有关钢铁吸氧腐蚀酸性条件的研究(1)

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问题的提出
人结合学生探究实验， 找出了洋葱根尖预处理实 。 验最佳效果的途径 2 研究的方法 1 ) 运用对照实验法进行实验 让每班学生（ 高二年级共 14 个班， 每班 35 ～ 40 人） 根据兴趣自由组合分成 5 个大组（ 见表 1） 。 每个组做数个根尖， 每个根尖随机拍摄 5 张
“制作并 观 察 植 物 细 胞 有 丝 分 裂 的 临 时 装 片” 是浙教版高中生物学必修 Ⅰ 中的一个学生实 验。通过该实验使学生对植物细胞有丝分裂的过 程有个感性的认识， 从而获取细胞增殖与分化的 理论基础， 但往往因为洋葱根尖分生区细胞处于 分裂期的时间很短而导致实验效果不佳 。为此本
（ VENIER LabPro） 、 BTA ） 、 气体压力传感器 （ GPS计算机及其相配套的数据采集软件 （ Logger Pro） 。 3 实验步骤 3、 4、 5、 6 的醋酸溶液和 pH ①配制 pH 为 2 、 为 7 的饱和食盐水。 ②将气压传感器、 数据采集器、 计算机三者相 连接。打开 Logger Pro 数据采集软件。 ③将 1. 5g 铁粉和 0. 5g 碳粉相混合， 倒入锥 滴加醋酸润湿表面， 插入气压传感器， 采 形瓶中， 集实验数据。 4 实验图形 3、 4 的图形变化趋 从图 1 中， 我们发现 pH = 2、 势差异较大， 因此我们又补做了 pH = 2. 5 和 pH =
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Educational Equipment And Experiment Vol． 29 ，No． 7 ， 2013
+ － 正极： 2H + 2e = H2 + φ （ H / H2 ） = φ Θ 2 （ H + / H2 ） + 0. 0592 /2 lg ［ H +］ = － 0. 236V 2+ φ Θ （ Fe / Fe ） = －
E = φ + － φ － = － 0. 236V － （ － 0. 440V ） = 0. 204V ( 2 ) 若发生吸氧腐蚀 － 2+ 负极： Fe – 2e = Fe 0. 440V
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檸檸檸檸殠 实验园地
有关钢铁吸氧腐蚀酸性条件的研究
□ 朱鹏飞
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1． 江苏省无锡市第一中学 214031 ； 2． 南京师范大学教师教育学院 210097 ； 3． 浙江省宁海县学正中学 315611
摘 要 利用传感技术并结合理论计算探讨了酸性条件下钢铁发生吸氧腐蚀所需要 的 pH 范 围， 为 教师 进行 该 演 示实验提 传感技术 吸氧腐蚀 酸性条件
供一定的参考。 关键词
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问题的提出
人教版普通高中化学教科书化学反应原理 模块指出 ： 在 一 般 情 况 下 ， 钢铁表面吸附的水 膜酸性很 弱 或 呈 中 性 ， 但 溶 有 一 定 量 的 氧 气。 此时就 会 发 生 吸 氧 腐 蚀 。 鲁 科 版 相 关 内 容 也 指出 ： 在通 常 情 况 下 水 膜 酸 性 不 强 ， 主要发生 水膜中 溶 解 的 氧 气 被 还 原 的 反 应 。 对 比 两 本 教材 的 内 容 ， 如何去理解吸氧腐蚀发生的条 ： pH 为 多 少 才 能 达 到 酸 性 件 酸性很弱或不 强 ， 条件下 发 生 吸 氧 腐 蚀 的 条 件 。 笔 者 对 此 进 行 了实验研究 。 无论 是 发 生 何 种 类 型 的 腐 蚀 ， 都 涉及到气体的放 出 和 产 生 ， 因此笔者利用气压 传感器检测不同 pH 体系且密封环 境 下 铁 腐 蚀 的压强情况 ， 借以 说 明 酸 性 条 件 下 析 氢 和 吸 氧 腐蚀发生的条件 。 2 实验仪器和药品 冰醋酸、 饱和食盐水、 炭粉、 铁粉、 数据采集器
+ － 正极： O2 + 4H + 4e = 2H2 O 2+ φ Θ （ Fe / Fe ） = －
φ （ O2 / H2 O ） = φ Θ （ O2 / H2 O ） ［ H ］ = 0. 983V
+ 4
+ 0. 0592 /4lg
E = φ + － φ － = 0. 983V － （ － 0. 440V ） = 1. 423V
探究洋葱根尖预处理最佳效果的途径
