钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计

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铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀是金属腐蚀中常见的两种形式,它们对金属材料的损害严重影响了金属的使用寿命和性能。

为了进一步深入研究和改进铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验方法,我们进行了一系列的实验研究和改进探索,旨在为金属材料的抗腐蚀性能提供新的理论和实验依据。

一、实验目的二、实验原理1.铁吸氧腐蚀铁吸氧腐蚀是指金属在含氧环境下受到氧的影响产生的一种腐蚀现象。

在潮湿的空气中,铁表面会吸附大量氧气,与铁发生化学反应产生铁氧化物,这种化合物给金属表面形成一层铁氧化物覆盖层,使金属表面失去光泽和机械性能,严重的还会导致金属腐蚀。

对铁吸氧腐蚀的研究可以为金属在氧化环境中的应用提供理论依据。

2.析氢腐蚀三、实验方法在对铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀进行实验改进时,我们采取了以下方法:1. 实验条件的优化:通过对实验环境的控制和调整,提高实验的准确性和可重复性。

在铁吸氧腐蚀实验中,我们采用真空环境和氧气气氛控制技术,减少氧气对金属的影响,提高实验的准确性。

在析氢腐蚀实验中,我们采用酸性介质的配比和温度控制技术,减少氢气对金属的腐蚀影响,提高实验的可靠性。

3. 实验数据的分析:通过对实验数据的量化分析和数学建模,提高实验结果的科学性和实用性。

在铁吸氧腐蚀实验中,我们对金属表面氧化物的形成动力学和热力学进行了深入研究,建立了铁吸氧腐蚀动力学模型和热力学模型,为金属抗氧化材料的设计和应用提供了理论依据。

在析氢腐蚀实验中,我们对金属晶界氢气聚集的机理和影响进行了定量分析,建立了析氢腐蚀动力学模型和影响模型,为金属在酸性介质中的应用提供了理论依据。

四、实验结果通过对铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验改进,我们获得了一系列新的实验结果和科学发现:1. 铁吸氧腐蚀实验中,我们发现了金属表面氧化物形成的动力学和热力学规律,揭示了氧气对金属腐蚀的影响机理和规律,为金属抗氧化材料的设计和应用提供了理论依据。

2. 析氢腐蚀实验中,我们揭示了金属在酸性介质中氢气的聚集机理和影响规律,为金属在酸性介质中的应用提供了理论依据。

《铁的吸氧腐蚀》实验创新

《铁的吸氧腐蚀》实验创新

《铁的吸氧腐蚀》实验创新摘要:本文通过现代教育技术手段与传统化学教学相结合的方式,对苏教版《化学反应原理》中铁的吸氧腐蚀实验进行创新,使实验呈现方式多样化,课堂效果提升显著。

改进后实验时间大幅缩短,且可行性增强,更有助于学生对吸氧腐蚀原理的理解。

关键词:铁的吸氧腐蚀实验创新电极反应现代教育技术1问题的提出铁的吸氧腐蚀实验为苏教版《化学反应原理》专题1第三单元“金属的腐蚀与防护”活动与探究环节的实验,装置如图。

实验操作为:向还原铁粉中加入少量的炭粉,混合均匀后,撒入内壁用氯化钠溶液润湿过的具支试管中,按上图组装好仪器。

几分钟后,打开止水夹,观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象。

该实验旨在让学生了解铁的吸氧腐蚀其实质为电化学腐蚀,理解钢铁电化学腐蚀发生的条件。

要求学生能用电化学知识分析钢铁两种腐蚀的原理和条件,能书写有关的电极反应式和总反应式。

笔者在课堂演示过程中,发现存在以下问题:1、按教材所示方法进行演示需要七分钟以上的时间才有明显现象,极大影响课堂教学任务的完成;2、实验现象较为单调,很难吸引学生的注意力,激发学生的求知欲;3、不能直观地体现铁吸氧腐蚀的微观本质,学生在对实验现象进行分析时存在对铁的吸氧腐蚀电极产物判断及氧气如何参与反应的困惑,造成学生对该知识点的学习困难。

鉴于此,笔者经过研究对该实验进行了创新改进。

用朗威微电流传感设备、希沃授课助手等现代化教育技术与物质检查相结合的方式,设计一体化实验,帮助学生从多视角进行观察、分析,正确理解吸氧腐蚀的概念,探究金属电化学腐蚀的本质。

2实验过程2.1 实验用品试剂:饱和NaCl溶液、铁丝、碳棒、酚酞试液、铁氰化钾试剂仪器:展示板、U形管、注射器、针管、导线、鳄鱼夹、变阻箱、朗威微电流传感器及数据采集器、希沃授课助手、发光二极管。

2.2实验仪器装置图及组装说明图1①由于每次实验过程接触电阻不同,而朗威微电流传感器敏感度很高,故将电阻箱并联进电路中,并根据实际情况调节电阻大小,确保电流在量程范围内。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进随着工业化的不断发展和科技的不断进步,铁在工业和生活中的应用越来越广泛。

