鐵釘生銹實驗新設計

摘要：針對鐵釘生銹演示實驗在教學中存在的問題，通過對該實驗的探究，改進了實驗條件，使得鐵釘生銹演示實驗滿足了課堂教學的需要。

關鍵詞：鐵釘生銹；探究

文章編號：1005－6629(2007)11－0012－02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

高中階段學習鋼鐵腐蝕時，往往涉及鋼鐵的化學腐蝕和電化學腐蝕。上海高中化學教材是鐵釘在空氣和水共存的條件下反應，實驗要在一周后才有明顯的現象。人教版高中化學教材增加了氯化鈉的條件，但在短時間內實驗腐蝕現象也不明顯。由此可見，在課堂上演示鐵釘生銹、腐蝕時，演示效果不理想，主要存在以下兩個問題： （1）鐵釘腐蝕的速度慢，需要很長時間才能觀察到現象，不符合課堂演示實驗的要求； （2）生銹現象不夠明顯，使學生難以對鋼鐵的腐蝕產生深刻直觀的印象。因此，若能設計一個既能在短時間內觀察到明顯的鋼鐵腐蝕現象又能使學生對于電化學腐蝕原理有深刻理解和直觀感受的實驗，則能大大提高實驗的教學質量。為此筆者對教材中的鐵釘腐蝕條件的探究實驗進行了改進，從原電池反應和Cl-效應這兩個因素出發對實驗進行了新的設計，該實驗設計操作簡單、效果明顯、耗時短，滿足了課堂教學要求，并由此進一步探討了鋼鐵腐蝕的條件。

1 實驗

1.1置換反應形成“原電池”從而加速鐵釘生銹、腐蝕的探究

1.1.1實驗步驟：

取三支試管，分別倒入10mL的蒸餾水；在第一支試管中滴加5滴7﹪CuSO4溶液，在第二支試管滴加5滴7﹪CuCl2溶液，在第三支試管滴加5滴飽和NaCl溶液（滴加少量銅鹽使銅離子的藍色不會對腐蝕的觀察造成視覺上太大的干擾）；在三支試管中分別裝入用砂紙打亮的鐵釘。

1.1.2 實驗現象

第一支試管中鐵釘在五六分鐘內表面有灰黑色物質生成；第二支試管的鐵釘在五六分鐘左右表面就有紅褐色鐵銹生成（如圖1所示），大約一刻鐘后現象非常明顯（如圖2所示），幾分鐘內溶液呈現淺黃色；在第三支試管中的鐵釘在一個小時內表面無明顯變化，鐵釘表面出現微小的“黃斑”（只能近距離觀察才能看到）。

一周之后，第一支試管底部沉淀了較多的灰色固體，第二支試管中有大量的紅褐色物質吸附在鐵釘的表面，試管底部也有較多的紅褐色物質；而第三支試管中鐵釘表面底部有少量的鐵銹，溶液呈棕黃色。

將第一支和第二支試管里的固體物質經過洗滌后分別轉移置兩只小燒杯中，再分別加入足量鹽酸后，第一支試管的固體大部分未溶解，說明第一支試管中的固體大部分是單質銅；第二支試管的固體大部分溶解，且溶液呈棕黃色，說明第二支試管中的固體大部分是氧化鐵(即鐵生銹產物)。

1.1.3 實驗結論

由實驗現象可得：鐵釘在加入少量氯化銅的溶液中，腐蝕速度快，生銹現象明顯。

1.2實驗2.鐵釘在不同質量分數的CuCl2溶液中的腐蝕情況探究

1.2.1 實驗步驟

分別配制濃度為 0.5%， 1.0%， 1.5%， 2.0%，3%，5%的CuCl2溶液各5mL。準備六支試管標上1#、2#、3#、4#、5#、6#，各裝5mL水，然后分別滴加上述的CuCl2溶液5滴，最后分別放入用砂紙打亮的鐵釘。觀察并記錄現象。

1.2.2實驗現象

1.2.3 實驗結論

在充分考慮銅離子顏色干擾的前提下，質量分數為2%—5%的CuCl2溶液使鐵釘腐蝕的演示效果最佳。

2 分析

通過以上實驗說明，在置換反應引發和Cl-的同時存在的條件下，可以為加快鐵釘生銹創造最佳條件。

首先， Fe2+的生成加快。由于Fe與Cu2+之間的置換反應中，Fe直接與Cu2+接觸，鐵原子和銅離子在同一地點，同一時刻直接交換電荷，完成氧化還原反應。生成的銅原子附在鐵器表面，形成了微型原電池、從而使鐵加速“生銹”！即加快了溶液中的水和氧氣獲得電子生成OH-，并與生成的Fe2+結合成Fe（OH）2的反應速度。

其次，Cl-是穿透力極強的離子，極易穿透金屬表面的氧化物膜，從而加速電化學腐蝕反應。

3 結論

水中少量氯化銅的存在，可以使鐵變為“雜質鐵”，從而加速鐵釘的腐蝕、生銹，本實驗現象明顯，耗時短，使學生獲得鋼鐵腐蝕、生銹的直觀印象外，還可以加深對電化學腐蝕原理的理解，取得較佳的實驗教學效果。

參考文獻：

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[2]鐘興厚，蕭文錦，袁啟華等.無機化學叢書（第六卷）[M].科學出版社，1995：212-214.

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”