探究有效的實驗，促進學生化學概念形成

蔣尚燕+金輝

摘 要： 作者對鐵的吸氧腐蝕演示實驗進行了改進，采用手持技術，利用氧氣傳感器測定實驗過程中的氧氣濃度變化。酸性較強條件下以析氫腐蝕為主；在中性條件下發生吸氧腐蝕；在弱酸性條件下，析氫腐蝕和吸氧腐蝕是同時發生的。

關鍵詞： 吸氧腐蝕 手持技術 實驗改進

一、教材分析

金屬的吸氧腐蝕發生的條件是在酸性較弱及中性環境下發生的。而蘇教版《化學反應原理》中的“金屬的電化學腐蝕”這節課，針對電化學腐蝕的析氫腐蝕和吸氧腐蝕做了兩個獨立探究，其中吸氧腐蝕的探究條件僅僅是在中性環境中，由此學生很難理解在含有氫離子的酸性環境中能夠發生吸氧腐蝕。

針對這樣的問題，我設計了金屬析氫腐蝕與吸氧腐蝕連續性試驗，把二者結合在一起，給學生一個弱酸性環境下發生吸氧腐蝕的實例。同時，運用數字化技術，將裝置中氣壓和氧氣濃度的實時變化在計算機軟件中以坐標形式呈現給學生。這樣，用定量形式描述氫氣生成，氣壓增大，酸性逐漸減弱，氧氣的濃度降低，證明發生了吸氧腐蝕。這就給學生提供了生動真實的情景說明在弱酸性環境下，發生的是吸氧腐蝕。這樣的探究式實驗方法給學生的創新思維提供了借鑒，學生對于自己理論學習中遇到的困難，也會嘗試自主設計實驗，運用新技術等工具為自己的學習提供幫助。

二、實驗探究

設計了如下圖一套實驗裝置。

實驗1：向錐形管中加入少量pH=3的稀硫酸，充分潤濕錐形瓶底部及內壁，將按照質量比約為1：3的還原鐵粉和炭粉混合物撒在錐形瓶側壁及底部，迅速塞好橡膠塞。我們可以觀察到右邊液面上升，說明錐形瓶內氣壓增大，可以分析得到水膜中的H■得到電子變成了氫氣，同時向學生展示兩小時前完成實驗的錐形瓶，可以看到側壁上有很多黃色的鐵銹顆粒，這說明鐵粉被氧化了。然后指導學生完成電極方程式的書寫：

所以就有了我們看到的鐵銹顆粒。

實驗2：適當減少加入錐形瓶的硫酸的量，其他條件相同重復以上實驗，我們可以觀察到U型管中先是右邊液面升高，大約一分鐘后右邊液面慢慢下降，然后左邊液面開始升高。

結合錐形瓶內氣體的成分，引導學生討論，可能是哪種氣體被吸收導致氣壓降低的。

學生根據氧化還原原理作出猜測，可能是錐形瓶中的氧氣與鐵粉反應，導致氣壓減小。

有沒有辦法證明學生的猜測呢？

三、現代數字化技術應用

利用傳感器進行實驗探究過程設計。

1.用USB數據線將計算機與數字采集器連接起來。

2.將氧氣傳感器、壓強傳感器連接到數據采集器上。

3.三口瓶的左端接入帶止水夾導氣管的單孔膠塞（以便調節內外壓平衡），中間用單孔膠塞將三口瓶與氧氣傳感器連接，右端用單孔膠塞將壓強傳感器與三口瓶連接。

4.分別在不同pH條件下發生鐵的電化學腐蝕，檢測三頸燒瓶內壓強的變化與氧氣濃度的變化。

由此我們就“看到”在弱酸性環境下，鐵粉發生析氫腐蝕的同時發生吸氧腐蝕。這樣的探究式實驗方法給學生的創新思維提供了借鑒，學生對于自己理論學習中遇到的困難，也會嘗試自主設計實驗，運用新技術等工具為自己的學習提供幫助。同時讓課堂教學變得生動真實，體現化學的價值、研究的價值，更體會到現代先進的實驗手段對于學科發展的促進作用。

參考文獻：

[1]王祖浩，主編.普通高中課程標準實驗教科書.化學反應原理（選修）[M].江蘇教育出版社.

[2]孫慧玲，靳瑩，霍愛新.基于手持技術的金屬電化學腐蝕實驗改進.