但是,铁在使用过程中也存在着许多问题,其中包括铁的腐蚀问题。

铁在水中遇到氧气时会发生铁的吸氧腐蚀,而在酸性溶液中则会发生铁的析氢腐蚀。

为了解决这些问题,本文对铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验进行了改进。

1.实验介绍铁的吸氧腐蚀在日常生活和工业生产中较为普遍。

铁的吸氧腐蚀实验是指将铁在水中加热,使其与氧气反应产生红棕色氧化铁的过程。

铁的吸氧腐蚀实验通常用来研究铁在水中的腐蚀过程。

2.实验改进为了减少实验中的误差和提高实验精度,本文对铁的吸氧腐蚀实验进行了改进。

改进措施如下:(1)实验器材的清洗:在进行实验前,应将实验器材充分清洗干净,以避免因杂物残留而影响实验结果。

(2)加热方式的改进:在进行实验前,应将铁样品事先加热至80摄氏度左右,使其表面产生铁锈,这样可以增加铁样品在水中的反应活性,并有效减少实验误差。

(3)实验数据的记录:在进行实验过程中,应将实验数据及时记录下来,并根据实验结果计算出反应活性和反应速率等参数,从而更加准确地分析铁在水中的腐蚀过程。

铁的析氢腐蚀在工业生产中也很常见。

在酸性溶液中,铁会发生析氢反应,生成气体和溶解的铁离子。

铁的析氢腐蚀实验通常用来研究铁在酸性环境下的腐蚀过程。

(1)溶液浓度的控制:在进行实验前,应根据实验需求精确控制溶液的浓度,以提高实验精度。

(2)溶液的新鲜度:在进行实验过程中,应保证实验溶液的新鲜度,避免由于溶液老化导致实验误差。

总之,对于铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀实验的改进,可以从多个方面对实验进行改进,以提高实验的精度和减少实验误差,从而为研究铁的腐蚀问题提供更为准确的实验数据和研究结果。

铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计

铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计

铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计作者:尚广斗温志东来源:《中小学实验与装备》 2014年第2期河北省饶阳市饶阳中学(053900)尚广斗北京市二中学亦庄学校(100176)温志东1问题的提出铁的电化学腐蚀演示实验,是高中化学新教材人教版《化学反应原理》(选修4)课本中的一个实验(如图1所示),由于所用铁钉表面积较小、导管较粗,按照课本上的方法完成该实验,需要较长的时间才能观察到明显的实验现象,不利于课堂教学。

鉴此,笔者对该实验经过认真研究,提出了新的改进方法,通过在数分钟内观察到的“喷泉”实验现象,验证了铁的吸氧腐蚀。

2实验用品仪器:圆底烧瓶、烧杯、破损温度计、橡胶塞、胶帽、脱脂棉等。

药品:铁粉、炭粉、氯化钠饱和溶液、红墨水等。

3实验装置铁的吸氧腐蚀实验装置如图2所示。

装置说明:(1)选取一支破损的温度计,截弃两端,留下一段长约12 cm的“厚壁细玻璃管”做很细的导管用,以下称它为“温度计导管”。

(2)选取一个50 ml圆底烧瓶(带橡胶塞),在橡胶塞上安装好温度计导管,使橡胶塞位于温度计导管中部。

4实验步骤具体操作步骤如下:(1)按照图2所示连接装置,检查装置的气密性。

(2)首先将适量脱脂棉包裹在温度计导管的中上部位,用饱和食盐水润湿,在上面撒上适量铁粉和炭粉的混合物,然后将带有该温度计导管的橡皮塞在圆底烧瓶口上塞紧,随即用胶帽密封温度计导管的下端。

(3)大约5 min后将温度计导管的下端浸入烧杯中的红墨水中,拿掉温度计导管下端的胶帽,观察现象。

可以观察到连接在圆底烧瓶上的温度计导管内液面迅速上升,其上口随即喷出红色液体,形成微弱的喷泉实验现象。

5实验评价本实验改进方法具有以下特点:通过使用破损温度计替换玻璃导管缩小导管的直径,使用铁粉、炭粉、滤纸替换铁钉等措施以增大单位时间内铁消耗氧气的速率,从而达到了在圆底烧瓶中较短时间内产生喷泉实验现象的目的。

该实验方法验证铁的吸氧腐蚀具有装置简单、现象明显、生动有趣等优点。

钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计

钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计
塑料隔板
中 间开 方 口 粘贴上棉布
通 入 空气 ,发现 指针 又 会 向相 反 的方 向偏转 ( 图5 如 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 : 根 据 电流 方 向 , 我 们 发 现 通 氧 气 的一 极 是 原 电池 的 正 极 ,另 一 铁 电极 是 原 电池 的负
棒 插 入潮 湿 的泥 土 中 时, 然 发现 万 用 表 的指 针 发 生 了 竟
微 微 的偏转 !难道 相 同的铁 电极也 能构成 原 电池 吗 ?
实 验, 仅有 利 于学 生对 钢 铁 的腐 蚀 有深 刻 的理 解 , 不 而且
对 以后学 习金属 的 防护会有 更大 的益 处。
图 1一次偶 然 的发现
稿件说 明 :本 实验设 计 曾获得 江苏省 第五届 中 学化 学 实验调演活动二等奖。 作者单位 : 1 江 苏省兴化 市载窑 高级 中学。 2 南京 . .
晓庄学院生物化 工与环境工程 学院。
2 1年5 01 月
5 3
SSN1 72 1 8 6 . 43
CN1 . 1499 / 4 T
2 1年第1 N 0 1 o
总 1期 第2 2
中国观代 装备
SN6 .T C149918 S124 N1 4/ 7 3

☆创 新新设计
朱石 明 陈 凯。
《 高中化 学课程 标准 》在 《 学反 应原 理》选 修模 化
块 中要 求 “ 解 释金 属 发 生 电化 学 腐 蚀 的 原 因, 识金 能 认 属 腐蚀 的危 害, 过 实 验探 究防 止 金属 腐 蚀 的 措施 。 ” 通 教师 开展 “ 铁吸氧 腐蚀 ”教学 时大 多依赖 多媒 体动 画 钢 演 示 以配合 理 论 教学 , 关 实验 也 仅 限于 “ 相 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 问题对 习惯 于宏 观 表 征 思 维 的 中学 生 来说 总是 难 以理 解 , 生对 钢 铁 腐 蚀 学 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 , 们 借 鉴 了钢铁 腐 蚀 的专题 研 究文 献 , 我 结合 个 人 的探 究, 计 了一 系列 课 堂演 示 实验 , 设 实验 总 耗 时仅 需 1 分钟 左右 。在 新授 课 时如 能在课 堂上 增补 以下演 示 0

