專利名稱：一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學(xué)反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及ー種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
在高中階段的化學(xué)教學(xué)中有電化學(xué)反應(yīng)的知識，電化學(xué)反應(yīng)知識既可以綜合化學(xué)學(xué)科內(nèi)知識，如聯(lián)系到化學(xué)實驗現(xiàn)象的判斷和分析、定量實驗的操作要求、離子方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)問題分析、化學(xué)計算等。也可以涉及到學(xué)科間的知識的運用，如聯(lián)系到物理學(xué)科的“有關(guān)電流強度的計算、有關(guān)電量和阿伏伽德羅常數(shù)的計算”等，還可以與生產(chǎn)生活(如金屬的腐蝕和防護、電鍍廢液的危害與環(huán)保)、新科技及新技術(shù)(新型電池)等問題相聯(lián)系，是不可忽視的一個知識點。 在高中階段電化學(xué)反應(yīng)的教學(xué)中有制造電池、蓄電池的原理的實例，電極是由不同種元素、不同種化合物構(gòu)成，產(chǎn)生電流不需要磁場的參與。有磁性材料作電極的鐵鎳蓄電池，但鐵鎳蓄電池放電時沒有外加磁場的參與。那么磁場中是否可以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，作為高中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，目前尚沒有合適的實驗方法使學(xué)生有直觀的認識。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，本發(fā)明提供ー種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，通過該方法進行實驗使學(xué)生直觀地認識到磁場對電化學(xué)反應(yīng)的影響，以便于學(xué)生牢固掌握磁場中電化學(xué)反應(yīng)的相關(guān)知識。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下ー種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，包括以下步驟一、備好實驗器材和材料(I):長方形塑料容器一個，(2):系有一根絕緣繩的磁體ー塊，鐵氧體磁體兩塊、稀土磁體兩塊，(3):塑料瓶ー個，內(nèi)裝硫酸亞鐵分析純，(4):鐵片兩塊，(5):電流表一只，(6):燒杯一只，(7):蒸餾水ー瓶；ニ、檢測硫酸亞鐵的磁性(I):手拿磁體，靠近塑料瓶，由人直觀感受內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶對磁體的吸引力，(2):將塑料瓶內(nèi)的硫酸亞鐵分析純倒出到ー干凈紙張，將倒在干凈紙張上的硫酸亞鐵分析純壓碎，將磁體緩緩靠近壓碎了的硫酸亞鐵分析純，在磁體尚未與壓碎了的硫酸亞鐵接觸時，壓碎了的硫酸亞鐵被磁體吸引自動向磁體移動，覆著在磁體上，
(3):用絕緣繩將磁體吊起，使磁體懸空垂直不動，將內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶緩緩靠近懸空的磁體，在塑料瓶尚未與懸空磁體接觸時，觀察到懸空的磁體向內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶移動，以上充分證明硫酸亞鐵是具有磁性的物質(zhì)；三、將塑料瓶中的硫酸亞鐵分析純倒入燒杯中適量，往燒杯中加入蒸溜水溶解硫酸亞鐵分析純，制得飽和的硫酸亞鐵溶液，然后將飽和的硫酸亞鐵溶液倒入已備的長方形塑料容器中；四、將兩塊鉄片分別放入裝有飽和的硫酸亞鐵溶液的長方形塑料容器的兩端，使兩塊鐵片均留大部分在飽和的硫酸亞鐵溶液的液面之上，用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，電流表顯示為“O”；五、在長方形塑料容器的外面，將ー塊鐵氧體磁體放在兩塊鐵片中的其中ー塊鐵 