钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计

（4）实验优点

①针对溴乙烷与饱和氢氧化钠的乙醇溶液这两种液体互不相溶、静置分层，不利于反应物接触发生消去反应的毛病，利用磁力加热搅拌器具有调速搅拌的特点，使反应混合溶液充分接触，大大加快反应速度。

②针对溴乙烷和乙醇的沸点都比较低（溴乙烷为38.4ħ），若采用酒精灯直接加热的方式会导致液体暴沸、溴乙烷来不及发生消去反应就快速挥发及反应器内气流不稳定而引起反应液倒吸等毛病，采用磁力加热搅拌器具有调温控温、防止暴沸及U形长导管进行冷凝回流的优点，有利于消去反应顺利进行。

③从化学课堂教学角度和实验整体设计角度出发，对溴乙烷的消去反应及检验产物乙烯使酸性高锰酸钾溶液褪色进行组合设计，使实验整体感强，操作简便，现象明显，演示效果好。

（收稿日期：2010-10-08）

钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计

□朱石明1陈凯2

1.江苏省兴化市戴窑高级中学225741；

2.江苏南京晓庄学院生物化工与环境工程学院211171

摘要用实验显示钢铁腐蚀的普遍性，证明钢铁腐蚀主要表现为有氧气参加的原电池反应，并通过微型实验检验正负电极有关离子的生成，让学生在实验探究中掌握钢铁吸氧腐蚀的相关知识。

关键词钢铁腐蚀吸氧腐蚀差异充气腐蚀电化腐蚀实验改进

《高中化学课程标准》在《化学反应原理》选修模块中，要求“能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施”。教师开展“钢铁吸氧腐蚀”教学时大多依赖多媒体动画演示以配合理论教学，相关实验也仅限于“防止腐蚀”，而不关注“如何腐蚀”———钢铁腐蚀为何主要表现为有氧气参与的腐蚀？腐蚀时发生了什么原电池反应？钢铁腐蚀为何最终会生成铁锈？这一系列的问题对于习惯于宏观表征思维的中学生来说总是难以理解，学生对钢铁腐蚀的知识仍然停留在死记硬背电极反应式的学习模式中。

鉴于此，我们借鉴了钢铁腐蚀的专题研究文献［1］，结合个人的探究，设计了一系列的课堂演示实验，实验总耗时仅需10min左右。在新授课时如能在课堂上增补以下演示实验，不仅有利于学生对钢铁的腐蚀有深刻的理解，而且对后来学习金属的防护会有更大的益处。

1重现一次偶然的发现（趣味钢铁腐蚀问题的引出）

笔者在读高中的时候，特别喜爱搞些手工制作。在一次摆弄自己“土制”的“万用电表”时，发现了一个令当时的笔者无法解释的现象：当将自制的两只相同铁质表棒插入潮湿的泥土中时，竟然发现万用表的指针发生了微微的偏转，怪了！难道相同的铁电极也能构成原电池吗？

我们先重现一下当时的事实：

［实验1］将氯化钠溶液加入有棉布隔膜的水槽中，用导线连接好二只铁片电极及物理教学用演示电流计（量程100μA），观察是否有电流产生。

如图1，本实验选用长方形的塑料水槽，中间加一个棉质的隔膜，使两边连通，只是减缓了两极的氧气的相互扩散。先在其中加入适量食盐水溶液，再将准备好的二只一样的铁片电极（提前用铁砂纸打磨除去表面铁锈），与一只物理上用的100μA演示电流计，连结好导线。特别应注意的是应先将连电表负极的铁片插入溶液10 20s左右，再将连电表正极的铁片插入溶液中（这是本实验成功的秘诀！这是因为先放入的铁片由于局部的吸氧腐蚀而消耗了一部分氧气，故氧气的浓度必然小于棉布另一侧的溶液，后插入的铁片因溶液中富裕更多的氧气必然成为原电池的正极。于是，实验者就可以预料电表将会正向偏转的！）。奇迹发生了，电表发生了明显的偏转（电流可大于100μA），然后电流又渐渐变小。按中

