| 标题 | 铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀实验的再优化 |
| 范文 | 姚蕾 廖钫 [摘 要] 针对吸氧腐蚀中反应速率太慢的问题和析氢腐蚀中水柱不降反升的异常现象，对钢铁的两个电化学腐蚀实验进行优化改进，旨在设计出步骤方便、操作简单的课堂演示实验。 [关 键 词] 吸氧腐蚀； 析氢腐蚀；钢丝绒 [中图分类号] G633.8 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）22-0082-01 铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀是高中化学实验中的典型案例。人教版教材中并没有设置析氢腐蚀的实验装置，但设计了用饱和食盐水浸泡后的铁钉来演示的吸氧腐蚀实验，但在实际教学过程中我们发现，铁钉反应速率太慢，观察到水柱的上升需10分钟以上的时间，使课堂教学缺乏连贯性，影响课堂教学效果。苏教版教材上则用混合后的碳粉和还原铁粉的混合物分别浸润饱和食盐水和稀醋酸后来演示吸氧腐蚀和析氢腐蚀实验，但通过实际操作后却发现前者存在的问题与人教版的实验设计大同小异，而后者析氢腐蚀实验中导管中的液面不降反升，反误导学生金属在较强酸性条件下仍然发生吸氧腐蚀。对此，广大科研成员进行了改进研究：罗仁达通过用泡菜水喷湿吸附着铁粉、碳粉混合物的棉花在滴瓶的滴管中进行吸氧腐蚀实验，但泡菜水中含有的微生物可能会干扰结论的得出；张正飞用装有浸湿铁粉和碳粉混合物的注射器演示铁的电化学腐蚀实验，但实际上吸氧腐蚀中注射器内外压强差产生的驱动力却很难推动活塞下移；肖中荣则利用过量硫燃烧耗氧的方法来排除吸氧腐蚀对析氢腐蚀实验的干扰，但后续反应处理复杂，课堂上演示不便。 针对以上出现问题，并结合教学实际，笔者对吸氧和析氢腐蚀实验做出了以下改进： 一、实验原理 （一）钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或者呈中性，且溶有一定量的氧气时，发生吸氧腐蚀： 负极：2Fe-4e-=2Fe2+ 正极：2H2O+O2+4e-=4OH- 总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2 （二）钢铁表面吸附的水膜较强时，发生析氢腐蚀： 负极：Fe-2e-=Fe2+ 正极：2H+2e-=H2↑ 总反应：Fe+2H2O=Fe（OH）2+H2↑ 吸氧腐蚀和析氢腐蚀产生的Fe（OH）2再次被氧化： 4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3 Fe（OH）3脱去一部分水就生成Fe2O3·XH2O，也就是铁锈。 二、实验改进 （一）吸氧腐蚀实验改进 用比表面积大的钢丝绒（主要成分为C、Fe单质）取代铁钉和铁粉、碳粉的混合物，钢丝绒在使用前务必用稀盐酸除净表面锈迹，再用蒸馏水冲洗掉表面的盐酸。如图1所示，首先检验装置的气密性，然后开始实验：将用饱和食盐水润湿的钢丝绒塞入干燥管中，安装好装置，并向烧杯中滴入1～2滴红墨水，以便观察到明显的实验现象。为避免水下气柱的影响，增加反应时间，应先塞好橡皮塞后，再将导管通入水中。反应开始后，导管中的红色液面逐渐上升，较短时间后，红色液面上升至一定的高度后保持不变，同时干燥管中的钢丝绒能观察到明显的锈迹。 （二）析氢腐蚀实验改进 按图2所示装置进行实验，所需仪器只有橡皮塞和10 mL注射器，依然使用钢丝绒作为反应物。将钢丝绒取一小块，用铁夹放入注射器中，再吸入少量稀醋酸，摇晃注射器，润湿钢丝绒，将活塞推入最低处。1分钟后，可观察到活塞上升了约3厘米，反应约2分钟后活塞上升到最顶端。移去橡皮塞，向内轻轻推动活塞，同时针尖靠近点燃的酒精灯，可以看到淡蓝色的火焰。改进后的实验方案，可以通过推动注射器赶出多余的氧气，避免铁的吸氧腐蚀干扰实验进行，并增加了检验氢气的环节，使整个实验更加完善，并且装置简单，操作方便。 三、实验心得 在高中化学实验教学中，许多传统、经典的实验对学生掌握化学基础知识具有不可替代的作用，因此需要我们对传统实验进行不断改革，为实验教学注入新的活力，才能激发学生的实验兴趣。 参考文献： [1]罗仁平.铁的电化学腐蚀实验的改进[J].中学化学教學参考，2012，35（11）：39. [2]张正飞.利用注射器演示铁的电化学腐蚀实验[J].教育与装备研究，2014（5）：43. [3]肖中荣，洪娟.也谈铁的析氢腐蚀[J].中学化学教学参考，2015（10）：46-47. |
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