下载文档原格式
（4）实验优点①针对溴乙烷与饱和氢氧化钠的乙醇溶液这两种液体互不相溶、静置分层，不利于反应物接触发生消去反应的毛病，利用磁力加热搅拌器具有调速搅拌的特点，使反应混合溶液充分接触，大大加快反应速度。
②针对溴乙烷和乙醇的沸点都比较低（溴乙烷为38.4ħ），若采用酒精灯直接加热的方式会导致液体暴沸、溴乙烷来不及发生消去反应就快速挥发及反应器内气流不稳定而引起反应液倒吸等毛病，采用磁力加热搅拌器具有调温控温、防止暴沸及U形长导管进行冷凝回流的优点，有利于消去反应顺利进行。
③从化学课堂教学角度和实验整体设计角度出发，对溴乙烷的消去反应及检验产物乙烯使酸性高锰酸钾溶液褪色进行组合设计，使实验整体感强，操作简便，现象明显，演示效果好。
（收稿日期：2010-10-08）钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计□朱石明1陈凯21.江苏省兴化市戴窑高级中学225741；2.江苏南京晓庄学院生物化工与环境工程学院211171摘要用实验显示钢铁腐蚀的普遍性，证明钢铁腐蚀主要表现为有氧气参加的原电池反应，并通过微型实验检验正负电极有关离子的生成，让学生在实验探究中掌握钢铁吸氧腐蚀的相关知识。
关键词钢铁腐蚀吸氧腐蚀差异充气腐蚀电化腐蚀实验改进《高中化学课程标准》在《化学反应原理》选修模块中，要求“能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施”。
教师开展“钢铁吸氧腐蚀”教学时大多依赖多媒体动画演示以配合理论教学，相关实验也仅限于“防止腐蚀”，而不关注“如何腐蚀”———钢铁腐蚀为何主要表现为有氧气参与的腐蚀？腐蚀时发生了什么原电池反应？钢铁腐蚀为何最终会生成铁锈？这一系列的问题对于习惯于宏观表征思维的中学生来说总是难以理解，学生对钢铁腐蚀的知识仍然停留在死记硬背电极反应式的学习模式中。
鉴于此，我们借鉴了钢铁腐蚀的专题研究文献［1］，结合个人的探究，设计了一系列的课堂演示实验，实验总耗时仅需10min左右。
人教版高中化学选修４《化学反应原理》第四章第四节《铁的吸氧腐蚀演示实验》创新设计1.问题的提出钢铁的吸氧腐蚀实验是高中化学人教版选修４《化学反应原理》第四章第四节（金属的电化学腐蚀）教材上的一个实验，装置如下图1所示，由于所用铁钉表面积较小、导管较粗，按照课本上的方法完成该实验，需要较长的时间才能观察到明显的倒吸现象，不利于课堂教学。
鉴此，本人对该实验经过认真研究，提出了新的改进方法，通过在1~2分钟内观察到明显的倒吸现象，5分钟内并且产生美丽的喷泉，在验证钢铁吸氧腐蚀的同时，收到了良好的课堂效果。
图1 教材实验4-3：铁的吸氧腐蚀实验2.创新设计方案2.1实验用品仪器250mL圆底烧瓶、1mL刻度吸管、玻璃导管、漏斗、橡胶塞、乳胶管、药匙、止水夹、铁架台、铁夹等。
2.2实验药品还原铁粉、炭粉（石墨磨细）、氯化钠饱和溶液、红墨水等。
2.3实验装置图图2 创新实验装置2.4实验操作步骤（１）按照图２所示连接装置，检查装置的气密性。
（２）取下烧瓶、打开止水夹，通过漏斗注入红墨水至如图所示位置。
（３）用饱和食盐水将烧瓶内壁润湿，将还原铁粉与石墨粉按质量比10:1比例混合均匀，用药匙盛混合粉末伸入烧瓶内，撒在内壁约2/3的面积，留出约1/3的面积，便于观察喷泉现象。
