吸氧腐蝕實驗設計

摘 要：為高中化學選修4設計的吸氧腐蝕實驗操作簡便，現象明顯、快速。實驗只需要2分鐘就能完成，適合于學生實驗或演示實驗。

關鍵詞：吸氧腐蝕； 實驗設計

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）08-024-001

人教版普通高中課程標準實驗教科書化學選修4化學反應原理第四章第四節金屬的電化學腐蝕與防護中，鐵的吸氧腐蝕實驗4-3如下：

我們知道：金屬腐蝕分化學腐蝕與電化學腐蝕，電化學腐蝕又包含析氫腐蝕和吸氧腐蝕。在電化學腐蝕過程中，不斷有氫氣放出，叫析氫腐蝕。這是在酸性環境中引起的腐蝕。在電化學腐蝕過程中，吸收氧氣分子參加原電池反應叫吸氧腐蝕。

然而，學生在實驗4-3中，檢查該裝置氣密性時發現：將導管一端插入水中，玻管內水面與管外水面基本齊平，將玻管位置提高（末端不脫離水面），則玻管內形成一段液柱。這是因為由于提升玻管，液面上容器與導管構成的體系體積增大，氣壓減小，所以玻管內會形成一段液柱（大氣壓等于容器內氣體壓強與玻管內超出液面部分液柱壓強之和）。

因此，教材中鐵的吸氧腐蝕實驗存在兩方面問題：一是鐵釘表面與空氣的接觸面小，短時間內難以觀察到明顯的變化，二是液柱形成的原因說服力不強（是由于盛水試管中導管的位置變化引起的，還是發生化學反應引起的，都有可能），我們認為有必要對該實驗進行改進。

1.吸氧腐蝕實驗原理

負極：2Fe-4e-=2Fe2+

正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

進一步反應：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

Fe（OH）3脫去一部分水生成Fe2O3·xH2O（鐵銹的主要成分）。

2.實驗改進

將還原鐵粉和含有少量的炭粉的混合物撒入內壁用家庭泡咸菜的鹽水潤濕過的錐形瓶中，按圖1所示連接好裝置，觀察、比較導氣管彎成的u形管中液面高度的變化（為了便于觀察，液體用水中滴有紅墨水等顏料的紅色溶液，并將膠管做成的膠圈固定在u形管與大氣相通的液面位置做下標記）。

觀察到什么現象？為什么會出現這樣的現象？

3.實驗現象及分析

剛開始，由導氣管彎成的u形管內兩液面齊平，當膠塞塞入錐形瓶時，由于減小了空間，擠壓了體系內的氣體，u形管與錐形瓶相連的液面（左邊）低，與大氣相通的液面（右邊）高，如圖1所示。隨著反應的進行，消耗氧氣，體系氣壓減小，液體被吸向膠管一方，如圖2所示，2分鐘內就可以觀察到u形管內液面左邊高右邊低，實驗前后液面高度差達到1-2cm的現象。這就能說明不是因為漏氣引起的u形管內右邊液面下降，因為漏氣只能使u形管內液面左右齊平。左邊高說明是反應引起的瓶內壓強小于大氣壓，間接證明了反應消耗了氧氣。

4.改進后實驗的特點

用還原鐵粉和含有少量的炭粉的混合物，撒入內壁用家庭泡咸菜的鹽水潤濕過的錐形瓶，目的是增大反應物的接觸面，加快反應速度，用家庭泡咸菜的鹽水潤濕錐形瓶造成弱酸性環境，適合于學生實驗或演示實驗。生活，有利于學生運用所學的知識解釋生活中的化學現象，例如切泡咸菜的刀未及時洗凈（殘液NaCl），很快便出現紅褐色銹斑，菜刀不是純鐵，內含金屬或非金屬雜質，如果未及時清洗，表面有一層含有NaCl的水膜，氧氣溶于水膜，在酸性很弱或中性環境中，鐵器發生了吸氧腐蝕。用導氣管彎成的u形管測定體系氣體壓強變化，形象、直觀、靈敏，能激發學生深刻、全面地思考問題，提高思維能力。

改進后實驗快速、簡便、易操作，現象明顯，不僅能有效地激發學生的學習興趣，還能幫助學生直觀地理解吸氧腐蝕原理，并區別吸氧腐蝕與析氫腐蝕，適合于演示實驗和學生分組實驗。