內(nèi)外壓強(qiáng)相等停止移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)裝置組裝容易，實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作簡(jiǎn)單，生成氧氣的體積容易讀出。
操作步驟：
1.組裝好相關(guān)儀器，實(shí)驗(yàn)操作者取一定體積的35％過(guò)氧化氫溶液放入錐形瓶中，塞緊橡皮塞，蓋好筒蓋。
2.實(shí)驗(yàn)操作者接通電源，使光源燈直接照射在盛放過(guò)氧化氫溶液的錐形瓶上。開(kāi)始計(jì)時(shí)，一定時(shí)間后(例如一小時(shí))，關(guān)閉電源，記下注射器活塞最終停留位置的刻度讀數(shù)。
3.根據(jù)刻度讀數(shù)再結(jié)合實(shí)驗(yàn)所取過(guò)氧化氫的體積、密度和環(huán)境溫度、壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)，利用理想氣體狀態(tài)方程和化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算過(guò)氧化氫在該時(shí)間段該波長(zhǎng)的光照射下分解百分比。
4.更換不同波長(zhǎng)(例如254nm紫外燈、365nm紫外燈)的光源燈重復(fù)此實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行比較。
本實(shí)用新型的有益效果是：實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作過(guò)程清晰方便，實(shí)驗(yàn)成功率高，實(shí)驗(yàn)有趣味，具有教學(xué)生動(dòng)、感性認(rèn)識(shí)強(qiáng)、易于學(xué)生盡快掌握教學(xué)知識(shí)的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型集光照射條件下過(guò)氧化氫的分解和氣體測(cè)量裝置為一體，設(shè)置了避光裝置避免了其他光線的干擾，增加了干燥裝置避免了水蒸氣引起的測(cè)量誤差，確保了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)準(zhǔn)確。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中1-金屬筒，2-帶電源線的光源燈，3-三角架，4-錐形瓶，5-玻璃導(dǎo)管，6-球形干燥管，7-注射器，8-鐵架臺(tái)。
具體實(shí)施方式
見(jiàn)圖1，光照條件下過(guò)氧化氫分解百分比測(cè)定教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)裝置，本實(shí)用新型特征在于，包括：一個(gè)金屬筒1，設(shè)在金屬筒1內(nèi)底部的帶電源線的光源燈2，放在金屬筒1內(nèi)底部的三角架3，放置在三角架3上的錐形瓶4，設(shè)在位于錐形瓶4上方的玻璃導(dǎo)管5，該玻璃導(dǎo)管5與球形干燥管6連接，球形干燥管6又與注射器7連接，注射器7采用鐵架臺(tái)8支撐。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要注意的幾個(gè)事項(xiàng)：
1.過(guò)氧化氫溶液的量不宜過(guò)多，以免生成的氧氣體積超過(guò)注射器容積造成測(cè)量不準(zhǔn)。
2.確保實(shí)驗(yàn)裝置中分解、干燥和量氣這部分裝置的氣密性，以免漏氣造成測(cè)量誤差。
3.確保注射器活塞部分移動(dòng)性較好，以便裝置內(nèi)外壓強(qiáng)最終相等，保證測(cè)量的準(zhǔn)確。
4.注射器刻度讀數(shù)應(yīng)為活塞不再移動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)值，確保測(cè)量的準(zhǔn)確。