（4）塞上塞子，由于塞子塞进烧瓶导致烧瓶内空气体积减小，红墨水左低右高，形成液差，观察液差的变化。
（5）待红墨水左右管液面持平时，用止水夹夹住乳胶管3分钟左右，然后再打开止水夹，观察是否产生喷泉现象。
3.创新实验效果实验装置简单，现象明显。
刻度吸管中的红墨水上升即可说明吸氧腐蚀已经发生，而3分钟后产生喷泉现象，说明烧瓶中的氧气进一步被消耗。
本实验克服了教材上演示实验的不足，直观鲜明，在帮助学生掌握吸氧腐蚀原理的基础上提升了学生的学习兴趣。
4.实验成功关键吸氧腐蚀速率（即钢铁生锈速率）不同于实验室制取气体，反应速率缓慢，烧瓶中压强减小速率慢，烧瓶连接的导管内径一定要细，可用1mL刻度细管或废旧温度计切去两端代替，这样液面高度变化更明显，易形成喷泉实验。
铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计背景介绍铁是一种广泛使用的材料，但在一定情况下，铁会发生腐蚀现象，使铁的性质发生改变，甚至破坏了铁。
铁的腐蚀是指铁与氧气发生反应，生成铁氧化物并释放出电子，导致铁的损失。
因此，研究铁的腐蚀现象对于材料科学和工程有着重要的意义。
在本文档中，我们将介绍一种铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计。
实验目的1.研究铁的吸氧腐蚀现象。
2.探究不同条件下铁的腐蚀差异。
3.设计实验演示，吸引学生关注并提高其科学素养。
实验材料与方法材料•较厚的铁片•氧化铁粉末•烧杯•镊子•饮用水•火柴•红磷粉末•烧瓶•密封塑料袋（拉链）方法1.将铁片放入烧杯中，加入适量的氧化铁粉末；2.加入足量的饮用水，达到呈浸水状态；3.放入密闭袋中（必须是拉链密封的后退轻压一下，确保里面不会有空气），慢慢加入新鲜的空气，尽量填充袋子内的空气；4.用镊子将火柴点燃，在尽量熄灭时将红磷粉末撒入瓶中；5.立即打开密闭袋，在合适的时间内观察铁片的变化。
注意：实验过程包含可燃物和易爆物品，请在安全环境下进行。
实验结果与分析经过观察该实验，我们可以得出以下结论：•在氧气环境下，铁能吸氧发生腐蚀现象；•存在氧化铁粉末的情况下，铁片腐蚀更加明显；•塑料袋内空气越少，铁片腐蚀现象越容易观察；•红磷粉末起到了消耗氧气的作用，使观察变得更加明显。
综上所述，本实验设计成功地展示了铁的腐蚀现象，为学生进一步了解材料科学和工程提供了一种创新的方法。
学习收获与总结通过本次实验，学生可以掌握材料腐蚀现象的基本概念和相关实验方法，提高了自己的实验能力和科学素养。
此外，学生也可以了解到1个氧气环境下的化学反应，掌握实验过程中应对意外情况的方法。
在今后的实验过程中，我们应该保证安全，严格按照实验要求进行实验。
这样能够更加准确地得到实验结果，并且不会造成不必要的损失。
参考资料[1] 张列平, 熊启. 材料腐蚀科学[M]. 科学出版社, 2004.[2] 蔡立新, 李志祥. 材料腐蚀与保护[M]. 化学工业出版社, 2016.[3] 范威, 郑海华. 材料的腐蚀与防护实验[J]. 化学通报, 2010, 8(3): 328-329.。
《铁的吸氧腐蚀》实验创新摘要：本文通过现代教育技术手段与传统化学教学相结合的方式，对苏教版《化学反应原理》中铁的吸氧腐蚀实验进行创新，使实验呈现方式多样化，课堂效果提升显著。
改进后实验时间大幅缩短，且可行性增强，更有助于学生对吸氧腐蚀原理的理解。
