铁钉腐蚀实验探究

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1、铁钉腐蚀实验探究黄智槐一．探究冲动在讲《几种重要金属》一章中金属的电化学腐蚀的时候，学生非常感兴趣，同时又被每年被腐蚀金属约占生产的1/3和教材图4-26锈迹斑斑的铁链所震撼，为了加深对金属腐蚀的理解，了解腐蚀的危害和掌握金属防腐的技巧，在老师的提议下，学生强烈要求自己做实验，亲自探究金属腐蚀的历程。二．思维的火花在强烈的探究欲望指引下，学生在如何设计实验这一点上产生了激烈的争论。如：金属在潮湿的环境下比干燥的环境下更容易腐蚀吗？在潮湿的环境下发生的是哪一类腐蚀呢？电化学腐蚀的速率为什么比纯粹的化学腐蚀更快？在特定环境下，只发生一种腐蚀，还是所有类型都有？而其中哪种占主导呢？电化学腐蚀有多种，

2、析氢腐蚀、吸氧腐蚀和差异充气腐蚀各自在哪些环境下发生，能不能做一个归纳呢？通过实验探究，我们怎样进行金属的防腐呢？诸如此类的问题纷至沓来，而学生又不知如何梳理和实践。最后决定，在教师的指引下，对其中的一些问题做初步的筛选，选出比较可行的做探究，并且把学生划分成几个小组，每一组负责一项实验，得到数据和结论后，大家再汇总，目的在于形成对金属腐蚀的统一认识。三．实验设计根据以上的疑惑，学生查阅资料，设计了不同实验，研究具体情况下金属腐蚀发生的条件。设计思路一将三根洁净无锈的铁钉分别放入三支试管中：（如图一所示）1．在第一支试管中倒入蒸馏水至浸没1/2的铁钉，使铁钉既与水接触，又与空气接触。2．在第二

3、支试管中倒入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，使蒸馏水浸没铁钉，并再倒入适量植物油以隔绝空气，使铁钉只与水接触而不与空气接触。3．在第三支试管中放入棉花和干燥剂，并塞上塞子，使铁钉只与空气接触而不与水接触。（图一）（图二）（图三）设计思路二铁丝在一定体积潮湿的空气中发生锈蚀以及空气体积减少的情况。取一段光亮无锈的细铁丝，绕成螺旋状，放入一支干燥洁净的试管底部。将试管固定在铁架台上，并倒立于盛有清水的烧杯里。注意试管里的铁丝要高出水面，且稳定不下落。观察铁丝表面是否发生变化，试管中的水面高度是否有变化（如图二所示）设计思路三铁片在一定体积潮湿的空气中发生锈蚀以及空气体积减少的情况。取一小块用酸洗净的铁片(

4、或钢片)，再用食盐水浸泡一下，放入具支试管（如图三所示）。观察铁片表面变化情况，以及玻璃导管中水位变化情况。设计思路四将(潮湿的试管内底部)粘有铁屑与没有粘有铁屑的两支试管分别倒置于盛有水的烧杯里，对比情况。在一支潮湿的试管里加入少量铁屑，摇动试管使铁屑粘附在试管壁上(如图8-3所示)。将试管倒放在一个盛有水的烧杯里。再取一支没有放入铁屑的试管做对照实验。将两套装置静置，观察试管中铁屑是否生锈、试管中的水位是否升高。（图四）设计思路五将六根洁净无锈的铁钉分别用不同金属丝绑缚后伸入六支试管中，金属丝直接插入橡胶塞中，使铁钉只与空气接触，主要探究在不同的环境中，金属发生哪种腐蚀：金属丝材料铁丝铜丝

5、所加试剂蒸馏水10%盐酸98%硫酸蒸馏水10%盐酸98%硫酸第1天第2天第3天第4天第5天四．学生实验探究学生分组，分别研究一种设计思路，记录观察结果，得出各自结论，第二周探究课汇总，最后统一得到金属腐蚀的情况，与相关理论呼应。第一组：探究含氧量和水对腐蚀的影响时间观 察 结 果实验一(铁钉) 空气和水中 不含氧气的水中 干燥的空气中 第1天       第2天       第3天        第4天        第5天       结论       第二组：铁丝和铁片在一定体积潮湿的空气中发生锈蚀以及空气体积减少的情况时间实验二(铁丝)实验二(铁片)第1天第2天第3天 第4天 第5天 结

6、论 第三组：粘有铁屑与没有粘有铁屑的两支试管分别倒置于盛有水的烧杯里的对比情况时间有铁屑无铁屑第1天第2天第3天 第4天 第5天 结论 第四组：电化学腐蚀研究金属丝材料铁丝铜丝第1天蒸馏水10%盐酸98%硫酸蒸馏水10%盐酸98%硫酸第2天第3天第4天第5天结论五．相关文献资料（一）《现代化学基础》，高等教育出版社P3471．化学腐蚀单纯有化学作用而引起的腐蚀，其特点是介质为非电解质溶液或干燥气体，腐蚀过程无电流产生，主要受温度影响。钢铁在常温和干燥空气中不易腐蚀。2．电化学腐蚀金属与电解质溶液接触，由于电化学作用而引起的腐蚀，特点是形成腐蚀电池。可以分为析氢腐蚀、吸氧腐蚀和差异充气腐蚀等。（

7、1）析氢腐蚀发生在酸性介质中，铁做阳极，碳或其他比铁不活泼的杂质做阴极。（2）吸氧腐蚀发生在pH接近中性条件下，这是由于氢超电势的影响，金属中的杂质为溶于水膜中的氧获取电子提供反应界面，甚至在酸性介质中，有氧存在也发生吸氧腐蚀。（3）差异充气腐蚀：由于金属处于含氧量不同的介质中引起的腐蚀。在p(O2)大的部位E（O2/OH-）大，在p(O2)小的部位，（O2/OH-）小，E大做阴极，E小做阳极。如