□ 连 波
浙江省杭州市第四中学 310018
摘 要 通过利用秋水仙素、 对二氯苯饱和水溶液浸泡根尖， 球茎冷藏常温交替培养根尖， 离体根尖冷藏 的 预处 理 等 方 式 来
研究改变洋葱根尖细胞的前、 中、 后、 末期有丝分裂相指数。通过数码显微镜互动系统记录结果、 统计数 据， 找 到 适 合 现阶 段 “制作并观察植物细胞有丝分裂的临时装片” 高中教学 材料的最佳预处理途径， 以达到提高实验观察效果的目的。 关键词 课题 冷藏常温交替培养法 洋葱根尖 预处理
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3. 5 介质情况下铁的腐蚀实验。实验图形见图 2。 5 理论解释 分析实验采集得到的图形， 我们可以发现： pH = 2 时， 压强呈现上升趋势， 实验现象表现为析 氢腐蚀； pH = 4 时锥形瓶内压强下降， 实验现象表 现为吸氧腐蚀； 而 pH 在 2 至 4 之间， 压强先降低 后升高， 实验现象表现为先发生吸氧腐蚀 ， 后析氢 腐蚀。当然具体发生何种类型的腐蚀还得结合理 论数据来说明。 以 pH = 4 为例， 此时铁与杂质发生的腐蚀行为， 是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀呢？ 一方面取决于氢 离子和溶解氧哪个先在电极上放电。从热力学观点 来看， 可通过比较两个反应的电极电势来进行解释。 下面计算 pH = 4 时体系的电极电势。 ( 1 ) 若发生吸氢腐蚀 － 2+ 负极： Fe – 2e = Fe 0. 440V
《教学仪器与实验》 第 29 卷 2013 年 第 7 期
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图2ห้องสมุดไป่ตู้
降后升高， 且可以发现曲线变化的趋势较平缓 ， 笔 者推测此时溶液体系中析氢腐蚀和吸氧腐蚀存在 竞争。即使在曲线下降的时候也可能发生析氢腐 曲线上升的时候也可能发生吸氧腐蚀 ， 但此时 蚀， 析氢腐蚀占据主要地位。 6 教学建议 教师在演示铁在弱酸性条件下的吸氧腐蚀实 选取的醋酸 pH 应当大于 4 ， 效果较明显。 验时， 此时正极发生的电极反应方程式为 O2 + 4H + 4e = 2H2 O。若演示铁在酸性条件下的吸氧腐蚀实
Educational Equipment And Experiment Vol． 29 ，No． 7 ， 2013
图1
通过计算的数据可以发现当溶液的 pH = 4 时， 吸氧腐蚀反应的电极电势更大， 说明此时发生 吸氧腐蚀更容易， 反应的趋势更大。 当然铁腐蚀 行为的解释还需结合动力学数据来进行说明 。金 属腐蚀速度取决于有效电位和电阻 。当阳极金属 不断离子化的时候， 溶解氧和氢离子或其他氧化 剂不断地吸收电子， 腐蚀速度与上述电子流动速 度有关。结合气压传感器采集得到的数据， 可以 认为在 pH = 4 及以上的条件下发生的主要为吸 氧腐蚀。 需要指出的是在上述计算电极电势数据的 过程 中 ， 代入的压力数据与实际情况并不一 致， 如发生吸氧腐 蚀 时 氧 气 的 实 际 压 力 应 该 只
5 有 0. 21 × 1. 01 × 10 Pa ， 但通过计算可以发现 电极电势仅仅增加 用纯氧代替空气 中 的 氧 气 ， 了 0. 01 V ， 对 最 终 的 计 算 结 果 没 有 影 响， 所以
我们并没 有 对 氧 的 电 极 电 势 进 行 相 应 压 力 数 据的修正 。 那么在什么酸性条件下才能发生吸氢腐蚀 3］指出氧气在较强的酸性并密封的 呢 ？ 文献［ 条件下溶解度很 小 ， 在进行正极上的还原反应 时， 极少量的氧不 会 影 响 氢 离 子 的 还 原 。 此 时 发生的 是 析 氢 腐 蚀 。 通 过 气 压 传 感 器 采 集 得 到的图像和数据表明 pH 小于 2 时 发 生 的 主 要 为析氢腐蚀 。 当 pH 在 2 到 4 之间的时候， 整个曲线先下
+ －
验， 则选取的醋酸 pH 应当小于 2 。 参考文献
1 2 3 4 宋心琦等． 普通高中课程标准实验教科书． 化学反应原理． 北 2007 ： 85 京： 人民教育出版社， 王磊等． 普通高中课程标准实验教科书． 化学反应原理． 山东 2004 ： 28 科技出版社， 贺礼坤． 对教材中钢铁腐蚀两个问题的讨论． 川北教育学院学 1994 （ 3 ） ： 73 － 75 报（ 自然科学版） ， ． 高等教 育出版社， 北京师范大学 等． 无 机 化 学 （ 上册） ［M］ 2002 ： 422 － 426 （ 收稿日期： 20130305 ）