关键词：铁的吸氧腐蚀实验创新电极反应现代教育技术1问题的提出铁的吸氧腐蚀实验为苏教版《化学反应原理》专题1第三单元“金属的腐蚀与防护”活动与探究环节的实验，装置如图。
实验操作为：向还原铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁用氯化钠溶液润湿过的具支试管中，按上图组装好仪器。
几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。
该实验旨在让学生了解铁的吸氧腐蚀其实质为电化学腐蚀，理解钢铁电化学腐蚀发生的条件。
要求学生能用电化学知识分析钢铁两种腐蚀的原理和条件，能书写有关的电极反应式和总反应式。
笔者在课堂演示过程中，发现存在以下问题：1、按教材所示方法进行演示需要七分钟以上的时间才有明显现象，极大影响课堂教学任务的完成；2、实验现象较为单调，很难吸引学生的注意力，激发学生的求知欲；3、不能直观地体现铁吸氧腐蚀的微观本质，学生在对实验现象进行分析时存在对铁的吸氧腐蚀电极产物判断及氧气如何参与反应的困惑，造成学生对该知识点的学习困难。
鉴于此，笔者经过研究对该实验进行了创新改进。
用朗威微电流传感设备、希沃授课助手等现代化教育技术与物质检查相结合的方式，设计一体化实验，帮助学生从多视角进行观察、分析，正确理解吸氧腐蚀的概念，探究金属电化学腐蚀的本质。
2实验过程2.1 实验用品试剂：饱和NaCl溶液、铁丝、碳棒、酚酞试液、铁氰化钾试剂仪器：展示板、U形管、注射器、针管、导线、鳄鱼夹、变阻箱、朗威微电流传感器及数据采集器、希沃授课助手、发光二极管。
2.2实验仪器装置图及组装说明图1①由于每次实验过程接触电阻不同，而朗威微电流传感器敏感度很高，故将电阻箱并联进电路中，并根据实际情况调节电阻大小，确保电流在量程范围内。
铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计作者：尚广斗温志东来源：《中小学实验与装备》 2014年第2期河北省饶阳市饶阳中学（053900）尚广斗北京市二中学亦庄学校(100176）温志东1问题的提出铁的电化学腐蚀演示实验，是高中化学新教材人教版《化学反应原理》（选修4）课本中的一个实验（如图1所示），由于所用铁钉表面积较小、导管较粗，按照课本上的方法完成该实验，需要较长的时间才能观察到明显的实验现象，不利于课堂教学。
鉴此，笔者对该实验经过认真研究，提出了新的改进方法，通过在数分钟内观察到的“喷泉”实验现象，验证了铁的吸氧腐蚀。
2实验用品仪器：圆底烧瓶、烧杯、破损温度计、橡胶塞、胶帽、脱脂棉等。
药品：铁粉、炭粉、氯化钠饱和溶液、红墨水等。
3实验装置铁的吸氧腐蚀实验装置如图2所示。
装置说明：（1）选取一支破损的温度计，截弃两端，留下一段长约12 cm的“厚壁细玻璃管”做很细的导管用，以下称它为“温度计导管”。
（2）选取一个50 ml圆底烧瓶(带橡胶塞)，在橡胶塞上安装好温度计导管，使橡胶塞位于温度计导管中部。
4实验步骤具体操作步骤如下：（1）按照图2所示连接装置，检查装置的气密性。
（2）首先将适量脱脂棉包裹在温度计导管的中上部位，用饱和食盐水润湿，在上面撒上适量铁粉和炭粉的混合物，然后将带有该温度计导管的橡皮塞在圆底烧瓶口上塞紧，随即用胶帽密封温度计导管的下端。
（3）大约5 min后将温度计导管的下端浸入烧杯中的红墨水中，拿掉温度计导管下端的胶帽，观察现象。
