铁的析氢腐蚀实验探究_王金龙.pdf

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1、·５８·化学教育（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｏｒｇ）２０１６年第３７卷第９期铁的析氢腐蚀实验探究王金龙＊鞠东胜（江苏扬州市扬州中学２２５００９）摘要针对析氢腐蚀实验中出现的异常现象，依据金属电化学腐蚀原理，通过实验探究确定影响析氢腐蚀实验的主要因素———氧气。在此基础之上，设计出演示吸氧腐蚀、析氢腐蚀的套管实验以及析氢腐蚀的微型化实验方案。关键词析氢腐蚀吸氧腐蚀电极电位套管实验微型化实验ＤＯＩ：１０．１３８８４／ｊ．１００３－３８０７ｈｘｊｙ．２０１４０７００７１１提出问题１．１对教材内容编写的疑问高中化学课程标准在“化学反应原理”选修模块中

2、，对于金属电化学腐蚀制订了“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［１］实验探究防止金属腐蚀的措施”的内容标准。金属电化学腐蚀一般分为２种：吸氧腐蚀和析氢腐蚀。对于其实验设计特别是析氢腐蚀实验，３种现行高中化学教材编写的内容大相径庭［２－４］（见表Ｆｉｇ．１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｉｒｏｎ图１铁的腐蚀实验１），实验教学真的可有可无吗？发生吗？２者能自动相互转换吗？这些都是必须通表１３种教材电化学腐蚀实验设计Ｔａｂｌｅ１Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏ

3、ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎ过实验探究才能弄明白的问题。ｉｎｔｈｒｅｅｖｅｒｓｉｏｎｓｔｅｘｔｂｏｏｋｓ２反应原理吸氧腐蚀析氢腐蚀谈小强在《关于钢铁的理论探讨和实验分析》苏教版有有一文中有如下表述：当体系处于１标准大气压人教版有无（１．０１３×１０５５Ｐａ），氧分压、氢分压为１．０１３×１０Ｐａ鲁科版无无时，析氢腐蚀正极反应为：２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２，Ｅ１＝（－０．０５９ｌｇｐＨ）Ｖ，吸氧腐蚀正极反应为：Ｏ１．２对教材实验设计的困惑２＋＋－苏教版教材析氢腐蚀的实验设计为：向铁粉中４Ｈ＋４ｅ→Ｈ２Ｏ，Ｅ２＝（１．２３－０．０５９ｌｇｐＨ）Ｖ，负极

4、发生的电极反应为：Ｆｅ２＋－加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁用稀醋酸＋２ｅ→Ｆｅ（ｓ），当腐润湿过的具支试管（２０ｃｍ×２ｃｍ）中，按图１装蚀反应基本停止时，其Ｅ３＝－０．５５８Ｖ。并初步得置连接好仪器。几分钟后，打开止水夹，观察比较出如下结论：导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试（１）在相同ｐＨ条件下，吸氧腐蚀正极电势始管中的现象。终大于析氢腐蚀，即吸氧腐蚀比析氢腐蚀更易该实验设计的意图是通过观察导管内液面下降发生；的现象，说明封闭体系压强增大是氢离子得到电子（２）随着ｐＨ的不断增大，不论是哪种类型的生成氢气（简称析氢腐蚀）的缘故。然

5、而，几分钟腐蚀，其正极电势都在不断降低，即腐蚀变得更加后打开止水夹，真实的现象是液面不降反升，说明困难；体系的压强在下降。这不得不引发我们思考：正确（３）在强酸性溶液中，析氢腐蚀正、负极存在演示析氢腐蚀实验的关键点是什么？压强变化截然较大的电势差。随着ｐＨ的升高，电势差不断减相反的吸氧腐蚀、析氢腐蚀，会在同一体系中同时小，在中性或弱碱性条件下，两极电势几乎相同。＊通信联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：２７５６１６１９５ｗｊｌ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ２０１６年第３７卷第９期化学教育（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｏｒｇ）·５９·说明析氢腐蚀主要在强酸性环境中发生，而

6、吸氧腐形，最后用透明胶带缠绕固定成型制成压强变化显［５］蚀在酸性、中性及碱性条件下能发生。示器（如图２）。这种双导管装置除了兼顾细玻璃笔者基本同意上述观点，拟对结论（３）补充以Ｕ型管的灵敏、放大液面高度变化（约是单导管下看法：（１）在强酸性条件下，既能发生析氢腐蚀，的２倍）以外，２段水柱非常靠近，更方便观察比也能发生吸氧腐蚀，且吸氧腐蚀的限度不逊色于析较且无需订制，同时还能清晰地捕捉到体系压强变氢腐蚀；（２）判断发生电化学腐蚀的依据是正、负化自动转换的瞬间。［６］电极间存在足够的电势差（０．２～０．３Ｖ）。尽管溶液的ｐＨ会影响电极间的电势差，但如果

7、仅根据其大小来划定发生何种电化学腐蚀的范围，难免会造成疏漏。３探究过程３．１配制１０％的稀醋酸醋酸是具有强烈刺激味的无色液体，沸点为１１８℃，因此浓度较大的醋酸溶液挥发性较强。同Ｆｉｇ．２Ｓｅｌｆ－ｍａｄｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｐｌａｙｄｅｖｉｃｅ时，它又是一种较为特殊的中强酸，其溶液的ｐＨ图２自制压强变化显示装置［７］随着浓度的减小呈现出先降低后增大的特征。按３．４一次意外的发现－３［８］）与水的照９９．５％冰乙酸（ρ＝１．０５×１０ｇ／Ｌ在查阅相关资料后，判断教材实验设计中的稀体积比１∶９，配制约１０％的稀醋酸。采用朗威数醋酸用量较少，酸液薄膜

8、未能有效地阻止空气中的字化实验系统测得其ｐＨ约为２．１９，比较符合实氧气与铁粉的接触，导致发生吸氧腐蚀。于是，如验探究的需