片的附近，則此鐵片處在磁場中；用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，則電流表顯示有電流通過，由電流表的測量可知附近放鐵氧體磁體的那塊鉄片為正極；六、將第五步驟中的鐵氧體磁體從兩塊鐵片中的其中一塊鐵片的附近移開,將該鉄片退磁；然后把另ー塊鐵氧體磁體放到另ー塊鉄片附近，則此鐵片處在磁場中；用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，則電流表顯示有電流通過，由電流表的測量可知仍然是附近放鐵氧體磁體的鐵片為正極；七、將第五步驟中的鐵氧體磁體用稀土磁體代替，重復(fù)第五步驟，由電流表的測量可知稀土磁體磁場下的電流值比鐵氧體磁體下的電流值大；ノV、將第六步驟中的鐵氧體磁體用稀土磁體代替，重復(fù)第六步驟，由電流表的測量可知稀土磁體磁場下的電流值比鐵氧體磁體下的電流值大。進ー步，所述長方形塑料容器長100毫米、寬40毫米、高50毫米。進ー步，所述兩塊鐵氧體磁體均為直徑30毫米、長23毫米。進ー步，所述兩塊稀土磁體中有兩塊的直徑為12毫米、長5毫米。進ー步，所述兩塊鐵片進行除銹處理和磨光處理，所述兩塊鉄片均長110毫米、寬20暈米。進ー步，所述兩塊鉄片的除銹處理采用砂紙除銹或刀片除銹或酸洗，所述兩塊鐵片的磨光處理采用砂紙?zhí)幚?。進ー步，所述電流表的量程為O至200微安。進ー步，裝入長方形塑料容器中的硫酸亞鐵溶液的液面高度為40毫米。本發(fā)明的有益效果是，很直觀地證明了磁場中的電化學(xué)反應(yīng)是成立的，使學(xué)生能夠牢固記憶物理學(xué)上原電池的定律(即原電池兩極用不同種金屬)在恒定磁場中是不適用的，磁場中的電化學(xué)反應(yīng)的電池的兩極可以采用同種金屬，其中處于較強磁場的電極即電池的正極，處于磁場中的電化學(xué)反應(yīng)是隨磁體位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的可逆的電化學(xué)反應(yīng)。從而當負極消耗后又補充到正極，由于兩極是同種金屬，所以總體來說，電極沒有發(fā)生消耗。又因為正極與負極可以隨磁體位置的改變而改變，所以磁場中電化學(xué)反應(yīng)電源的正極與負極可以循環(huán)使用。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白理解，下面進ー步闡述本發(fā)明。ー種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，包括以下步驟一、備好實驗器材和材料(I):長方形塑料容器一個，(2):系有一根絕緣繩的磁體ー塊，鐵氧體磁體兩塊、稀土磁體兩塊，(3):塑料瓶ー個，內(nèi)裝硫酸亞鐵分析純，(4):鐵片兩塊，(5):電流表一只， (6):燒杯一只，(7):蒸餾水ー瓶；ニ、檢測硫酸亞鐵的磁性(I):手拿磁體，靠近塑料瓶，由人直觀感受內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶對磁體的吸引力，(2):將塑料瓶內(nèi)的硫酸亞鐵分析純倒出到ー干凈紙張，將倒在干凈紙張上的硫酸亞鐵分析純壓碎，將磁體緩緩靠近壓碎了的硫酸亞鐵分析純，在磁體尚未與壓碎了的硫酸亞鐵接觸時，壓碎了的硫酸亞鐵被磁體吸引自動向磁體移動，覆著在磁體上，(3):用絕緣繩將磁體吊起，使磁體懸空垂直不動，將內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶緩緩靠近懸空的磁體，在塑料瓶尚未與懸空磁體接觸時，觀察到懸空的磁體向內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶移動，以上充分證明硫酸亞鐵是具有磁性的物質(zhì)；三、將塑料