可以观察到连接在圆底烧瓶上的温度计导管内液面迅速上升，其上口随即喷出红色液体,形成微弱的喷泉实验现象。
5实验评价本实验改进方法具有以下特点：通过使用破损温度计替换玻璃导管缩小导管的直径，使用铁粉、炭粉、滤纸替换铁钉等措施以增大单位时间内铁消耗氧气的速率，从而达到了在圆底烧瓶中较短时间内产生喷泉实验现象的目的。
该实验方法验证铁的吸氧腐蚀具有装置简单、现象明显、生动有趣等优点。
铁粉吸氧腐蚀系列实验的设计及应用
一、实验目的
1、了解铁粉吸氧腐蚀的机理；
2、探究铁粉吸氧腐蚀的影响因素；
3、探讨铁粉吸氧腐蚀的防护方法。
二、实验设计
1、实验材料：铁粉、氧气、硅胶、溶液等；
2、实验设备：金属腐蚀实验仪、恒温恒湿箱、分光光度计等；
3、实验方法：模拟铁粉吸氧腐蚀实验，调节不同温度、湿度、时间等参数，记录腐蚀量，采用硅胶对试样进行封装，控制实验环境；用分光光度计测量溶液中的铁离子浓度，以计算腐蚀速率；
4、实验数据分析：通过实验数据，分析铁粉吸氧腐蚀的机理，探讨影响因素，并根据实验结果提出防护措施。
三、实验应用
1、铁粉吸氧腐蚀是金属腐蚀的一种，主要发生在金属表面，
是一种有害的腐蚀过程；
2、实验结果可以用于金属材料的防腐蚀设计，提出合理的防护措施；
3、实验结果可以用于金属材料的选择，以满足特定环境的要求；
4、实验结果可以用于环境污染的预测，为金属腐蚀的环境治理提供理论依据。
钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计
《高中化学课程标准》在《化学反应原理》选修模块中要求“能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害,通过实验探究防止金属腐蚀的措施。
”教师开展“钢铁吸氧腐蚀”教学时大多依赖多媒体动画演示以配合理论教学,相关实验也仅限于“防止腐蚀”,而不关注“如何腐蚀”——钢铁腐蚀为何主要表现为有氧气参与的腐蚀？腐蚀时发生了什么原电池反应？钢铁腐蚀为何最终会生成铁锈？这一系列问题对习惯于宏观表征思维的中学生来说总是难以理解,学生对钢铁腐蚀的知识仍然停留在死记硬背电极反应式的学习模式中。
鉴于此,我们借鉴了钢铁腐蚀的专题研究文献,结合个人的探究,设计了一系列课堂演示实验,实验总耗时仅需10分钟左右。
在新授课时如能在课堂上增补以下演示实验,不仅有利于学生对钢铁的腐蚀有深刻的理解,而且对以后学习金属的防护会有更大的益处。
一、重现一次偶然的发现（趣味钢铁腐蚀问题的引出）
笔者在读高中时,特别喜爱搞些手工制作。
在一次摆弄自己“土制”的“万用电表”时,发现了一个令当时的笔者无法解释的现象：当将自做的两只相同铁质表棒插入潮湿的泥土中时,竟然发现万用表的指针发生了微微的偏转！难道相同的铁电极也能构成原电池吗？
我们先重现一下当时的事实：
【实验1】将氯化钠溶液加入有棉布隔膜的水槽中,用导线连接好2只铁片电极及物理教学用演示电流计（量程100µA）,观察是否有电流产生。
如图2,本实验选用长方形的塑料水槽,中间加1个棉质的隔膜,使两边连通,只是减缓了两极氧气的相互扩散。
先在其中加入适量食盐水溶液,再将准备好的2只一样的铁片电极（提前用铁砂纸打磨除去表面铁锈）,与1只物理上用的100µA演示电流计,连接好导线。
