3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.4. Thiết kế bộthí nghiệm
2.4.1. Ý tưởng
Đối với các chất hóa học được sử dụng làm dung dịch điện phân: kiềm (bazơ) và muối hòa tan vẫn là một trong những gợi ý quan trọng trong thiết kế chế tạo bộ thí nghiệm điện phân bởi vì:
Bazơ và muối là các hợp chất hóa học an toàn đối với sức khỏe người sử dụng.
Giá thành rẻ, dễ bảo quản và sử dụng là một ưu điểm của các chất bazơ và muối hòa tan.
Bình điện phân đối với bộ thí nghiệm sử dụng dung dịch bazơ và muối được thiết kếbằng nhựa tổng hợp nên có ưu điểm là bền, giá thành rẻ hơn so với bình điện phân bằng thủy tinh khi sử dụng dung dịch điện phân dung dịch axit.
Từ những ưu điểm trên ý tưởng cho dung dịch điện phân sử dụng trong thiết kế chế tạo bộ thí nghiệm là bazơ và muối hòa tan. Việc sử dụng nồng độ các dung dịch điện phân khác nhau, phụ thuộc vào mục đích của mỗi bài thực hành. Bộ thí nghiệm được thiết kế có thể sử dụng trong điện phân muối ăn NaCl một thí nghiệm điện phân khá đặc biệt vì có hoặc không sử dụng màng ngăn xốp tùy thuộc vào mục đích bài thí nghiệm.
Ý tưởng thiết kế bình điện phân có hình dạng tổng quát là bình hình hộp chữ nhật, bằng nhựa tổng hợp trong suốt có nắp đậy. Được thiết kế hai vách cài song song khoảng cách thích hợp để cài hai điện cực đồng cố định. Tránh xê dịch, chạm vào nhau (gây đoản mạch) trong quá trình tiến hành thí nghiệm. Vách ngăn chính giữa bình điện phân được thiết kế để cài màng ngăn xốp có thể được sử dụng trong thí nghiệm đặc biệt là điện phân dung dịch muối ăn NaCl. Phía ngoài bình điện phân được thiết kế các khuy cài dây điện đảm bảo
đường dây được hoạt động ổn định, gọn gàng tránh tiếp xúc trực tiếp với dung dịch.
Điện cực đối với bộ thí nghiệm sử dụng là điện cực đồng, có kích thước, diện tích mặt khác nhau phụ thuộc vào mục tiêu của từng bài thí nghiệm. Ví dụ trong các bài thí nghiệm định tính trong chương trình trung học phổ thông, khi khảo sát hiện tượng điện phân sử dụng điện cực đồng có tiết diện nhỏ hơn, lượng đồng bám vào catot xảy ra nhanh hơn tuy nhiên chủ yếu dưới dạng gai (dạng bụi kim loại do liên kết yếu của các phân tử không phân cực ) dễ bị rửa trôi. Ngược lại trong các bài thí nghiệm định lượng khảo sát hiện tượng điện phân sử dụng các điện cực đồng có diện tích mặt lớn hơn, với cường độ dòng điện và nồng độ dung dịch thích hợp sẽ cho lớp mạ đồng dày hơn, bền đẹp và hạn chế gai (bụi kim loại) đạt được kết quả chính xác hơn.
Bộ thí nghiệm điện phân dung dịch còn sử dụng kết hợp với một bộ nguồn một chiều DC, một cân phân tích là các thiết bị thí nghiệm cần thiết hỗ trợ trong quá trình thực hành.
Ngoài ra còn cần thêm các thiết bị khác như: Giấy đánh giáp, cân chính xác, dây điện kẹp hàm cá sấu, cốc đong thể tích, que khuấy.
2.4.2. Mô hình bộ thí nghiệm
Hình 5. Mô hình bộ thí nghiệm điện phân
Biến Thế 220V – 12 V
CuS NaCl
2.4.3. Tiêu chí thiết kế bộ thí nghiệm.
- Rút ngắn tối đa thời gian tiến hành một bài thí nghiệm điện phân với dung dịch CuS và đảm bảo tính chính xác của bài thí nghiệm điện phân.
- Nâng cao tính chính xác của bài thí nghiệm điện phân dung dịch, giảm sai số, kết quả thí nghiệm chính xác hơn so với các bộ thí nghiệm đã
Hình 6. Đồng hồ đo thời gian
có.
- Thiết kế bộ thí nghiệm dễ dàng vệ sinh lau rửa, vận chuyển, độ bền cao.
- Quá trình vận hành dễ dàng, đơn giản với người sử dụng.
- Chế tạo bộ thí nghiệm bằng vật liệu, thiết bị có sẵn trong phòng thí nghiệm hoặc mua ngoài thị trường với giá thành rẻ, dễ tìm.
- Đảm bảo tính thẩm mĩ của bộ thí nghiệm.