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀是铁材料在不同环境中受到腐蚀的两种常见形式。

在实验中,
我们需要了解铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理,并采取一些改进措施来降低腐蚀的程度。

我们来讨论铁吸氧腐蚀的实验改进。

铁在含氧环境中容易发生氧化反应,形成氧化铁,进而导致铁的腐蚀。

为了减少铁吸氧腐蚀的发生,可以采取以下措施:
1. 使用氮气代替空气。

氮气是一种无色无味的气体,不会与铁发生氧化反应,因此
可以减少铁吸氧腐蚀的可能性。

2. 添加缓蚀剂。

缓蚀剂可以抑制铁与氧发生反应,从而减少铁的氧化速率。

常见的
缓蚀剂有有机磷酸盐和氮杂环化合物等。

3. 使用防腐蚀涂层。

在铁表面涂覆一层防腐蚀涂层,可以隔绝铁与氧的接触,从而
减少铁吸氧腐蚀。

1. 选择适当的pH值。

酸性环境下pH值的增加可以减少析氢腐蚀的速率。

可以通过添加碱性物质来提高溶液的pH值。

3. 采用钝化处理。

钝化是一种在金属表面形成钝化膜的方法,可以有效地减少金属
的腐蚀。

在铁表面形成一层稳定的钝化膜,可以减少析氢腐蚀的发生。

铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验改进可以通过改变环境条件、添加缓蚀剂和使用防腐蚀
涂层等方法来降低腐蚀的程度。

通过这些改进措施,我们可以更好地研究铁在不同环境中
的腐蚀机理,以及采取相应的措施来保护铁材料的性能。

钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计

钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计
右 , 将连 电表 正 极 的铁 片插 入 溶 液 中 ( 是 本 再 这
学 生对钢 铁 的腐 蚀 有 深 刻 的理 解 , 且对 后 来 学 而
习金 属 的防护会 有更 大 的益 处 。
1 重 现 一 次偶 然 的发 现 ( 味 钢 铁 腐 蚀 问 题 的 趣
引 出)பைடு நூலகம்
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 , 氧 气 的 浓 故 度必 然小 于棉 布另 一 侧 的溶 液 , 后插 入 的铁 片 因
生。
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
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 , 两边 连通 , 使 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
③从 化学 课堂 教学角 度和 实验整 体设计 角度 出发 , 溴 乙烷 的消 去 反应 及 检 验 产物 乙烯使 酸 对 性 高锰 酸钾溶 液褪 色 进 行组 合 设 计 , 实验 整 体 使 感强, 操作 简便 , 现象 明显 , 演示效 果好 。
( 稿 日期 :0 01 8 收 2 1 .0 )
原因, 认识 金属腐 蚀 的危 害 , 通过 实验探究 防 止金
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 , 了 ! 怪 难道 相 同的铁 电极也 能构 成原 电池 吗?

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀是指在水中铁表面吸附氧气,导致铁离子发生氧化反应的现象。

而析氢腐蚀是指在酸性条件下,铁与酸发生反应产生氢气的现象。

本文将针对这两种腐蚀现象进行实验改进。

针对铁吸氧腐蚀现象,可以进行以下实验改进:
1. 实验过程:将铁片分别放入不同浓度的氧气溶液中,在一定时间内观察铁表面的腐蚀情况,并记录下来。

2. 实验条件:控制好实验的温度、氧气浓度和pH值等参数,保证实验条件的一致性。

3. 实验结果分析:根据实验结果,通过比较不同浓度的氧气溶液对铁表面腐蚀的程度,可以得出不同浓度氧气对铁吸氧腐蚀的影响。

4. 实验改进:可以在实验过程中添加某些添加剂,如腐蚀抑制剂,观察其对铁吸氧腐蚀的影响。

可以使用电化学方法,如极化曲线法、阻抗谱法等,对铁腐蚀进行更加准确的分析。

通过以上实验改进,可以更加准确地研究铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理和影响因素。

可以探究一些新的抑制剂,以减轻或阻止铁腐蚀的发生。

这样有助于提高铁材料的抗腐蚀性能,延长其使用寿命。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀是铁材料在特定条件下发生的两种常见腐蚀现象。

本文将介绍如何改进相关实验,以便更好地研究和理解这两种腐蚀现象。

一、铁吸氧腐蚀实验改进铁吸氧腐蚀是指铁在氧气存在的条件下发生的腐蚀现象。

为了更准确地模拟实际情况,在实验中可以采取以下改进措施:1. 环境条件控制:在实验中,需要模拟出铁材料在各种环境条件下的腐蚀情况。

可以使用氧气和湿气的混合物,控制其浓度和湿度,以便逼近实际环境中的情况。

2. 表面处理:在进行实验之前,需要对铁样品进行表面处理,以清除表面的氧化膜和污染物。

可以通过机械方法如研磨或化学方法如酸洗来实现。

3. 实验装置设计:为了模拟实际情况,可以设计一个密封的实验装置,确保氧气和湿气的浓度和湿度不受外界环境的影响。

需要考虑到温度和压力的影响,以便更好地模拟实际情况。

4. 实验参数测量:在实验过程中,需要测量和记录一些重要参数,如材料的失重、表面形貌的变化、电位的变化等。

这些参数的变化会反映出铁材料的腐蚀情况,可以用于后续的分析和比较。

二、析氢腐蚀实验改进析氢腐蚀是指在金属腐蚀过程中,金属发生离子化并与水反应产生氢气的现象。

为了更好地研究析氢腐蚀现象,在实验中可以采取以下改进措施:1. 水质处理:水质的纯度对析氢腐蚀现象有很大影响。

为了减少水质中的杂质对实验结果的干扰,可以使用纯净水或去离子水来进行实验。

如果需要模拟实际情况,可以添加一定量的盐类或其他溶解物质。

2. 实验装置设计:在实验中,需要设计一个封闭的实验装置,确保水和金属样品的接触表面积最大化,并且能够控制水的流速和温度。

这样可以更好地模拟实际情况,同时减少系统中氢气的泄漏和溢出。

4. 安全措施:析氢是一种易燃易爆的气体,对实验安全有一定的风险。

在进行实验时,需要采取相应的安全措施,如实验过程中保持通风、戴上防护眼镜和手套等。

通过以上实验改进措施,可以更准确地模拟铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀现象,并研究其机理和影响因素,为腐蚀防护提供科学依据。