特别应注意的是：应先将连电表负极的铁片插入溶液10～20秒左右,再将连电表正极的铁片插入溶液中（这是本实验成功的秘诀！因为先放入的铁片由于局部吸氧腐蚀而消耗了一部分氧气,故氧气的浓度必然小于棉布另一侧的溶液,后插入的铁片因溶液中富含更多的氧气必然成为原电池的正极。
于是,实验者就可以预料电表将会正向偏转！）。
奇迹发生了,电表发生了明显的偏转（电流可大于100µA,如图3所示,然后电流又渐渐变小。
按中学电化学理论,构成原电池应有2只活泼性不同的电极,但这个现象意味着什么呢？既然事实证明电流产生,就已说明发生了原电池反应,负极一定是铁失电子发生氧化反应被腐蚀。
本次实验结论：相同的铁电极插在氯化钠溶液就能有电流产生,证明了钢铁腐蚀的普遍性。
当时,笔者在小河边、池塘边、阴湿地都试过,现象都一样。
这样的钢铁腐蚀到底是谁惹的祸呢？
二、何物腐蚀了铁（设计趣味实验验证氧气参加了钢铁的腐蚀）
【实验2】用鱼缸增气泵给一铁片电极鼓入空气,观察电流计是否偏转,确认原电池的正负极；给另一铁片电极鼓入空气,观察电流计是否反向偏转？增加氧气的浓度,现象又如何（如图4所示）？
为了连续地通入空气的方便，我们用鱼缸增气泵作供气装置，用医用输液器改装成流速控制装置。
当接通鱼缸增气泵的电源，给其中一铁片电极处通入空气，发现指针就会发生偏转；再换成给另一铁片电极处通入空气，发现指针又会向相反的方向偏转（如图5所示）。
再通过空气流速控制装置增大空气的进气量，我们发现空气的进气量越大指针偏转越大。
本次实验结论：根据电流方向，我们发现通氧气的一极是原电池的正极，另一铁电极是原电池的负极；电流计指针的偏转程度受氧气浓度的影响，这就证明了氧气参加了原电池反应，也就是说氧气的确参加了钢铁的腐蚀，增加正极溶液中氧气的浓度，钢铁的腐蚀速度加快。
钢铁在接近中性的潮湿的空气中，发生的这种有氧气参加的铁的腐蚀，就称之为钢铁的吸氧腐蚀。
于是，前面偶然发现的趣味问题也就有了答案：原来同一个溶液中氧气的浓度不一定处处相同，氧气浓度大的一极就作为了原电池的正极，在更专业的资料中，将这种因氧气分布不均匀而引起的吸氧腐蚀，又称为差异充气腐蚀。
钢铁的腐蚀问题虽然很普遍，反应过程却是比较复杂的，但主要表现为有氧气参与的吸氧腐蚀。
那么，这样钢铁吸氧腐蚀的电极反应如何去书写呢？
三、钢铁是如何腐蚀的（钢铁吸氧腐蚀的电极方程式书写的疑惑）
氧气参加了原电池反应，反应后生成什么呢？是氢氧根吗？带着疑惑再做如下实验：
【实验3】在通了一段时间空气的溶液中加入几滴酚酞试液。
本次实验现象：通氧气的一侧的溶液加入酚酞后却没有变红！
有氧气参与电极反应，反应后生成的离子到底是不是氢氧根呢？难道是氢氧根扩散速度太快，氢氧根的浓度还不足以让酚酞变色？
四、巧妙设计钢铁腐蚀的微型实验（验证钢铁腐蚀时两极生成的离子）
【实验4】U形管中验证钢铁腐蚀原理的微型实验，如图6所示：在加有纱布的U形管中，加入氯化钠溶液，在两电极分别加入几滴铁氰化钾溶液、酚酞
试液，再插入铁丝电极、碳棒电极，连接好物理教学用演示电流计（量程2.5mA），观察指针的偏转及两电极的颜色变化，并分析电极反应式。
本实验中应预先在U形管下部加入卷成的圆柱状的医用棉纱布,以减缓原电池反应生成的离子的扩散速度。
由于棉纱布层较厚实,我们从两边分别加入氯化钠溶液（注意：试剂的用量非常讲究,否则不能观察到正极的红色。