·14·Educational Equipment And Experiment Vol．27，No．5，2011

教学仪器与实验》第27卷2011年第5期·15·学电化学理论，构成原电池应有两只活泼性不同

的电极，但这现象意味着什么呢？既然事实表明

电流产生，就已说明发生了原电池反应，负极一定

是铁失电子发生氧化反应被腐蚀。

图1验证氧气参加了钢铁腐蚀的实验装置（改进1）

本次实验结论：相同的铁电极插在氯化钠溶

液就能有电流产生，证明了钢铁腐蚀的普遍性。

当时，笔者在小河边、池塘边、阴湿地都试过，

现象都一样。不信你可亲自试试，不过可注意要

用万用电表的最灵敏的电流档去试验啊！

2何物腐蚀了铁（设计趣味实验，验证氧气参加

了钢铁的腐蚀）

［实验2］用鱼缸增气泵给一铁片电极鼓入空

气，观察电流计是否偏转，确认原电池的正负极；

给另一铁片电极鼓入空气，观察电流计是否反向

偏转？增加氧气的浓度，现象又如何？

为了连续地通入空气的方便，我们用鱼缸增

气泵作供气装置，用医用输液器改装成流速控制

装置（见图2）。当接通鱼缸增气泵的电源，给其

中一铁片电极处通入空气，发现指针就会发生偏

转；再换成给另一铁片电极处通入空气，发现指针

又会向相反的方向偏转，如图3所示。再通过空

气流速控制装置增大空气的进气量，我们发现空

气的进气量越大指针偏转越大。

本次实验结论：通氧气的一极是原电池的正

极，另一铁电极却是原电池的负极；电流计指针的

偏转程度受氧气浓度的影响，这就证明了氧气参

加了原电池反应，也就是说氧气的确参加了钢铁

的腐蚀，增加正极溶液中氧气的浓度，钢铁的腐蚀

速度加快。

钢铁在接近中性的潮湿的空气中，发生的这

种有氧气参加的铁的腐蚀，就称之为钢铁的吸氧

腐蚀。于是，前面偶然发现的趣味问题也就有答

案：原来同一溶液中氧气的浓度不一定处处相同，

氧气浓度大的一极就作为了原电池的正极。在更

专业的资料中，将这种因氧气分布不均匀而引起

的吸氧腐蚀，又称为差异充气腐蚀［1］。钢铁的腐

蚀问题虽然很普遍，反应过程却是比较复杂的，但

主要表现为有氧气参与的吸氧腐蚀。

图2鱼缸增气泵及医用输液器改装成的

空气流速控制装置（改进2）

图3给另一侧通入空气，指针发生反向偏转

3钢铁是如何腐蚀的（钢铁吸氧腐蚀的电极方

程式书写的疑惑）

氧气参加了原电池反应，反应后生成什么呢？

是氢氧根吗？带着疑惑再做如下实验。

［实验3］在通了一会空气的溶液中加入几滴

酚酞试液

本次实验现象：通了氧气一侧的溶液加入酚

酞后却没有变红！

有氧气参与电极反应，反应后形成的离子到

底是不是氢氧根呢？难道是氢氧根扩散速度太

快，氢氧根的浓度还不够让酚酞变色？

4巧妙设计钢铁腐蚀的微型实验（验证钢铁腐

蚀时两极生成的离子）

［实验4］U形管中验证钢铁腐蚀原理的微型

实验：如图4所示，在加有纱布的U形管中，加入

氯化钠溶液，在两电极分别加入几滴铁氰化钾溶

液、酚酞试液，再插入铁丝电极、碳棒电极，连接好

物理教学用演示电流计（量程2.5mA），观察指针

的偏转及两电极的颜色变化，并分析电极反应式。

图4验证钢铁腐蚀原理微型实验的

示意图与实物图（改进3）

本实验中应预先在U形管下部加入卷成圆

柱状的医用棉纱布，以减缓原电池反应生成的离

《