铁粉吸氧腐蚀系列实验的设计及应用

吸氧腐蚀实验设计作者：李晓萍来源：《科学大众·教师版》2014年第08期摘要：为高中化学选修4设计的吸氧腐蚀实验操作简便，现象明显、快速。

实验只需要2分钟就能完成，适合于学生实验或演示实验。

关键词：吸氧腐蚀；实验设计中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）08-024-001人教版普通高中课程标准实验教科书化学选修4化学反应原理第四章第四节金属的电化学腐蚀与防护中，铁的吸氧腐蚀实验4-3如下：我们知道：金属腐蚀分化学腐蚀与电化学腐蚀，电化学腐蚀又包含析氢腐蚀和吸氧腐蚀。

在电化学腐蚀过程中，不断有氢气放出，叫析氢腐蚀。

这是在酸性环境中引起的腐蚀。

在电化学腐蚀过程中，吸收氧气分子参加原电池反应叫吸氧腐蚀。

然而，学生在实验4-3中，检查该装置气密性时发现：将导管一端插入水中，玻管内水面与管外水面基本齐平，将玻管位置提高（末端不脱离水面），则玻管内形成一段液柱。

这是因为由于提升玻管，液面上容器与导管构成的体系体积增大，气压减小，所以玻管内会形成一段液柱（大气压等于容器内气体压强与玻管内超出液面部分液柱压强之和）。

因此，教材中铁的吸氧腐蚀实验存在两方面问题：一是铁钉表面与空气的接触面小，短时间内难以观察到明显的变化，二是液柱形成的原因说服力不强（是由于盛水试管中导管的位置变化引起的，还是发生化学反应引起的，都有可能），我们认为有必要对该实验进行改进。

1.吸氧腐蚀实验原理负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2进一步反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3Fe（OH）3脱去一部分水生成Fe2O3·xH2O（铁锈的主要成分）。

2.实验改进将还原铁粉和含有少量的炭粉的混合物撒入内壁用家庭泡咸菜的盐水润湿过的锥形瓶中，按图1所示连接好装置，观察、比较导气管弯成的u形管中液面高度的变化（为了便于观察，液体用水中滴有红墨水等颜料的红色溶液，并将胶管做成的胶圈固定在u形管与大气相通的液面位置做下标记）。

《金属的电化学腐蚀与防护——铁的吸氧腐蚀》说课稿南昌十九中曾建明今天，我说课的题目是：《金属的电化学腐蚀与防护——铁的吸氧腐蚀》，下面，我将围绕本课“教什么”“怎么教”“为什么这样教”三个问题，从教材分析，学情分析，教学目标，教学方法，教学过程设计，板书设计六个方面加以分析和说明。

一、教材分析本节课出自人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《化学反应原理（选修四）第四节。

主要包括：金属的电化学腐蚀和金属的电化学防护。

重点介绍了金属电化学腐蚀的本质——表面形成微型原电池；讲述了防护金属腐蚀的主要方法，并具体介绍了牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

对原电池原理和电解原理的较高层次的应用，加深了学生对化学能与电能相互转化的认识。

本节课是对氧化还原反应知识的延伸，也是对本章前面学习的原电池和电解池知识的深入理解和运用，既体现了教材循序渐进、由易到难的编排意图，又符合学生的知识水平和认知水平；既分散了难点，又减轻了负担，有利于学生更好的掌握知识。

二、学情分析从学生的在知识储备上来看，他们在初中化学进行过活动与探究《铁钉锈蚀的条件》实验，掌握原电池的基本原理知识及金属的还原性与活泼性关系；在能力水平上具备一定的实验设计能力、实验操作能力、比较归纳能力；而且，本节内容紧密联系实际，学生学习兴趣浓厚，具备了主动探究的原动力。