瓶中的硫酸亞鐵分析純倒入燒杯中適量，往燒杯中加入蒸溜水溶解硫酸亞鐵分析純，制得飽和的硫酸亞鐵溶液，然后將飽和的硫酸亞鐵溶液倒入已備的長方形塑料容器中；四、將兩塊鉄片分別放入裝有飽和的硫酸亞鐵溶液的長方形塑料容器的兩端，使兩塊鐵片均留大部分在飽和的硫酸亞鐵溶液的液面之上，用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，電流表顯示為“O”；五、在長方形塑料容器的外面，將ー塊鐵氧體磁體放在兩塊鐵片中的其中ー塊鐵片的附近，則此鐵片處在磁場中；用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，則電流表顯示有電流通過，由電流表的測量可知附近放鐵氧體磁體的那塊鉄片為正極；六、將第五步驟中的鐵氧體磁體從兩塊鐵片中的其中一塊鐵片的附近移開,將該鉄片退磁；然后把另ー塊鐵氧體磁體放到另ー塊鉄片附近，則此鐵片處在磁場中；用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，則電流表顯示有電流通過，由電流表的測量可知仍然是附近放鐵氧體磁體的鐵片為正極；七、將第五步驟中的鐵氧體磁體用稀土磁體代替，重復(fù)第五步驟，由電流表的測量可知稀土磁體磁場下的電流值比鐵氧體磁體下的電流值大；ノV、將第六步驟中的鐵氧體磁體用稀土磁體代替，重復(fù)第六步驟，由電流表的測量可知稀土磁體磁場下的電流值比鐵氧體磁體下的電流值大。上述步驟中，所述長方形塑料容器長100毫米、寬40毫米、高50毫米。所述兩塊鐵氧體磁體均為直徑30毫米、長23毫米。所述兩塊稀土磁體中有兩塊的直徑為12毫米、長5毫米。所述兩塊鐵片進行除銹處理和磨光處理，所述兩塊鉄片均長110毫米、寬20毫米；所述兩塊鉄片的除銹處理采用砂紙除銹或刀片除銹或酸洗，所述兩塊鉄片的磨光處理采用砂紙?zhí)幚?。所述電流表的量程為O至200微安。裝入長方形塑料容器中的硫酸亞鐵溶液的液面高度為40毫米。本發(fā)明ー種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法的原理是磁場中由盛放于長方形塑料容器的飽和硫酸亞鐵溶液和兩塊鐵 片構(gòu)成的電化學(xué)反應(yīng)裝置是直流電源，因根據(jù)磁場排布的不同前述兩塊鉄片均可作為電源的正極，故本發(fā)明所使用電流表可以采用即可向左偏轉(zhuǎn)又可向右偏轉(zhuǎn)的雙向電流表。因為電流由磁場中的電化學(xué)反應(yīng)裝置的正極流向磁場中的電化學(xué)反應(yīng)裝置的負極，故通過電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以判斷和驗證出“磁場中的電化學(xué)反應(yīng)”裝置的正扱、負極?！按艌鲋械碾娀瘜W(xué)反應(yīng)”裝置的電位差的形成由于兩塊鉄片中有一塊鐵片處于磁埸中，此鐵片也就成為磁體，因此，在此鐵片的表面吸引了大量的帶正電荷的鐵離子；而在另ー塊鉄片的表面的帶正電荷的鐵離子的數(shù)量少于處于磁埸中的鉄片的帶正電荷的鐵離子數(shù)量，從而兩塊鐵片之間形成電位差。當用導(dǎo)線接通兩塊具有電位差的鉄片吋，電流由鐵離子多的這一端流向鐵離子少的那一端，即電子由鐵離子少的那一端的鉄片(也就是電源的負極)流向鐵離子多的那ー端的鉄片(也就是電源的正扱)，這樣就產(chǎn)生了電流。用化學(xué)上氧化-還原反應(yīng)定律來看這個問題處于磁場的鉄片的表面由于有大量帶正電荷的鐵離子聚集在表面，而沒有處于磁場的那一端的鉄片的表面的帶正電荷的鐵離子數(shù)量小于處于磁場的鉄片的表面的帶正電荷的鐵離子數(shù)量，當兩塊鉄片的電路接通后，處于磁場這一端的鉄片表面上的鐵離子得到電子(即還原)變?yōu)殍F原子沉淀在鉄片表面，而沒有處于磁場那一端的鉄片因失去電子(即氧化)變?yōu)殍F離子進入硫酸亞鐵溶液中。此時外接的電流表顯示有電流流動，可以證明有電子的轉(zhuǎn)移，而電子流動方向是由電源的負極流向電源的正扱，負極鐵片上鐵原子失去電子后，就變成了鐵離子，進入了硫酸亞鐵溶液中。