金属吸氧腐蚀实验创新 设计

金属吸氧腐蚀实验创新   设计

金属吸氧腐蚀实验创新赵晓冰【实验目的】验证金属在中性甚至极弱酸性条件下能发生吸氧腐蚀。

【实验用品】锌片(新)、铜片、导线、灵敏型电流表(0--0.6A)、烧杯、氯化钠固体、30%双氧水、蒸馏水【实验原理】氯化钠溶液【实验步骤】1、按示意图连接装置,观察电流表指针变化2、在锌片附近加入一滴管H2O2,观察电流表指针变化【实验现象】未加入H2O2之前,电流表指针几乎不动;加入H2O2后,热氯化钠溶液中产生大量微小的气泡(O2)指针慢慢偏转,同时锌片上生成一薄层Zn(OH)2。

【现象分析】指针偏转的原因可能为①H2O2微弱电离导电;②H2O2在热蒸馏水中分解产生O2金属发生吸氧腐蚀,形成原电池导电。

【过程分析】用玻璃棒蘸取加入双氧水后的氯化钠溶液,涂在pH 试纸上和标准比色卡对比,该溶液弱酸性,说明双氧水显弱酸性不是产生电流的主要原因;以往实验也可以证明,在相同条件(T、P)下,向热蒸馏水中锌片附近缓慢通入细小氧气气泡也会产生相同的现象,也能证明H2O2电离不是电流表指针偏转的主要原因。

所以,形成电流的主要原因是H2O22分解生成O2,金属发生吸氧腐蚀。

此外,由锌表面生成一层白色氢氧化锌也可以证明发生了金属的吸氧腐蚀。

【实验结论】本实验证明了金属在中性甚至极弱酸性条件下能发生吸氧腐蚀。

【效果评价】本实验选用热氯化钠溶液不仅避增强了溶液的导电性,而且加快了H2O2的分解,增大了氧气在水中的浓度,从而克服了氧气难溶于水而使实验现象不明显的缺点。

明显的实验象充分证明了金属在中性甚至极弱酸性条件下发生吸氧腐蚀,克服了普通条件下难证明吸氧腐蚀存在的缺点。

完善了高中金属腐蚀的实验,使金属的吸氧腐蚀原理更具有说服力,更易于学生对该理论的理解和实际应用。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁是一种常用的金属材料,在某些条件下会发生不同的腐蚀现象,比如铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀。

为了改进这些腐蚀现象的实验,我们可以进行以下改进。

1. 实验前的准备工作:在进行实验之前,需要对实验设备进行充分的清洁和消毒,以避免其他物质的污染对实验结果的影响。

还需要确保实验室环境的干燥和无潮湿,以减少外界因素对实验的影响。

2. 实验条件的控制:为了更好地模拟真实情况下铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的过程,需要控制实验条件的一致性。

可以控制实验室温度、湿度、压力等因素,以保持实验条件稳定。

这样可以更加准确地观察和分析腐蚀的过程和机理。

3. 实验样品的准备:在进行铁吸氧腐蚀实验时,可以使用不同形状和大小的铁样品,比如铁片、铁丝等,以模拟实际应用中的不同情况。

还可以通过表面处理,比如抛光、喷涂等方法,改变铁样品的表面性质,以研究不同表面条件对腐蚀的影响。

4. 实验液体的选择:在进行铁吸氧腐蚀实验时,可以选择不同种类的液体,以模拟不同环境下的腐蚀情况。

可以选择酸性溶液、碱性溶液等,以及添加不同浓度的氧气、盐等物质,以研究不同条件下的腐蚀过程。

5. 实验参数的监测:为了更加准确地监测和记录铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验数据,可以使用现代化的仪器和设备进行监测。

可以使用pH计、电化学分析仪等设备,对实验液体中的溶解氧、电位、离子浓度等参数进行实时监测,并记录下来进行后续分析。

通过上述改进,我们可以更加准确地了解铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理和规律。

还可以根据实验结果,提出相应的防腐蚀措施和控制策略,以延长金属材料的使用寿命,提高其耐腐蚀性能。

铁的吸氧腐蚀创新教学设计

铁的吸氧腐蚀创新教学设计

实验教学i f e2021年第1期(总第534期)中教学参考1铁的吸氧腐蚀创新教学设计罗静霞1李权2(1成都市武侯区教育技术装备与信息中心四川成都610041;2四川师范大学化学与材料科学学院四川成都610066)文章编号:1002-2201(2021)014)061^02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B铁的电化学腐蚀是高中化学教学中的一个重要知识 点。

为了帮助学生认识金属的吸氧腐蚀原理,人教版《化 学反应原理》:1:中安排了 一个铁钉锈蚀的实验,将经过酸 洗除锈的铁钉,用饱和食盐水浸泡一下,放人如图1所示的具支试管中,几分钟后,观察导管中水柱的变化。

