吸氧腐蚀实验设计

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）3

Fe（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）。

观察到什么现象？为什么会出现这样的现象？

3.实验现象及分析

刚开始，由导气管弯成的u形管内两液面齐平，当胶塞塞入锥形瓶时，由于减小了空间，挤压了体系内的气体，u形管与锥形瓶相连的液面（左边）低，与大气相通的液面（右边）高，如图1所示。随着反应的进行，消耗氧气，体系气压减小，液体被吸向胶管一方，如图2所示，2分钟内就可以观察到u形管内液面左边高右边低，实验前后液面高度差达到1-2cm的现象。这就能说明不是因为漏气引起的u形管内右边液面下降，因为漏气只能使u形管内液面左右齐平。左边高说明是反应引起的瓶内压强小于大气压，间接证明了反应消耗了氧气。

4.改进后实验的特点

用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，目的是增大反应物的接触面，加快反应速度，用家庭泡咸菜的盐水润湿锥形瓶造成弱酸性环境，适合于学生实验或演示实验。生活，有利于学生运用所学的知识解释生活中的化学现象，例如切泡咸菜的刀未及时洗净（残液NaCl），很快便出现红褐色锈斑，菜刀不是纯铁，内含金属或非金属杂质，如果未及时清洗，表面有一层含有NaCl的水膜，氧气溶于水膜，在酸性很弱或中性环境中，铁器发生了吸氧腐蚀。用导气管弯成的u形管测定体系气体压强变化，形象、直观、灵敏，能激发学生深刻、全面地思考问题，提高思维能力。

改进后实验快速、简便、易操作，现象明显，不仅能有效地激发学生的学习兴趣，还能帮助学生直观地理解吸氧腐蚀原理，并区别吸氧腐蚀与析氢腐蚀，适合于演示实验和学生分组实验。