存在的问题是学生对知识的学习只注重表面现象，缺少生活经验，缺乏一定的综合思维能力。

通过本节学习，有助于学生将感性认识转化为理性认识，从而体会化学学习的价值，更有利于培养学生发现问题、分析问题、联系实际解决问题的能力。

三、教学目标按照《高中化学新课程标准》的要求，结合学生的实际情况，确定如下三维目标：1 知识与技能：①了解金属腐蚀带来的危害，认识防止金属腐蚀的重要意义。

②了解化学腐蚀和电化学腐蚀的涵义，认识钢铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀发生的条件及原理，会书写电极反应式和总反应式。

③知道常见的防止金属腐蚀的方法，并能解释其原理。

铁的吸氧腐蚀演示实验的改进背景在化学教学中，实验是非常重要的一环。

其中，铁的吸氧腐蚀实验是非常基础的一个实验，也是常被用来展示化学反应和腐蚀现象的一个实例。

这个实验基本流程是将铁钉放入含有空气水的试管中，观察一定时间后铁钉的表面会出现红色或者棕色的物质，这些物质是铁吸收氧气后形成的铁氧化物。

然而，这个实验还需要改进，以提高其可靠性和教学效果。

问题铁的吸氧腐蚀实验不够稳定，结果不够准确。

可能的原因包括：1.实验条件不可控制，例如试管中的空气水质量和纯度、温度等。

2.物料不够纯净或者处理不当，可能含有其他化学物质，影响实验结果。

同时，这个实验展示效果不够显著，往往需要过长的时间才能观察到变化，让学生难以理解。

另外，这个实验不太适合进行定量分析，限制了其在科研和工业生产中的应用。

解决方案改进这个实验，需要从多个方面入手，以提高实验条件的可控性和结果的精确性。

1. 实验条件的控制为了控制实验中的变量，需要采取下列措施：1.试管内的空气水应该事先煮沸，同时冷却到室温。

这能够让水中的氧气浓度更高，从而促使铁钉更快地被氧化。

2.使用纯净的水和铁钉，并在化学实验室中操作。

这可以尽可能地减少杂质和其他化学物质的影响。

3.实验时应该注意控制室温，避免太高或者太低，影响实验结果。

2. 改进实验的展示效果为了让实验更加显著并且便于学生理解，可以采用下列方法：1.使用微型摄像头等设备，让学生观察实验的细节。

2.在实验中添加其他试剂，例如硫酸，来加速或者减缓实验的进程。

这样可以让学生更清晰地观察化学反应的过程。

3. 定量分析为了在科研和工业生产中应用这个实验，我们需要进行定量分析，同样需要采取多种措施：1.使用计时器记录实验过程中的时间，从而拟合出铁钉被氧化的速率。

2.使用其他化学试剂，例如二氧化铁等，来鉴定氧化程度和铁钉中的铁含量。

结论通过以上改进方案，我们能够使铁的吸氧腐蚀实验更加稳定和准确，同时也可以增加其展示效果和适用范围。

［摘要］针对吸氧腐蚀中反应速率太慢的问题和析氢腐蚀中水柱不降反升的异常现象，对钢铁的两个电化学腐蚀实验进行优化改进，旨在设计出步骤方便、操作简单的课堂演示实验。

［关键词］吸氧腐蚀；析氢腐蚀；钢丝绒［中图分类号］G633.8［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2018）22-0082-01铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀实验的再优化姚蕾，廖钫（西华师范大学化学化工学院，四川南充637000）铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀是高中化学实验中的典型案例。

人教版教材中并没有设置析氢腐蚀的实验装置，但设计了用饱和食盐水浸泡后的铁钉来演示的吸氧腐蚀实验，但在实际教学过程中我们发现，铁钉反应速率太慢，观察到水柱的上升需10分钟以上的时间，使课堂教学缺乏连贯性，影响课堂教学效果。

苏教版教材上则用混合后的碳粉和还原铁粉的混合物分别浸润饱和食盐水和稀醋酸后来演示吸氧腐蚀和析氢腐蚀实验，但通过实际操作后却发现前者存在的问题与人教版的实验设计大同小异，而后者析氢腐蚀实验中导管中的液面不降反升，反误导学生金属在较强酸性条件下仍然发生吸氧腐蚀。