_、研究背景笔者按照上述实验方案进行教学时发现,实验所需 的时间较长,等待1~2min,水柱无明显上升,至少要等 待约6min,才能观察到水柱明显上升。

作为课堂教学 实验,它给教师的教学带来诸多不便。

笔者分析其原因 是铁钉表面积较小,铁发生吸氧腐蚀的速率较慢,加之 玻璃导管直径较大,当试管内压强减小幅度不大时,导 管内水位上升不明显。

其次,铁在潮湿的空气中容易生 锈是学生所熟知的,但对于铁锈蚀原理(主要是原电池 原理以及吸氧腐蚀)却无法直观呈现。

这有悖于《普通 高中化学课程标准(2017年版)》中“了解金属腐蚀电化 学腐蚀的本质”的要求。

在知网和维普上查阅关于“铁的吸氧腐蚀”的文献,大致分为如下四类:(1)利用传感器证明氧气参与反应,探析吸氧腐蚀的原理[^;(2)将铁与炭的反应放大化,利用铁片和碳棒,或是用盐桥原电池和双氧水供氧,借 助电流计证实电化学反应的原理[4];(3)探究铁粉与炭 粉混合的最佳比例,或使用毛细玻璃管、生活中的铁系 脱氧剂,泡菜水等代替饱和氯化钠溶液,或增大固体粉 末接触面积等改进措施,增强液面改变的现象[5-6];(4)基于三重或四重表征的实验原理分析i71。

这些改进,提髙了课堂演示实验的适切性和展示性。

但是在此改进过程中,如何融人学生已有的知识和 能力,促使学生形成改进实验的思路;如何让学生在实验探究过程中提升微观推理能力,推进其思维层次的深 度扩展,却没有相应的教学研究。

铁的吸氧腐蚀实验的新设计

铁的吸氧腐蚀实验的新设计

铁的吸氧腐蚀实验的新设计作者:陈云来源:《化学教学》2018年第04期摘要:依据铁的吸氧腐蚀原理,运用“一次性暖贴”、玻璃仪器以及手持技术改进传统实验。

采用玻璃仪器探究铁的吸氧腐蚀过程中的物质转化,进一步利用氧气传感器和温度传感器对铁氧化过程的能量变化、铁的吸氧腐蚀的微观原理、影响铁的吸氧腐蚀速率因素等进行实验探究,说明钢铁的吸氧腐蚀是一个氧气参与的放热反应。

关键词:吸氧腐蚀;氧气传感器;温度传感器;实验探究文章编号: 1005-6629(2018)4-0059-03 中图分类号: G633.8 文献标识码: B1 问题的提出苏教版《化学反应原理》在金属的电化学腐蚀中设计了这样的活动与探究:向还原铁粉中加入少量的炭粉,混合均匀后,撒入内壁用氯化钠溶液润湿过的具支试管中,按图1组装好仪器。

几分钟后,打开止水夹,观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象。

图1 教材上铁的腐蚀实验装置学生对实验现象进行分析时可能存在以下困惑:钢铁在潮湿空气中容易生锈为什么是吸氧腐蚀过程,如何证明?铁原子失电子,氧化产物是什么,如何证明?导管内水柱上升只能说明具支试管内气体减少,怎么证明是O2参加反应呢?是否可以从定性和定量两个角度证明O2参与吸氧腐蚀过程?化学解惑的重要途径就是实验探究,利用玻璃仪器的传统实验呈现物质变化的宏观现象,借助电子传感器捕捉化学反应过程中的细微变化,通过手持技术对铁的吸氧腐蚀实验进行改进和补充,从而帮助学生正确理解吸氧腐蚀的概念,解决学生的疑惑问题。

2 实验探究分析铁的吸氧腐蚀原理2.1 实验原理不纯的金属与电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子被氧化,这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

当在钢铁表面形成的电解质溶液薄膜呈中性或酸性很弱,且溶有一定量的氧气时发生吸氧腐蚀,反应如下:负极反应: Fe-2e-Fe2+正极反应: 2H2O+O2+4e- 4OH-电池总反应: 2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2后续进一步反应: 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3, 2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O本实验设计从两个角度分析铁的吸氧腐蚀实验原理:(1)为验证铁的吸氧腐蚀是电化学过程,将铁、碳从微观粒子放大到铁钉和碳棒,通过连接微电流计观察指针偏转情况说明构成原电池。

铁的吸氧腐蚀演示实验的改进

铁的吸氧腐蚀演示实验的改进

铁的吸氧腐蚀演示实验的改进背景在化学教学中,实验是非常重要的一环。

其中,铁的吸氧腐蚀实验是非常基础的一个实验,也是常被用来展示化学反应和腐蚀现象的一个实例。

这个实验基本流程是将铁钉放入含有空气水的试管中,观察一定时间后铁钉的表面会出现红色或者棕色的物质,这些物质是铁吸收氧气后形成的铁氧化物。

然而,这个实验还需要改进,以提高其可靠性和教学效果。

问题铁的吸氧腐蚀实验不够稳定,结果不够准确。

可能的原因包括:1.实验条件不可控制,例如试管中的空气水质量和纯度、温度等。

2.物料不够纯净或者处理不当,可能含有其他化学物质,影响实验结果。

同时,这个实验展示效果不够显著,往往需要过长的时间才能观察到变化,让学生难以理解。

另外,这个实验不太适合进行定量分析,限制了其在科研和工业生产中的应用。

解决方案改进这个实验,需要从多个方面入手,以提高实验条件的可控性和结果的精确性。

1. 实验条件的控制为了控制实验中的变量,需要采取下列措施:1.试管内的空气水应该事先煮沸,同时冷却到室温。

这能够让水中的氧气浓度更高,从而促使铁钉更快地被氧化。

2.使用纯净的水和铁钉,并在化学实验室中操作。

这可以尽可能地减少杂质和其他化学物质的影响。

3.实验时应该注意控制室温,避免太高或者太低,影响实验结果。

2. 改进实验的展示效果为了让实验更加显著并且便于学生理解,可以采用下列方法:1.使用微型摄像头等设备,让学生观察实验的细节。

2.在实验中添加其他试剂,例如硫酸,来加速或者减缓实验的进程。

这样可以让学生更清晰地观察化学反应的过程。

3. 定量分析为了在科研和工业生产中应用这个实验,我们需要进行定量分析,同样需要采取多种措施:1.使用计时器记录实验过程中的时间,从而拟合出铁钉被氧化的速率。

2.使用其他化学试剂,例如二氧化铁等,来鉴定氧化程度和铁钉中的铁含量。

结论通过以上改进方案,我们能够使铁的吸氧腐蚀实验更加稳定和准确,同时也可以增加其展示效果和适用范围。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁在自然环境中易于被氧化,形成铁锈。