從而更驗證了處于磁場的鐵片就是“磁場中的電化學(xué)反應(yīng)”裝置的正極，沒有處于磁場的鐵片就是“磁場中的電化學(xué)反應(yīng)”裝置的負極。改變電流表指針移動方向移動鐵氧體磁體，使處于磁場的鐵片所處的磁場消失，將該鐵片進行退磁處理；然后將另ー鐵氧體磁體放于另ー塊鐵片附近，此時同樣有電流的產(chǎn)生，只是電流方向發(fā)生了變化，進ー步驗證處于磁場的鉄片就是“磁場中的電化學(xué)反應(yīng)”裝置的正極，沒有處于磁場的鐵片就是“磁場中的電化學(xué)反應(yīng)”裝置的負極。而如果用磁體直接吸引鉄片電極沒有浸在液體中的部份的方式來改變磁體位置，則鐵片電極不退磁處理也能夠進行上述通過改變磁場來改變鐵片正極、負極的驗證。將鐵氧體磁體換作稀土磁體后，通過電流表的顯示可知稀土磁體產(chǎn)生的磁場下的電流數(shù)值比鐵氧體磁體產(chǎn)生的磁場下的電流數(shù)值要大，因稀土磁體產(chǎn)生的磁場比鐵氧體磁體產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度要大，可見，兩塊鉄片之間的電位差與磁感應(yīng)強度成正比。本發(fā)明的有益效果是，很直觀地證明了磁場中的電化學(xué)反應(yīng)是成立的，使學(xué)生能夠牢固的記憶物理學(xué)上原電池的定律(即原電池兩極用不同種金屬)在恒定磁場中是不適用的，磁場中的電化學(xué)反應(yīng)的電池的兩極可以采用同種金屬，其中處于較強磁場的電極即電池的正極，處于磁場中的電化學(xué)反應(yīng)是隨磁體位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的可逆的電化學(xué)反應(yīng)。從而當負極消耗后又補充到正扱，由于兩極是同種金屬，所以總體來說，電極沒有發(fā)生消耗。又因為正極與負極可以隨磁體位置的改變而改變，所以磁場中電化學(xué)反應(yīng)電源的正極與負極可以循環(huán)使用。在此，產(chǎn)生的電能大小所用的計算公式應(yīng)是法拉弟電解定律，法拉第電解第一定律指出，在電解過程中，電極上析出產(chǎn)物的質(zhì)量，和電解中通入電流的量成正比。法拉第電解第二定律指出各電極上析出產(chǎn)物的量，與各該物質(zhì)的當量成正比。法拉第常數(shù)是I克當量的任何物質(zhì)產(chǎn)生(或所需)的電量為96493庫侖。而移動磁體或移動電極所消耗的功應(yīng)等于移動磁體或移動電極所用的力乘以移動磁體或移動電極的距離。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等同物界定。
權(quán)利要求
1.一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，包括以下步驟 一、備好實驗器材和材料 (1):長方形塑料容器一個， (2):系有一根絕緣繩的磁體一塊，鐵氧體磁體兩塊、稀土磁體兩塊， (3):塑料瓶一個，內(nèi)裝硫酸亞鐵分析純， (4):鐵片兩塊， (5):電流表一只， (6):燒杯一只， (7):蒸餾水一瓶； 二、檢測硫酸亞鐵的磁性 (1):手拿磁體，靠近塑料瓶，由人直觀感受內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶對磁體的吸引力， (2):將塑料瓶內(nèi)的硫酸亞鐵分析純倒出到一干凈紙張，將倒在干凈紙張上的硫酸亞鐵分析純壓碎，將磁體緩緩靠近壓碎了的硫酸亞鐵分析純，在磁體尚未與壓碎了的硫酸亞鐵接觸時，壓碎了的硫酸亞鐵被磁體吸引自動向磁體移動，覆著在磁體上， (3):用絕緣繩將磁體吊起，使磁體懸空垂直不動，將內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶緩緩靠近懸空的磁體，在塑料瓶尚未與懸空磁體接觸時，觀察到懸空的磁體向內(nèi)裝有硫酸亞鐵分析純的塑料瓶移動， 以上充分證明硫酸亞鐵是具有磁性的物質(zhì)； 