对此，广大科研成员进行了改进研究：罗仁达通过用泡菜水喷湿吸附着铁粉、碳粉混合物的棉花在滴瓶的滴管中进行吸氧腐蚀实验，但泡菜水中含有的微生物可能会干扰结论的得出；张正飞用装有浸湿铁粉和碳粉混合物的注射器演示铁的电化学腐蚀实验，但实际上吸氧腐蚀中注射器内外压强差产生的驱动力却很难推动活塞下移；肖中荣则利用过量硫燃烧耗氧的方法来排除吸氧腐蚀对析氢腐蚀实验的干扰，但后续反应处理复杂，课堂上演示不便。

针对以上出现问题，并结合教学实际，笔者对吸氧和析氢腐蚀实验做出了以下改进：一、实验原理（一）钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或者呈中性，且溶有一定量的氧气时，发生吸氧腐蚀：负极：2Fe -4e -=2Fe2+正极：2H 2O+O 2+4e -=4OH-总反应：2Fe+O 2+2H 2O=2Fe （OH ）2（二）钢铁表面吸附的水膜较强时，发生析氢腐蚀：负极：Fe -2e -=Fe 2+正极：2H+2e -=H 2↑总反应：Fe+2H 2O=Fe （OH ）2+H 2↑吸氧腐蚀和析氢腐蚀产生的Fe （OH ）2再次被氧化：4Fe （OH ）2+O 2+2H 2O=4Fe （OH ）3Fe （OH ）3脱去一部分水就生成Fe 2O 3·XH 2O ，也就是铁锈。

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。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀是铁在特定条件下发生的两种不同类型的腐蚀现象。

铁吸氧腐蚀主要是指铁在含有氧气的环境中，表面会形成铁的氧化物膜，导致铁的表面受损；析氢腐蚀则是指铁在含有酸性物质的环境中，会产生氢气，从而导致铁的表面产生气泡，最终导致腐蚀现象。

为了改进这两种腐蚀现象的实验研究，以下提出了一些建议。

为了研究铁吸氧腐蚀现象，可以改进实验方法。

在实验过程中，控制好氧气的流量和浓度，以及环境温度等条件，确保实验过程的稳定性，使得实验结果更准确可靠。

可以采用不同浓度的氧气溶液，比较其对铁腐蚀的影响；或者通过改变表面处理的方式，如表面涂覆保护膜等，来研究铁吸氧腐蚀的抑制方法。

对于析氢腐蚀现象的研究，可以改进实验条件。

调整酸性物质的浓度和酸性度，探究不同条件下对铁的腐蚀程度的影响。

可以研究不同的水质环境对析氢腐蚀的影响，比如硬水和软水，在不同水质条件下浸泡铁试样，观察其腐蚀情况。

也可尝试在相同酸性物质浓度下，加入一定量的氧气，观察其对析氢腐蚀的影响。

为了更准确地研究铁的腐蚀现象，可以改进实验方法和测试手段。

可以采用电化学方法，比如腐蚀速率的测量和极化曲线的绘制等，以获得更详细的腐蚀行为和机制信息。

可以采用显微镜等观察工具，对腐蚀表面进行形貌和组织结构的观察。

为了进一步提升实验效果，可以结合数值模拟方法来研究铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀现象。

通过建立合适的数学模型，模拟不同条件下铁的腐蚀情况，比较模拟结果与实验结果，验证和改进现有的理论模型。

通过改进实验方法、调整条件、改善测试手段和结合数值模拟方法，可以更好地研究铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀现象，以及寻找对应的抑制方法。

这些研究将有助于铁材料的防腐蚀技术的提升，并为相关工程和应用提供理论和实验支撑。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀是铁材料在不同环境中受到腐蚀的两种常见形式。