根据当原电池工作的电流强度一定时,单位时间内产生的OH-就一定,OH-还在不停地向另一电极扩散,再加上正极的碱性要达到pH>8才可能出现红色,故碳棒正极溶液的量应尽可能地少,U形管的口径应与碳棒的直径尽可能地相近,这样才能确保电极与溶液接触面积大,原电池的内阻小,让生成的OH-浓度足够使酚酞变色）。
再在铁电极一侧加入铁氰化钾,在碳棒电极一侧加入酚酞溶液（其目的是为了分别检验Fe2+、OH-,向学生说明Fe2+与铁氰化钾呈蓝色可用来检验Fe2+）,加入铁丝电极、碳棒电极,电流计改换5mA量程,连接好电路,发现指针发生偏转,电流达2mA（如图7所示）。
本次实验现象：U形管的微量实验中,碳棒电极（正极）附近呈红色；铁丝电极（负极）附近呈蓝色,以证明钢铁腐蚀过程中,正极产生了OH-,负极产生了Fe2+。
五、问题的深入研究
思考1：为何要改用U形管做微量实验？
目的是在有限空间内生成一定量的氢氧根离子,使酚酞迅速变红。
碳棒正极溶液应尽可能地少,U形管的口径应尽可能的小,这样才能让OH-浓度足够让酚酞变色。
碳棒电极(正极)附近呈红色；铁丝电极(负极)附近呈蓝色,以证明钢铁腐蚀过程中,正极产生了OH-,负极产生了Fe2+。
思考2：构成原电池是否必须有2个活泼性不同的电极？
否,如钢铁的吸氧腐蚀可以是相同的铁电极,燃烧电池可用相同的惰性电极等。
思考3：有无其他办法在课堂上检验吸氧腐蚀的产物？
有,但不适合作课堂演示实验。
如刘先昊、朱海英设计的《钢铁吸氧腐蚀实验的条件优化》中钢铁腐蚀液滴实验,只适合用作学生分组实验。
六、本演示实验设计特点反思
1.本装置简明直观,便于观察,实验现象明显,说服力强；特别是使用物理学中演示用的电流计,灵敏度高,刻度醒目,便于学生在课堂上观察。
2.鼓入空气用鱼缸增气泵,代替初期用化学方法制氧气更有创意。
葛宏涛在
《吸氧腐蚀的演示实验》中,用的是实验室制氧气的方法,再通入水中研究钢铁的吸氧腐蚀。
而用鱼缸增氧机(市售价只有十多元),比用氯酸钾制氧气或用气唧来提供空气,气流更为恒定,更易于操作；另外,用鼓入空气来演示钢铁的吸氧腐蚀,与现实中钢铁腐蚀的条件一致,更具有说服力。
3.采用U形管中进行的微型实验,颜色对比鲜明,学生印象特别深刻。
4.课堂实测,学生对吸氧腐蚀电极反应的理解效率比照本宣科好很多。
特别是学生书写反应式不会出现：2H＋+2e-=H2↑,Fe－3e-=Fe3＋等易犯的错误。
经实测,在NaCl溶液浓度为5mol/L,铁片在溶液中部分表面积保持约8cm2,铁片间距2cm时,演示钢铁腐蚀受氧气的影响的效果更为显著。
食盐水的浓度越大效果越明显,建议使用精盐配成饱和食盐水,再取上层清液进行实验。
铁片的除锈应选用较粗的铁砂纸,铁丝应选用较软的无锈铁丝,不适宜使用硬度较大的钢丝做实验。
参考文献
[1] 邹兰,李勤,魏振枢.差异充气腐蚀产生机理的探讨[J].周口师范高等专科学校学报,1999,5：9
[2] Mark T. Stauffer,Justin P. Fox．Yet Another Variation on the Electrolysis of Water at Iron Nails[J].Journal of Chemical Education,2008,85（4）：523
[3] 刘先昊,朱海英.钢铁吸氧腐蚀实验的条件优化[J].教学仪器与实验,2008,10：37
[4] 葛宏涛.吸氧腐蚀的演示实验[J].中学化学教学参考,2000,8～9：8。