三、將塑料瓶中的硫酸亞鐵分析純倒入燒杯中適量，往燒杯中加入蒸溜水溶解硫酸亞鐵分析純，制得飽和的硫酸亞鐵溶液，然后將飽和的硫酸亞鐵溶液倒入已備的長方形塑料容器中； 四、將兩塊鐵片分別放入裝有飽和的硫酸亞鐵溶液的長方形塑料容器的兩端，使兩塊鐵片均留大部分在飽和的硫酸亞鐵溶液的液面之上，用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，電流表顯示為“O”； 五、在長方形塑料容器的外面，將一塊鐵氧體磁體放在兩塊鐵片中的其中一塊鐵片的附近，則此鐵片處在磁埸中；用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，則電流表顯示有電流通過，由電流表的測量可知附近放鐵氧體磁體的那塊鐵片為正極； 六、將第五步驟中的鐵氧體磁體從兩塊鐵片中的其中一塊鐵片的附近移開，將該鐵片退磁；然后把另一塊鐵氧體磁體放到另一塊鐵片附近，則此鐵片處在磁埸中；用電流表測量兩塊鐵片之間的電流，則電流表顯示有電流通過，由電流表的測量可知仍然是附近放鐵氧體磁體的鐵片為正極； 七、將第五步驟中的鐵氧體磁體用稀土磁體代替，重復(fù)第五步驟，由電流表的測量可知稀土磁體磁場下的電流值比鐵氧體磁體下的電流值大； 八、將第六步驟中的鐵氧體磁體用稀土磁體代替，重復(fù)第六步驟，由電流表的測量可知稀土磁體磁場下的電流值比鐵氧體磁體下的電流值大。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，所述長方形塑料容器長100毫米、寬40毫米、高50毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，所述兩塊鐵氧體磁體均為直徑30毫米、長23毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，所述兩塊稀土磁體中有兩塊的直徑為12毫米、長5毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，所述兩塊鐵片進行除銹處理和磨光處理，所述兩塊鐵片均長110毫米、寬20毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，所述兩塊鐵片的除銹處理采用砂紙除銹或刀片除銹或酸洗，所述兩塊鐵片的磨光處理采用砂紙?zhí)幚怼?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，所述電流表的量程為O至200微安。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，裝入長方形塑料容器中的硫酸亞鐵溶液的液面高度為40毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開一種檢測磁場中電化學(xué)反應(yīng)的方法，由盛放于長方形塑料容器的飽和硫酸亞鐵溶液和兩塊鐵片構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)的直流電源，將一電流表的兩端分別連接到兩塊鐵片在飽和的硫酸亞鐵溶液的液面之上的部分，觀察電流表的讀數(shù)；再依次將磁體放置于兩塊鐵片其中一塊的附近，使兩塊鐵片其中一塊處于磁場中，分別對電流表進行讀數(shù)。本發(fā)明直觀地證明磁場中的電化學(xué)反應(yīng)的成立，使學(xué)生能夠牢固記憶物理學(xué)上原電池的定律(即原電池兩極用不同種金屬)在恒定磁場中的不適用，磁場中的電化學(xué)反應(yīng)的兩極可以采用同種金屬，其中處于較強磁場的電極即電池的正極，因而隨磁體位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的可逆的電化學(xué)反應(yīng)，故正極與負極可以循環(huán)使用。
文檔編號G01R19/00GK102855794SQ201110179709
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者史正華, 余開達, 李興美 申請人:上海外國語大學(xué)附屬大境中學(xué)