铁锈的形成是由于铁与水和氧分子中的氧气反应而产生的。

然而,铁的腐蚀不仅仅是氧化反应,还包括一种称为析氢腐蚀的过程,这种腐蚀可以导致热门问题如管壳渗漏和管道泄漏。

为探究铁锈的形成和防治方法,需要对铁的腐蚀过程进行实验。

铁的腐蚀实验可以分为两类:铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀。

在铁吸氧腐蚀实验中,铁与水和空气中的氧反应,产生铁锈;在析氢腐蚀实验中,铁与酸或碱反应,生成分子氢并释放氢气。

铁吸氧腐蚀实验中有几个改进之处。

首先,实验中必须使用纯净的水,因为水的杂质会影响铁的腐蚀过程。

其次,实验中必须控制水与空气的接触时间,因为铁与水和空气的反应时间长短会影响反应的速率。

最后,实验中必须控制水和空气的温度,因为温度的改变会影响铁和氧的反应速率。

为了改进析氢腐蚀实验,首先需要改进反应容器。

传统的反应容器是玻璃瓶,但是这种容器不透气,气体无法顺利流动,容易受到局限。

突破这个问题的方法之一是使用透气膜,它可以使气体在容器内流动自如。

此外,容器的大小和形状也需要改进,以增加反应的速率和效率。

此外,反应的温度、压力、酸碱度等要素也需要进行实验室环境下的控制和调节。

改进铁腐蚀实验有助于更好地理解铁的腐蚀机制,为腐蚀防治技术的研究和发展奠定基础。

在实践中,必须注意控制实验的各种条件,以便确保腐蚀反应溶液中的铁离子浓度仅仅是由于铁的腐蚀而增加,而不是由于其他因素所导致,这是实现铁腐蚀反应的唯一标准。

总之,铁的腐蚀实验的改进是为了更好地研究铁腐蚀的本质和机理,从而能够更好地实现铁腐蚀的防治目的。

这些改进包括使用纯净的水和改进反应容器,同时控制水、气体的时间、温度、压力等多个因素,并注意排除其他污染物的干扰。

这样可以更好地理解铁的腐蚀本质,从而制定更有效的腐蚀防治策略。

“铁的吸氧腐蚀”实验改进

“铁的吸氧腐蚀”实验改进

“铁的吸氧腐蚀”实验改进周如磊(安徽省明光中学 239400)1问题的提出笔者在课堂演示人教版教材《化学选修4》第四章第四节实验4—3“铁的吸氧腐蚀”实验时,发现4个问题:(1)短时间内实验现象不明显。

(2)有学生提出,即使导管中倒吸出明显水柱,也不能说明一定是空气中的氧气参与了反应.(3)装置和操作较为繁琐。

(4)实验器材与日常生活缺乏联系。

如何解决上述问题?笔者带领学生兴趣小组,做了一些尝试。

2实验改进方案2.1改进方案一2。

1。

1实验步骤(1)如图1所示:用锥形瓶代替具支试管,用小烧杯代替试管,用胶头滴管的玻璃管部分(以下简称“玻璃管”)代替导管.组装仪器,检验装置气密性。

在小烧杯中倒入少量滴有墨水的水。

注意:水不要加太多,没过玻璃管末端即可。

利用水的表面张力消除导管末端的“空气柱”。

(2)在锥形瓶中用向上排空气法收集1瓶氧气,塞上胶塞。

(3)称取约2g还原铁粉,和等体积的石墨粉,在小烧杯中充分混合后,加入3mL~4mL饱和食盐水.(4)打开胶塞,快速将小烧杯中的混合物摇匀倒入锥形瓶中,塞上胶塞。

捏住乳胶管,摇晃锥形瓶,使悬浊液均匀挂于锥形瓶内壁上.将玻璃管放入小烧杯中.2.1.2实验现象将玻璃管放入小烧杯中,0.5min后液柱开始升高,1min后,液柱高度达30mm,如图2。

注意:用三角板量取液柱高度时,不要触碰到玻璃管.教学过程中,也可目测液柱高度。

图1 图22。

1.3实验改进的优点(1)加快化学反应速率,放大实验现象。

(2)用氧气代替空气,实验可以更好地说明氧气参与了反应。

(3)省略实验夹持装置和铁钉的酸洗、水洗等操作,实验装置和实验步骤得以简化。

2.2改进方案二改进方案一固然解决了一些问题,取得了较好的课堂演示效果,但是笔者尴尬地发现:在课堂上,由于受学校实验室条件限制,学生根本无法做到人手一套或一小组一套实验仪器,只能由教师演示实验,绝大多数同学仍然扮演着“看客”的角色。

