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1、鐵釘腐蝕實驗探究黃智槐一．探究沖動在講《幾種重要金屬》一章中金屬的電化學腐蝕的時候，學生非常感興趣，同時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，學生強烈要求自己做實驗，親自探究金屬腐蝕的歷程。二．思維的火花在強烈的探究欲望指引下，學生在如何設計實驗這一點上產(chǎn)生了激烈的爭論。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？電化學腐蝕的速率為什么比純粹的化學腐蝕更快？在特定環(huán)境下，只發(fā)生一種腐蝕，還是所有類
2、型都有？而其中哪種占主導呢？電化學腐蝕有多種，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，能不能做一個歸納呢？通過實驗探究，我們怎樣進行金屬的防腐呢？諸如此類的問題紛至沓來，而學生又不知如何梳理和實踐。最后決定，在教師的指引下，對其中的一些問題做初步的篩選，選出比較可行的做探究，并且把學生劃分成幾個小組，每一組負責一項實驗，得到數(shù)據(jù)和結(jié)論后，大家再匯總，目的在于形成對金屬腐蝕的統(tǒng)一認識。三．實驗設計根據(jù)以上的疑惑，學生查閱資料，設計了不同實驗，研究具體情況下金屬腐蝕發(fā)生的條件。設計思路一將三根潔凈無銹的鐵釘分別放入三支試管中：（如圖一所示
3、）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，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）設計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。取一段光亮無銹的細鐵絲，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
4、變化，試管中的水面高度是否有變化（如圖二所示）設計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，以及玻璃導管中水位變化情況。設計思路四將(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，對比情況。在一支潮濕的試管里加入少量鐵屑，搖動試管使鐵屑粘附在試管壁上(如圖8-3所示)。將試管倒放在一個盛有水的燒杯里。再取一支沒有放入鐵屑的試管做對照實驗。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
5、高。（圖四）設計思路五將六根潔凈無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．學生實驗探究學生分組，分別研究一種設計思路，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，與相關理論呼應。第一組：探究含氧量和水對腐蝕的影響時間觀?察?結(jié)?果實驗一(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???
6、????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間實驗二(鐵絲)實驗二(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比情況時間有鐵屑無鐵屑第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．相關文獻資料（一）《現(xiàn)代化學基礎》，高等教育出版社P347
7、1．化學腐蝕單純有化學作用而引起的腐蝕，其特點是介質(zhì)為非電解質(zhì)溶液或干燥氣體，腐蝕過程無電流產(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．電化學腐蝕金屬與電解質(zhì)溶液接觸，由于電化學作用而引起的腐蝕，特點是形成腐蝕電池?？梢苑譃槲鰵涓g、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
8、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小做陽極。如
