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1、鐵釘腐蝕實(shí)驗(yàn)探究黃智槐一．探究沖動(dòng)在講《幾種重要金屬》一章中金屬的電化學(xué)腐蝕的時(shí)候，學(xué)生非常感興趣，同時(shí)又被每年被腐蝕金屬約占生產(chǎn)的1/3和教材圖4-26銹跡斑斑的鐵鏈所震撼，為了加深對(duì)金屬腐蝕的理解，了解腐蝕的危害和掌握金屬防腐的技巧，在老師的提議下，學(xué)生強(qiáng)烈要求自己做實(shí)驗(yàn)，親自探究金屬腐蝕的歷程。二．思維的火花在強(qiáng)烈的探究欲望指引下，學(xué)生在如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)這一點(diǎn)上產(chǎn)生了激烈的爭(zhēng)論。如：金屬在潮濕的環(huán)境下比干燥的環(huán)境下更容易腐蝕嗎？在潮濕的環(huán)境下發(fā)生的是哪一類腐蝕呢？電化學(xué)腐蝕的速率為什么比純粹的化學(xué)腐蝕更快？在特定環(huán)境下，只發(fā)生一種腐蝕，還是所有類型都有？而其中哪種占主導(dǎo)呢？電化學(xué)
2、腐蝕有多種，析氫腐蝕、吸氧腐蝕和差異充氣腐蝕各自在哪些環(huán)境下發(fā)生，能不能做一個(gè)歸納呢？通過實(shí)驗(yàn)探究，我們?cè)鯓舆M(jìn)行金屬的防腐呢？諸如此類的問題紛至沓來，而學(xué)生又不知如何梳理和實(shí)踐。最后決定，在教師的指引下，對(duì)其中的一些問題做初步的篩選，選出比較可行的做探究，并且把學(xué)生劃分成幾個(gè)小組，每一組負(fù)責(zé)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)和結(jié)論后，大家再匯總，目的在于形成對(duì)金屬腐蝕的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。三．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)以上的疑惑，學(xué)生查閱資料，設(shè)計(jì)了不同實(shí)驗(yàn)，研究具體情況下金屬腐蝕發(fā)生的條件。設(shè)計(jì)思路一將三根潔凈無(wú)銹的鐵釘分別放入三支試管中：（如圖一所示）1．在第一支試管中倒入蒸餾水至浸沒1/2的鐵釘，使鐵釘既與水接觸，
3、又與空氣接觸。2．在第二支試管中倒入經(jīng)煮沸迅速冷卻的蒸餾水，使蒸餾水浸沒鐵釘，并再倒入適量植物油以隔絕空氣，使鐵釘只與水接觸而不與空氣接觸。3．在第三支試管中放入棉花和干燥劑，并塞上塞子，使鐵釘只與空氣接觸而不與水接觸。（圖一）（圖二）（圖三）設(shè)計(jì)思路二鐵絲在一定體積潮濕的空氣中發(fā)生銹蝕以及空氣體積減少的情況。取一段光亮無(wú)銹的細(xì)鐵絲，繞成螺旋狀，放入一支干燥潔凈的試管底部。將試管固定在鐵架臺(tái)上，并倒立于盛有清水的燒杯里。注意試管里的鐵絲要高出水面，且穩(wěn)定不下落。觀察鐵絲表面是否發(fā)生變化，試管中的水面高度是否有變化（如圖二所示）設(shè)計(jì)思路三鐵片在一定體積潮濕的空氣中發(fā)生銹蝕以及空氣體積
4、減少的情況。取一小塊用酸洗凈的鐵片(或鋼片)，再用食鹽水浸泡一下，放入具支試管（如圖三所示）。觀察鐵片表面變化情況，以及玻璃導(dǎo)管中水位變化情況。設(shè)計(jì)思路四將(潮濕的試管內(nèi)底部)粘有鐵屑與沒有粘有鐵屑的兩支試管分別倒置于盛有水的燒杯里，對(duì)比情況。在一支潮濕的試管里加入少量鐵屑，搖動(dòng)試管使鐵屑粘附在試管壁上(如圖8-3所示)。將試管倒放在一個(gè)盛有水的燒杯里。再取一支沒有放入鐵屑的試管做對(duì)照實(shí)驗(yàn)。將兩套裝置靜置，觀察試管中鐵屑是否生銹、試管中的水位是否升高。（圖四）設(shè)計(jì)思路五將六根潔凈無(wú)銹的鐵釘分別用不同金屬絲綁縛后伸入六支試管中，金屬絲直接插入橡膠塞中，使鐵釘只與空氣接觸，主要探究在不
5、同的環(huán)境中，金屬發(fā)生哪種腐蝕：金屬絲材料鐵絲銅絲所加試劑蒸餾水10%鹽酸98%硫酸蒸餾水10%鹽酸98%硫酸第1天第2天第3天第4天第5天四．學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究學(xué)生分組，分別研究一種設(shè)計(jì)思路，記錄觀察結(jié)果，得出各自結(jié)論，第二周探究課匯總，最后統(tǒng)一得到金屬腐蝕的情況，與相關(guān)理論呼應(yīng)。第一組：探究含氧量和水對(duì)腐蝕的影響時(shí)間觀?察?結(jié)?果實(shí)驗(yàn)一(鐵釘)?空氣和水中?不含氧氣的水中?干燥的空氣中?第1天???????第2天???????第3天????????第4天????????第5天???????結(jié)論???????第二組：鐵絲和鐵片在一定體積潮濕的空氣中發(fā)生銹蝕以及空氣體積減少的情況時(shí)間實(shí)驗(yàn)二
6、(鐵絲)實(shí)驗(yàn)二(鐵片)第1天第2天第3天?第4天?第5天?結(jié)論?第三組：粘有鐵屑與沒有粘有鐵屑的兩支試管分別倒置于盛有水的燒杯里的對(duì)比情況時(shí)間有鐵屑無(wú)鐵屑第1天第2天第3天?第4天?第5天?結(jié)論?第四組：電化學(xué)腐蝕研究金屬絲材料鐵絲銅絲第1天蒸餾水10%鹽酸98%硫酸蒸餾水10%鹽酸98%硫酸第2天第3天第4天第5天結(jié)論五．相關(guān)文獻(xiàn)資料（一）《現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)》，高等教育出版社P3471．化學(xué)腐蝕單純有化學(xué)作用而引起的腐蝕，其特點(diǎn)是介質(zhì)為非電解質(zhì)溶液或干燥氣體，腐蝕過程無(wú)電流產(chǎn)生，主要受溫度影響。鋼鐵在常溫和干燥空氣中不易腐蝕。2．電化學(xué)腐蝕金屬與電解質(zhì)溶液接觸，由于電化學(xué)作用而引起的
7、腐蝕，特點(diǎn)是形成腐蝕電池。可以分為析氫腐蝕、吸氧腐蝕和差異充氣腐蝕等。（1）析氫腐蝕發(fā)生在酸性介質(zhì)中，鐵做陽(yáng)極，碳或其他比鐵不活潑的雜質(zhì)做陰極。（2）吸氧腐蝕發(fā)生在pH接近中性條件下，這是由于氫超電勢(shì)的影響，金屬中的雜質(zhì)為溶于水膜中的氧獲取電子提供反應(yīng)界面，甚至在酸性介質(zhì)中，有氧存在也發(fā)生吸氧腐蝕。（3）差異充氣腐蝕：由于金屬處于含氧量不同的介質(zhì)中引起的腐蝕。在p(O2)大的部位E（O2/OH-）大，在p(O2)小的部位，（O2/OH-）小，E大做陰極，E小做陽(yáng)極。如