在实验中，
我们需要了解铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理，并采取一些改进措施来降低腐蚀的程度。

我们来讨论铁吸氧腐蚀的实验改进。

铁在含氧环境中容易发生氧化反应，形成氧化铁，进而导致铁的腐蚀。

为了减少铁吸氧腐蚀的发生，可以采取以下措施：
1. 使用氮气代替空气。

氮气是一种无色无味的气体，不会与铁发生氧化反应，因此
可以减少铁吸氧腐蚀的可能性。

2. 添加缓蚀剂。

缓蚀剂可以抑制铁与氧发生反应，从而减少铁的氧化速率。

常见的
缓蚀剂有有机磷酸盐和氮杂环化合物等。

3. 使用防腐蚀涂层。

在铁表面涂覆一层防腐蚀涂层，可以隔绝铁与氧的接触，从而
减少铁吸氧腐蚀。

1. 选择适当的pH值。

酸性环境下pH值的增加可以减少析氢腐蚀的速率。

可以通过添加碱性物质来提高溶液的pH值。

3. 采用钝化处理。

钝化是一种在金属表面形成钝化膜的方法，可以有效地减少金属
的腐蚀。

在铁表面形成一层稳定的钝化膜，可以减少析氢腐蚀的发生。

铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验改进可以通过改变环境条件、添加缓蚀剂和使用防腐蚀
涂层等方法来降低腐蚀的程度。

通过这些改进措施，我们可以更好地研究铁在不同环境中
的腐蚀机理，以及采取相应的措施来保护铁材料的性能。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁在自然环境中易于被氧化，形成铁锈。

铁锈的形成是由于铁与水和氧分子中的氧气反应而产生的。

然而，铁的腐蚀不仅仅是氧化反应，还包括一种称为析氢腐蚀的过程，这种腐蚀可以导致热门问题如管壳渗漏和管道泄漏。

为探究铁锈的形成和防治方法，需要对铁的腐蚀过程进行实验。

铁的腐蚀实验可以分为两类：铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀。

在铁吸氧腐蚀实验中，铁与水和空气中的氧反应，产生铁锈；在析氢腐蚀实验中，铁与酸或碱反应，生成分子氢并释放氢气。

铁吸氧腐蚀实验中有几个改进之处。

首先，实验中必须使用纯净的水，因为水的杂质会影响铁的腐蚀过程。

其次，实验中必须控制水与空气的接触时间，因为铁与水和空气的反应时间长短会影响反应的速率。

最后，实验中必须控制水和空气的温度，因为温度的改变会影响铁和氧的反应速率。

为了改进析氢腐蚀实验，首先需要改进反应容器。

传统的反应容器是玻璃瓶，但是这种容器不透气，气体无法顺利流动，容易受到局限。

突破这个问题的方法之一是使用透气膜，它可以使气体在容器内流动自如。

此外，容器的大小和形状也需要改进，以增加反应的速率和效率。

此外，反应的温度、压力、酸碱度等要素也需要进行实验室环境下的控制和调节。

改进铁腐蚀实验有助于更好地理解铁的腐蚀机制，为腐蚀防治技术的研究和发展奠定基础。

在实践中，必须注意控制实验的各种条件，以便确保腐蚀反应溶液中的铁离子浓度仅仅是由于铁的腐蚀而增加，而不是由于其他因素所导致，这是实现铁腐蚀反应的唯一标准。

总之，铁的腐蚀实验的改进是为了更好地研究铁腐蚀的本质和机理，从而能够更好地实现铁腐蚀的防治目的。

这些改进包括使用纯净的水和改进反应容器，同时控制水、气体的时间、温度、压力等多个因素，并注意排除其他污染物的干扰。

这样可以更好地理解铁的腐蚀本质，从而制定更有效的腐蚀防治策略。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进
铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀是铁材料在水或湿润环境中发生的两种常见腐蚀形式。

