基于手持技術(shù)的電化學(xué)腐蝕發(fā)生條件研究

佘海紅

摘 要：人教版、蘇教版課本中均有關(guān)于電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。文章從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，進(jìn)行基于手持技術(shù)的電化學(xué)腐蝕發(fā)生條件實(shí)驗(yàn)，以形象地觀察鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教學(xué);化學(xué)實(shí)驗(yàn);電化學(xué)腐蝕;創(chuàng)新設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-3561（2019）13-0089-01

人教版和蘇教版課本中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)引發(fā)了筆者思考：如何在課堂上有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生直觀地體會(huì)到吸氧腐蝕和析氫腐蝕的發(fā)生？以下是筆者的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

一、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來(lái)源

人教版、蘇教版課本中均有關(guān)于電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。人教版：將經(jīng)過(guò)酸洗除銹的鐵釘，用飽和食鹽水浸泡一下，放入連接有導(dǎo)管的具支試管，導(dǎo)管末端浸入水中。幾分鐘后，觀察導(dǎo)管中水柱的變化。蘇教版：向還原鐵粉中加入少量的炭粉，混合均勻后，撒入內(nèi)壁分別用氯化鈉溶液和稀醋酸潤(rùn)濕過(guò)的兩支具支試管中，幾分鐘后觀察、比較導(dǎo)管中水柱（在水中滴加幾滴紅墨水）的變化和試管中的現(xiàn)象。對(duì)這兩套方案，筆者有如下思考：人教版中浸泡鐵釘?shù)氖雏}水是飽和溶液，蘇教版中并未提及是否飽和，那么離子濃度對(duì)鐵的腐蝕影響大小如何？人教版用鐵釘來(lái)做吸氧腐蝕，蘇教版中用鐵粉，二者接觸面積對(duì)鐵的電化學(xué)腐蝕的速率影響大小如何？蘇教版中析氫腐蝕使用稀醋酸，溶液酸度達(dá)到什么程度，析氫腐蝕較為明顯？以下是筆者的探索實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

（1）實(shí)驗(yàn)試劑：NaCl（固體）、濃H2SO4、水、鐵粉、碳粉。（2）實(shí)驗(yàn)儀器及用品：電腦、數(shù)據(jù)采集器、壓強(qiáng)傳感器、氧氣傳感器、注射器、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、試管、藥匙、pH計(jì)、一次性手套、紗布。

三、實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程

配制溶液：（1）將一定質(zhì)量的NaCl（固體）加入到一定體積的水中，配制濃度約為2 mol/L的NaCl溶液。（2）分別取一定體積上述NaCl溶液，向其中滴加濃硫酸，配制pH=5、pH=2、pH=1、pH=0的硫酸和NaCl的混合溶液，冷卻后備用。（3）向蒸餾水中加入濃硫酸，配制pH=5的稀硫酸，將所配制的溶液進(jìn)行編號(hào)：樣品1：2 mol/L NaCl溶液;樣品2～5：依次為 pH=5、pH=2、pH=1、pH=0的硫酸和NaCl的混合溶液;樣品6：pH=5的稀硫酸。

實(shí)驗(yàn)一，探究酸度對(duì)鐵的電化學(xué)腐蝕的影響。步驟：將紗布分別用樣品1（2 mol/L NaCl溶液）、樣品2～5（pH=5、pH=2、pH=1、pH=0的硫酸和NaCl的混合溶液）浸泡，擰干，再撒上等量鐵、碳混合物，裝入大試管，連接裝置，點(diǎn)擊電腦軟件開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

現(xiàn)象及結(jié)論。采集100s內(nèi) 5個(gè)大試管中壓強(qiáng)的變化情況，數(shù)據(jù)處理后可知樣品1～6在100s內(nèi)壓強(qiáng)分別減小5kPa、減小6kPa、減小8.5kPa、減小10kPa、增加19kPa。結(jié)論1：pH≈1時(shí)，鐵發(fā)生吸氧腐蝕速率最快，pH為0時(shí)主要發(fā)生析氫腐蝕。

實(shí)驗(yàn)二，探究離子濃度對(duì)鐵的電化學(xué)腐蝕的影響。步驟：同實(shí)驗(yàn)一，浸泡紗布的溶液改為樣品2（pH=5的硫酸和NaCl的混合溶液）和樣品6（pH=5的稀硫酸）。

現(xiàn)象及結(jié)論。用數(shù)據(jù)采集器采集100s內(nèi)兩個(gè)大試管中壓強(qiáng)的變化情況（使用樣品2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)壓強(qiáng)減小6kPa，使用樣品6進(jìn)行實(shí)驗(yàn)壓強(qiáng)減小大約2kPa）。結(jié)論2：離子濃度增大，鐵的吸氧腐蝕加快，可較為明顯地觀察吸氧腐蝕的變化。

實(shí)驗(yàn)三，探究容器體積對(duì)鐵的電化學(xué)腐蝕的影響。步驟：將兩塊紗布均用樣品4（pH=1的硫酸和NaCl的混合溶液）浸泡，擰干，再撒上等量鐵、碳混合物，分別裝入大試管和錐形瓶中，連接裝置，點(diǎn)擊電腦軟件開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

現(xiàn)象及結(jié)論。用數(shù)據(jù)采集器采集100s內(nèi)兩個(gè)裝置中壓強(qiáng)的變化情況（大試管中壓強(qiáng)減小10kPa，錐形瓶中壓強(qiáng)減小5kPa）。結(jié)論3：容器體積較小時(shí)，吸氧腐蝕引起的壓強(qiáng)變化比較明顯。

實(shí)驗(yàn)四，探究溫度對(duì)鐵的電化學(xué)腐蝕的影響。步驟：將紗布用樣品4（pH=1的硫酸和NaCl的混合溶液）浸泡后，擰干，再撒上等量鐵、碳混合物，放入大試管中，連接裝置（其中一只大試管采用熱水浴加熱），采用O2傳感器測(cè)定試管內(nèi)O2濃度的變化。點(diǎn)擊電腦軟件開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

現(xiàn)象及結(jié)論。用數(shù)據(jù)采集器采集兩個(gè)大試管中O2濃度的變化情況（同樣使氧氣的濃度降為19%，室溫需要300s，90℃的水浴中僅需150s）。結(jié)論4：溫度越高，鐵的吸氧腐蝕速率越快。

四、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

綜上結(jié)論，筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。步驟：（1）將20mL的注射器吸滿pH=0的硫酸，插在單孔橡皮塞上（吸氧腐蝕形成的負(fù)壓達(dá)到一定程度時(shí)，注射器內(nèi)的稀硫酸將被吸入試管中）。（2）稱取5g的鐵粉、2g的碳粉置于濾紙上混合均勻。（3）將一塊15cm×15cm的紗布放入pH=1的硫酸、NaCl 混合溶液浸泡后取出并將其擰干。（4）攤開(kāi)紗布，將鐵粉、碳粉的混合物均勻撒在紗布的兩面。（5）將紗布放入試管中（盡可能疏松），并塞上單孔橡皮塞。（6）點(diǎn)擊電腦軟件采集相關(guān)數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處在于：（1）裝置簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)時(shí)間短、操作方便，可在兩分鐘內(nèi)觀察到吸氧腐蝕轉(zhuǎn)化成析氫腐蝕。（2）實(shí)驗(yàn)的定量化使穩(wěn)定性更好。（3）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的可視性讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更形象生動(dòng)、具體直觀。

參考文獻(xiàn)：

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