那么,在基层中学,如何解决实验器材短缺的问题,让学生有机会亲自动手,体验实验探究的过程与乐趣呢?请看改进方案二。

铁吸氧腐蚀的实验创新

铁吸氧腐蚀的实验创新

铁吸氧腐蚀是指在溶液中,铁原子与氧原子发生反应,从而使金属铁腐蚀的过程。

铁吸氧腐蚀实验是一种重要的化学实验,研究金属材料在环境中的腐蚀行为,以及腐蚀过程的机理。

首先,实验人员准备相关的实验器材,如容器、铁块、温度计、实验液等。

然后,将铁块放入容器中,加入适量温水,并调节水温至所需温度。

接着,铁吸氧实验液会在铁块表面形成一层油膜,从而阻止铁块与氧原子之间的直接接触,从而降低腐蚀速率。

最后,实验人员将实验液放入容器中,放置一段时间,观察铁块表面的变化,以及实验液的变化,以观察铁吸氧腐蚀的过程。

实验中可以利用多种方法进行实验的创新,如:1、在实验中加入酸性物质,提高腐蚀速率。

添加酸性物质可以抑制铁块表面油膜的形成,从而增加铁块与氧原子之间的直接接触,从而提高腐蚀速率。

2、改变实验液的温度,观察腐蚀速率的变化。

随着温度的升高,氧原子活动性增强,因此可以提高腐蚀速率。

3、改变实验液的pH值,观察腐蚀速率的变化。

随着pH值的升高,氧原子活动性增加,从而提高腐蚀速率。

4、在实验中添加其他金属离子,观察腐蚀速率的变化。

添加其他金属离子可以抑制铁块与氧原子之间的直接接触,从而降低腐蚀速率。

5、使用表面活性剂,对铁块表面进行化学处理,改变其表面结构,从而观察腐蚀速率的变化。

6、采用细胞生物学方法,以细胞为实验对象,观察铁吸氧腐蚀对细胞的影响,以及铁吸氧腐蚀产生的次生代谢产物。

7、采用金属表面微观结构分析,观察铁吸氧腐蚀过程对金属表面微观结构的变化。

以上就是有关铁吸氧腐蚀实验创新的一些示例,从而可以更好地理解铁吸氧腐蚀过程的机理,以及金属材料在环境中的腐蚀行为,为金属材料的应用提供参考。

铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计

铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计

铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计背景介绍铁是一种广泛使用的材料,但在一定情况下,铁会发生腐蚀现象,使铁的性质发生改变,甚至破坏了铁。

铁的腐蚀是指铁与氧气发生反应,生成铁氧化物并释放出电子,导致铁的损失。

因此,研究铁的腐蚀现象对于材料科学和工程有着重要的意义。

在本文档中,我们将介绍一种铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计。

实验目的1.研究铁的吸氧腐蚀现象。

2.探究不同条件下铁的腐蚀差异。

3.设计实验演示,吸引学生关注并提高其科学素养。

实验材料与方法材料•较厚的铁片•氧化铁粉末•烧杯•镊子•饮用水•火柴•红磷粉末•烧瓶•密封塑料袋(拉链)方法1.将铁片放入烧杯中,加入适量的氧化铁粉末;2.加入足量的饮用水,达到呈浸水状态;3.放入密闭袋中(必须是拉链密封的后退轻压一下,确保里面不会有空气),慢慢加入新鲜的空气,尽量填充袋子内的空气;4.用镊子将火柴点燃,在尽量熄灭时将红磷粉末撒入瓶中;5.立即打开密闭袋,在合适的时间内观察铁片的变化。

注意:实验过程包含可燃物和易爆物品,请在安全环境下进行。

实验结果与分析经过观察该实验,我们可以得出以下结论:•在氧气环境下,铁能吸氧发生腐蚀现象;•存在氧化铁粉末的情况下,铁片腐蚀更加明显;•塑料袋内空气越少,铁片腐蚀现象越容易观察;•红磷粉末起到了消耗氧气的作用,使观察变得更加明显。

综上所述,本实验设计成功地展示了铁的腐蚀现象,为学生进一步了解材料科学和工程提供了一种创新的方法。

学习收获与总结通过本次实验,学生可以掌握材料腐蚀现象的基本概念和相关实验方法,提高了自己的实验能力和科学素养。

此外,学生也可以了解到1个氧气环境下的化学反应,掌握实验过程中应对意外情况的方法。

在今后的实验过程中,我们应该保证安全,严格按照实验要求进行实验。

这样能够更加准确地得到实验结果,并且不会造成不必要的损失。

参考资料[1] 张列平, 熊启. 材料腐蚀科学[M]. 科学出版社, 2004.[2] 蔡立新, 李志祥. 材料腐蚀与保护[M]. 化学工业出版社, 2016.[3] 范威, 郑海华. 材料的腐蚀与防护实验[J]. 化学通报, 2010, 8(3): 328-329.。

人教版高中化学选修4《化学反应原理》第四章第四节《铁的吸氧腐蚀演示实验》创新设计

人教版高中化学选修4《化学反应原理》第四章第四节《铁的吸氧腐蚀演示实验》创新设计

人教版高中化学选修4《化学反应原理》第四章第四节《铁的吸氧腐蚀演示实验》创新设计1.问题的提出钢铁的吸氧腐蚀实验是高中化学人教版选修4《化学反应原理》第四章第四节(金属的电化学腐蚀)教材上的一个实验,装置如下图1所示,由于所用铁钉表面积较小、导管较粗,按照课本上的方法完成该实验,需要较长的时间才能观察到明显的倒吸现象,不利于课堂教学。

鉴此,本人对该实验经过认真研究,提出了新的改进方法,通过在1~2分钟内观察到明显的倒吸现象,5分钟内并且产生美丽的喷泉,在验证钢铁吸氧腐蚀的同时,收到了良好的课堂效果。

图1 教材实验4-3:铁的吸氧腐蚀实验2.创新设计方案2.1实验用品仪器250mL圆底烧瓶、1mL刻度吸管、玻璃导管、漏斗、橡胶塞、乳胶管、药匙、止水夹、铁架台、铁夹等。