本文将介绍一种实验改进方法，以更好地研究这两种腐蚀行为。

我们可以改进传统的实验装置。

传统的实验通常使用明密封的反应容器，其中铁试样被置于水或湿润溶液中。

改进的实验装置可以使用透明的容器，如玻璃或塑料容器。

这样可以通过观察铁试样的腐蚀过程，直接观察到气体的析出和铁试样的颜色变化。

我们可以改进实验条件。

传统的实验通常使用自然通气的条件，没有控制气体环境。

改进的实验中，我们可以使用气体通气系统，控制实验中的气体组成和气体流量。

这样可以更好地模拟真实环境中的腐蚀条件。

我们还可以改进实验参数的测量。

传统的实验通常只测量腐蚀速率和电化学参数，如腐蚀电流和电位。

改进的实验中，我们可以使用更多的表征方法，如扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDX)来研究试样的形貌和微区元素分布。

我们可以进行表面成分分析，如X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)来获取更多的表征信息。

我们可以改进附加实验的设计。

我们可以设计不同温度、溶液浓度和溶液pH值的实验组。

通过比较不同条件下的腐蚀行为，可以更深入地了解铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理。

我们还可以考虑添加抑制剂和缓蚀剂来研究其对腐蚀行为的影响。

通过实验改进，我们可以更全面、准确地研究铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的机理与行为。

这将有助于我们更好地理解和预测腐蚀过程，并为腐蚀防护提供科学依据。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁是一种常见的金属材料，在工业生产和日常生活中都有着广泛的应用。

铁材料在使用过程中会受到各种腐蚀的影响，其中铁的氧化腐蚀和析氢腐蚀是比较常见的情况。

为了改进这些腐蚀问题，我们进行了一系列的实验，希望找到更好的解决办法。

我们针对铁的氧化腐蚀问题展开了实验研究。

在实验中，我们使用了不同的表面处理方法来改变铁材料的表面状态，以观察其对氧化腐蚀的影响。

我们发现，对铁材料进行电镀、喷涂和阳极氧化等表面处理方法，可以有效减缓铁的氧化腐蚀速度。

特别是阳极氧化处理，在实验条件下能够使铁材料的氧化腐蚀速度降低了50%以上，这为我们提供了一个新的思路，即可以利用涂层技术来改善铁材料的抗氧化腐蚀性能。

我们针对析氢腐蚀问题进行了相关实验研究。

析氢腐蚀是指金属在受到腐蚀介质的作用下会产生氢气的现象，这会导致金属材料的脆性增加，降低了其力学性能和使用寿命。

为了减少析氢腐蚀的影响，我们尝试了不同的腐蚀介质和电化学保护方法。

实验结果表明，通过使用缓蚀剂和阳极保护等技术手段，可以有效降低析氢腐蚀的速度，并且在一定程度上延长金属材料的使用寿命。

这些研究成果对于解决金属材料在化工、航空航天等领域中的析氢腐蚀问题具有重要的理论和实践价值。

通过上述实验研究，我们总结了一些改进铁的氧化腐蚀和析氢腐蚀问题的方法和建议：1. 应用表面处理技术：通过电镀、喷涂、阳极氧化等表面处理方法，改变铁材料的表面状态，提高其抗氧化腐蚀性能。

2. 使用缓蚀剂和阳极保护技术：在腐蚀介质中加入适量的缓蚀剂，或者采用阳极保护技术，减少析氢腐蚀的发生，延长金属材料的使用寿命。

3. 加强防腐蚀措施：在生产和使用过程中，加强对铁材料的防腐蚀措施，提高其耐蚀性和稳定性。

4. 研发新型防腐蚀材料：利用新材料和新技术，研发具有更高抗氧化腐蚀和析氢腐蚀性能的金属材料，为工程实践提供更好的选择。

铁的氧化腐蚀和析氢腐蚀问题是工程技术中一个长期存在的难题，解决这些问题对于提高金属材料的使用寿命，降低维护成本，保护环境都具有重要的意义。