鋼鐵吸氧腐蝕速度的探究題

文章編號:1005-6629(2010)09-0079-02 中圖分類號:G632.8 文獻標識碼:B

[問題]某課外實驗探究小組的同學看到老師在上課演示鋼鐵的吸氧腐蝕時，玻璃導管中的 水柱遲遲不見上升[1]，他們覺得是反應的速度太慢所致[2]，打算進行加快鋼鐵吸氧腐蝕的實驗探究性學習。經過反復討論，他們從用菜刀切泡菜時如果沒有及時潔凈和擦干菜刀上的泡菜水，會馬上看到菜刀生銹產生黃褐色的鐵銹的現象得到啟示，決定首先從改變浸泡鐵粉和炭粉的溶液入手。并設計了如下裝置(夾持裝置部分已略去)來進行探究性實驗。

裝置說明:圖1為原教材裝置圖，圖3、4中的具支試管膠皮塞上嵌入了兩條濾紙條，圖4裝水的試管插入燒杯的熱水浴中。

他們按照上面的裝置進行加快鋼鐵吸氧腐蝕的實驗探究。

1. 你覺得在圖2、3、4的裝置中，右邊試管里的玻管改成拉細的尖嘴管的作用是_____________。

2. 他們除了用泡菜水潤濕具支試管壁，將炭粉按質量比1∶10混勻后均勻地粘附在試管壁上外，還在圖3、4的具支試管的膠皮塞上嵌入兩條濾紙條，并用泡菜水浸濕濾紙條，將炭粉和鐵粉均勻地粘附在濾紙條兩面的作用是_______________________。

3. 將裝置2、3在室溫下(8.5 ℃)進行實驗，圖4燒杯中的熱水浴的溫度為60 ℃，得出的實驗數據如下:

在用圖4裝置進行的實驗中，將試管放入熱水浴中的作用是___________，在插入熱水浴前10 s時，尖嘴處向外冒氣泡的原因是____________，實驗前他們考慮到泡菜壇中的泡菜水長時間浸泡各種蔬菜，可能有一定的酸性，于是用pH試紙檢測得泡菜水的pH為5。試分析當用食鹽水浸泡鐵粉和炭粉的混合物改為用泡菜水浸泡，能顯著地加快鐵粉的吸氧腐蝕速度的原因是__________和________。

[命題意圖]

本題屬于原創題，對于鋼鐵的吸氧腐蝕，以前各種版本的高中化學教材都沒有設置實驗，新課程標準中的兩種新教材增加了這個實驗[1]，但是使用區的師生對這個實驗的操作效果都不太理想，主要是要觀察到預期中的實驗現象需時太長，無論作為課堂演示實驗還是學生探究實驗都不太適合，為此，我們對這個實驗進行了改進研究，并且獲得了非常滿意的效果，本題就是結合我們對該實驗[2]的最新研究過程和成果創作的，題中的數據都是我們研究時的原始數據， 試題還沒有使用過， 適合于高三學生在復習中使用， 因為此時學生已經具備了有關影響化學反應速率的因素的綜合知識。

[試題點評]

1聯系生活，用生活中的經驗啟迪難解的化學問題

新課程標準強調化學與生活密切聯系，當化學學學習過程中有難于解決的難題時，生活中的經驗也可以反過來為化學的教學提供解決的突破口，大有“眾里尋她千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”之感。如果是生長在有食用泡菜習慣的地區，并且有過用菜刀切泡菜的生活經驗的學生，聯想到這里，自然會產生遷移、進而用泡菜水來代替原實驗中的食鹽水來創新改進實驗探究的想法，我們覺得是符合新課程標準精神的。

2重視基礎，從基礎中創新

人教版《實驗化學》中這樣敘述:美國阿波羅“登月計劃”總指揮韋伯在“阿波羅”登月成功后曾說:“阿波羅計劃”中沒有一項新發明的技術，關鍵是現成的技術，關鍵在于綜合，綜合也是創新……。利用學生已經具有的知識和技能，嘗試實驗設計上的創新，用浸濕的濾紙的兩面粘附鐵、炭混合粉末來增大它們與空氣中的氧氣的接觸面積，進而加快鋼鐵吸氧腐蝕的速度，把濾紙吸附能力強的物理性質巧妙地運用到本實驗中，就是基礎知識上的創新，符合課程改革精神。

3學科間巧妙融合，在融合中創新

在第3問中，將試管浸入水浴加熱后，試管中的氣體由于受熱膨脹，體積增大產生氣泡，自然地與物理知識相結合。要求學生對此現象原因作出分析，有利于提高學生思維的嚴密性，屬于學科融合中的創新，自然而不露痕跡。

4源于教材，高于教材

試題取材于教材中的探究實驗，凡是使用該教材的學生都已經接觸過，不偏、不怪。試題要求對實驗中的缺陷進行改進與探究，并不是教材實驗的簡單再現，而是比教材要求更高，改變以往“照方抓藥”、“依葫蘆畫瓢”的驗證實驗，有利于培養學生的創新思維和能力。

[解答思路]

本題以問題為主線，并將問題重心放在實驗原理和裝置原理上，環環相扣。現簡析如下:

在題干中提出了本題要解決的問題:反應速率慢，玻管中“遲遲不見水柱上升”，而在圖1和圖2中，又有意將改進前的教材中的圖1和改進后將玻管變成尖嘴管的圖2并排放在一起，這對正確解答第1問“拉細尖嘴的作用”有很好的提示作用。

有了第1問的正確解答基礎后，第2問從裝置中增加了濾紙條，并在濾紙的兩面粘附鐵、炭粉末，就會自然聯想到是為了增大和空氣中氧氣的接觸面積而加快反應速率。這又是一個裝置原理。

第3問第一空是實驗原理，是升溫對化學反應速率的影響，第二空要解釋實驗現象，從空氣的熱脹冷縮考慮也應該不難，第三空有了測定泡菜水的pH的鋪墊，也降低了又一次闡明實驗原理的難度，不過這里應該是全題對思維要求最高之處。溶液的pH比食鹽水小，酸性強，自然是能夠使氧氣的氧化性增強。

答案:

1. 放大實驗現象，以利于更明顯觀察到水柱上升。

2. 增大鐵粉與氧氣的接觸面積，加快吸氧腐蝕速率。

3. 加快反應(或吸氧腐蝕)速率;具支試管內氣體受熱膨脹，體積增大放出;泡菜水酸性比食鹽水強而使氧氣氧化性增強;泡菜水中溶解了大量有機和無機鹽，使反應速率加快。(后面兩空可以交換位置)。

參考文獻:

[1]王祖浩.普通高中課程標準教科書·化學選修.化學反應原理[M].江蘇教育出版社，2006:23.

[2]任志強，徐素芳.蘇教版.化學反應原理中值得商榷的幾個問題[J].中學化學教學參考，2008(11):36.