2.2实验药品还原铁粉、炭粉(石墨磨细)、氯化钠饱和溶液、红墨水等。

2.3实验装置图图2 创新实验装置2.4实验操作步骤(1)按照图2所示连接装置,检查装置的气密性。

(2)取下烧瓶、打开止水夹,通过漏斗注入红墨水至如图所示位置。

(3)用饱和食盐水将烧瓶内壁润湿,将还原铁粉与石墨粉按质量比10:1比例混合均匀,用药匙盛混合粉末伸入烧瓶内,撒在内壁约2/3的面积,留出约1/3的面积,便于观察喷泉现象。

(4)塞上塞子,由于塞子塞进烧瓶导致烧瓶内空气体积减小,红墨水左低右高,形成液差,观察液差的变化。

(5)待红墨水左右管液面持平时,用止水夹夹住乳胶管3分钟左右,然后再打开止水夹,观察是否产生喷泉现象。

3.创新实验效果实验装置简单,现象明显。

刻度吸管中的红墨水上升即可说明吸氧腐蚀已经发生,而3分钟后产生喷泉现象,说明烧瓶中的氧气进一步被消耗。

本实验克服了教材上演示实验的不足,直观鲜明,在帮助学生掌握吸氧腐蚀原理的基础上提升了学生的学习兴趣。

4.实验成功关键吸氧腐蚀速率(即钢铁生锈速率)不同于实验室制取气体,反应速率缓慢,烧瓶中压强减小速率慢,烧瓶连接的导管内径一定要细,可用1mL刻度细管或废旧温度计切去两端代替,这样液面高度变化更明显,易形成喷泉实验。

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(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21.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《子的扩散速度。

由于棉纱布层较厚实,所以我们从两边分别加入氯化钠溶液。

注意,试剂的用量非常讲究,否则不能观察到正极的红色。

根据当原电池工作的电流强度一定时,单位时间内产生的OH-就一定,OH-还在不停地向另一电极扩散,再加上正极的碱性要达到pH>8才可能出现红色,故碳棒正极溶液应尽可能地量少点,U形管的口径应与碳棒的直径尽可能地相近,这样才能确保电极与溶液接触面积大,原电池的内阻小,让生成的OH-浓度足够使酚酞变色。

再在铁电极一侧加入铁氰化钾,在碳棒电极一侧加入酚酞溶液(其目的是为了分别检验Fe2+、OH-,与学生说明Fe2+与铁氰化钾呈蓝色可用来检验Fe2+)[2],加入铁丝电极、碳棒电极,电流计改换5mA量程,连接好电路,发现指针发生偏传,电流近2mA。

本次实验现象:U形管的微量实验中,碳棒电极(正极)附近呈红色,铁丝电极(负极)附近呈蓝色,证明钢铁腐蚀过程中,正极产生了OH-,负极产生了Fe2+。

5问题的深入研究思考A:为何要改用U形管做微量实验?目的是在有限空间内生成一定量的氢氧根离子,使酚酞迅速变红。

碳棒正极溶液应尽可能地量少,U形管的口径应尽可能的小,这样才能让OH-浓度足够让酚酞变色。

碳棒电极(正极)附近呈红色,铁丝电极(负极)附近呈蓝色,证明钢铁腐蚀过程中,正极产生了OH-,负极产生了Fe2+。

思考B:构成原电池是否必须有两个活泼性不同的电极?否,如钢铁的吸氧腐蚀可以是相同的铁电极,燃烧电池可用相同的惰性电极等。

思考C:有无其它办法在课堂上检验吸氧腐蚀的产物?有,但不适合作课堂演示实验。

如刘先昊、朱海英设计的《钢铁吸氧腐蚀实验的条件优化》中钢铁腐蚀液滴实验[3],只适合用作学生分组实验。

6本演示实验设计特点反思(1)本装置简明直观,便于观察,实验现象明显,说服力强。

特别是使用物理上演示用的电流计,灵敏度高,刻度显目,便于学生在课堂上观察。

(2)鼓入空气用鱼缸增气泵,代替初期用化学方法制氧气更有创意。

葛宏涛在《吸氧腐蚀的演示实验》[4]中,用的是实验室制氧气的方法,再通入水中研究钢铁的吸氧腐蚀。

而用鱼缸增氧机(市售价只有十多元),比用氯酸钾制氧气或用气唧来提供空气,气流更为恒定,更易于操作。

另外,用鼓入空气来演示钢铁的吸氧腐蚀,更与现实中的钢铁腐蚀的条件一致,更具有说服力。

(3)采用U形管中进行的微型实验,颜色对比鲜明,学生印象特别深刻。

(4)课堂实测,学生对吸氧腐蚀的电极反应的理解效率比照本宣科好很多。

特别是学生书写反应式时不会再出现2H++2e-=H2↑和Fe-3e-=Fe3+等易犯的错误。

经实测,在NaCl溶液浓度为5mol/L,铁片在溶液中部分表面积保持约8cm2,铁片间距2cm 时,演示钢铁腐蚀受氧气的影响的效果更为显著。

食盐水的浓度越大效果越明显,建议使用精盐配成饱和食盐水,再取上层清液进行实验。

铁片的除锈应选用较粗的铁砂纸,铁丝应选用较软的无锈铁丝,不适宜使用硬度较大的钢丝作实验。

本文为中国化学会化学教育委员会基础教育“十一五”重点课题“微型化学实验的趣味性与探究性研究”(HJ2008-0006)成果。

参考文献1邹兰,李勤,魏振枢.差异充气腐蚀产生机理的探讨[J].周口师范高等专科学校学报,1999(5):92Mark T.Stauffer,Justin P.Fox.Yet Another Variation on the Electrolysis of Water at Iron Nails[J].Journal of Chemical Education,2008,85(4):5233刘先昊,朱海英.钢铁吸氧腐蚀实验的条件优化[J].教学仪器与实验,2008(10):374葛宏涛.吸氧腐蚀的演示实验[J].中学化学教学参考,2000(8-9):81(收稿日期:2010-12-10)·16·Educational Equipment And Experiment Vol.27,No.5,2011。

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