吸氧腐蝕實驗設(shè)計

摘 要：為高中化學(xué)選修4設(shè)計的吸氧腐蝕實驗操作簡便，現(xiàn)象明顯、快速。實驗只需要2分鐘就能完成，適合于學(xué)生實驗或演示實驗。

關(guān)鍵詞：吸氧腐蝕； 實驗設(shè)計

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）08-024-001

人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書化學(xué)選修4化學(xué)反應(yīng)原理第四章第四節(jié)金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)中，鐵的吸氧腐蝕實驗4-3如下：

我們知道：金屬腐蝕分化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕又包含析氫腐蝕和吸氧腐蝕。在電化學(xué)腐蝕過程中，不斷有氫氣放出，叫析氫腐蝕。這是在酸性環(huán)境中引起的腐蝕。在電化學(xué)腐蝕過程中，吸收氧氣分子參加原電池反應(yīng)叫吸氧腐蝕。

然而，學(xué)生在實驗4-3中，檢查該裝置氣密性時發(fā)現(xiàn)：將導(dǎo)管一端插入水中，玻管內(nèi)水面與管外水面基本齊平，將玻管位置提高（末端不脫離水面），則玻管內(nèi)形成一段液柱。這是因為由于提升玻管，液面上容器與導(dǎo)管構(gòu)成的體系體積增大，氣壓減小，所以玻管內(nèi)會形成一段液柱（大氣壓等于容器內(nèi)氣體壓強與玻管內(nèi)超出液面部分液柱壓強之和）。

因此，教材中鐵的吸氧腐蝕實驗存在兩方面問題：一是鐵釘表面與空氣的接觸面小，短時間內(nèi)難以觀察到明顯的變化，二是液柱形成的原因說服力不強（是由于盛水試管中導(dǎo)管的位置變化引起的，還是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的，都有可能），我們認(rèn)為有必要對該實驗進(jìn)行改進(jìn)。

1.吸氧腐蝕實驗原理

負(fù)極：2Fe-4e-=2Fe2+

正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

進(jìn)一步反應(yīng)：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

Fe（OH）3脫去一部分水生成Fe2O3·xH2O（鐵銹的主要成分）。

2.實驗改進(jìn)

將還原鐵粉和含有少量的炭粉的混合物撒入內(nèi)壁用家庭泡咸菜的鹽水潤濕過的錐形瓶中，按圖1所示連接好裝置，觀察、比較導(dǎo)氣管彎成的u形管中液面高度的變化（為了便于觀察，液體用水中滴有紅墨水等顏料的紅色溶液，并將膠管做成的膠圈固定在u形管與大氣相通的液面位置做下標(biāo)記）。

觀察到什么現(xiàn)象？為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？

3.實驗現(xiàn)象及分析

剛開始，由導(dǎo)氣管彎成的u形管內(nèi)兩液面齊平，當(dāng)膠塞塞入錐形瓶時，由于減小了空間，擠壓了體系內(nèi)的氣體，u形管與錐形瓶相連的液面（左邊）低，與大氣相通的液面（右邊）高，如圖1所示。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，消耗氧氣，體系氣壓減小，液體被吸向膠管一方，如圖2所示，2分鐘內(nèi)就可以觀察到u形管內(nèi)液面左邊高右邊低，實驗前后液面高度差達(dá)到1-2cm的現(xiàn)象。這就能說明不是因為漏氣引起的u形管內(nèi)右邊液面下降，因為漏氣只能使u形管內(nèi)液面左右齊平。左邊高說明是反應(yīng)引起的瓶內(nèi)壓強小于大氣壓，間接證明了反應(yīng)消耗了氧氣。

4.改進(jìn)后實驗的特點

用還原鐵粉和含有少量的炭粉的混合物，撒入內(nèi)壁用家庭泡咸菜的鹽水潤濕過的錐形瓶，目的是增大反應(yīng)物的接觸面，加快反應(yīng)速度，用家庭泡咸菜的鹽水潤濕錐形瓶造成弱酸性環(huán)境，適合于學(xué)生實驗或演示實驗。生活，有利于學(xué)生運用所學(xué)的知識解釋生活中的化學(xué)現(xiàn)象，例如切泡咸菜的刀未及時洗凈（殘液NaCl），很快便出現(xiàn)紅褐色銹斑，菜刀不是純鐵，內(nèi)含金屬或非金屬雜質(zhì)，如果未及時清洗，表面有一層含有NaCl的水膜，氧氣溶于水膜，在酸性很弱或中性環(huán)境中，鐵器發(fā)生了吸氧腐蝕。用導(dǎo)氣管彎成的u形管測定體系氣體壓強變化，形象、直觀、靈敏，能激發(fā)學(xué)生深刻、全面地思考問題，提高思維能力。

改進(jìn)后實驗快速、簡便、易操作，現(xiàn)象明顯，不僅能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能幫助學(xué)生直觀地理解吸氧腐蝕原理，并區(qū)別吸氧腐蝕與析氫腐蝕，適合于演示實驗和學(xué)生分組實驗。