铁吸氧腐蚀的实验创新
钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计
（4）实验优点①针对溴乙烷与饱和氢氧化钠的乙醇溶液这两种液体互不相溶、静置分层，不利于反应物接触发生消去反应的毛病，利用磁力加热搅拌器具有调速搅拌的特点，使反应混合溶液充分接触，大大加快反应速度。
②针对溴乙烷和乙醇的沸点都比较低（溴乙烷为38.4ħ），若采用酒精灯直接加热的方式会导致液体暴沸、溴乙烷来不及发生消去反应就快速挥发及反应器内气流不稳定而引起反应液倒吸等毛病，采用磁力加热搅拌器具有调温控温、防止暴沸及U形长导管进行冷凝回流的优点，有利于消去反应顺利进行。
③从化学课堂教学角度和实验整体设计角度出发，对溴乙烷的消去反应及检验产物乙烯使酸性高锰酸钾溶液褪色进行组合设计，使实验整体感强，操作简便，现象明显，演示效果好。
（收稿日期：2010-10-08）钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计□朱石明1陈凯21.江苏省兴化市戴窑高级中学225741；2.江苏南京晓庄学院生物化工与环境工程学院211171摘要用实验显示钢铁腐蚀的普遍性，证明钢铁腐蚀主要表现为有氧气参加的原电池反应，并通过微型实验检验正负电极有关离子的生成，让学生在实验探究中掌握钢铁吸氧腐蚀的相关知识。
关键词钢铁腐蚀吸氧腐蚀差异充气腐蚀电化腐蚀实验改进《高中化学课程标准》在《化学反应原理》选修模块中，要求“能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施”。
教师开展“钢铁吸氧腐蚀”教学时大多依赖多媒体动画演示以配合理论教学，相关实验也仅限于“防止腐蚀”，而不关注“如何腐蚀”———钢铁腐蚀为何主要表现为有氧气参与的腐蚀？腐蚀时发生了什么原电池反应？钢铁腐蚀为何最终会生成铁锈？这一系列的问题对于习惯于宏观表征思维的中学生来说总是难以理解，学生对钢铁腐蚀的知识仍然停留在死记硬背电极反应式的学习模式中。
鉴于此，我们借鉴了钢铁腐蚀的专题研究文献［1］，结合个人的探究，设计了一系列的课堂演示实验，实验总耗时仅需10min左右。
高中化学中金属吸氧腐蚀的实验方法创新研究
2361 实验方法创新前因在高中化学新课程的学习中，相关的化学实验都是专家仔细编写的，具有一定的代表性，学生应该认真研读教材，在教师的带领下完成学习和实验任务。
但是某些实验的实验现象在操作过程中并不明显，这就需要进行实验的改进和方法创新了。
在完成原实验的基础上对试验进行创新有助于培养我们学生的创新精神和探究精神，打破权威，活跃思维，调动学习的积极性、创新的能动性。
2 对金属吸氧腐蚀的实验的创新在新课程高中化学的金属腐蚀当中，主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀这两种情况，其中电化学腐蚀又可以分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀这两种现象，一般来说当金属在酸性较强的环境当中时，就会发生析氢腐蚀的现象；当金属所处的环境为酸性较弱或者是呈现中性时，就会发生吸氧腐蚀，通常来说自然界中较为普遍发生的是吸氧腐蚀。
关于吸氧腐蚀，在课本当中，无论是哪一版本都是以锌-稀硫酸-铜作为主要的实验进行讲解。
尽管该实验在操作上和结果上比较简单和明显，但是该实验为金属的析氢腐蚀，所以需要简单明显易懂的吸氧腐蚀实验。
2.1 U形管中验证钢铁的吸氧腐蚀微实验【实验用品】消过毒的干净U形管、棉纱布、氯化钠溶液、铁氰化钾溶液、酚酞试液、铁丝电极、碳棒电极、教学用物理电流计（2.5mA量程）、胶头滴管。
【实验步骤】首先将卷成圆柱状的棉纱布放入U形管中（卷成圆柱状的棉纱布的目的是减缓原电池反应生成的离子的扩散速度）；从U形管的两边分别滴入一定量的氯化钠溶液（由于原电池反应当中，电流强度是一定的，所以在单位时间内产生的OH -含量是一定的，酚酞在pH>8才出现红色，因此碳棒正极溶液需要适当减少），在铁丝电极处滴入铁氰化钾溶液，在碳棒电极处滴入酚酞试液（碳棒与U形管直径接近，实验现象更明显）；连接好实验用物理电流计（2.5mA量程）；最后仔细观察电流计指针的偏转以及铁丝电极和碳棒电极两处的颜色产生的变化。
【实验现象】在U形管钢铁吸氧腐蚀微实验中，碳棒电极（即正极）的附近变为红色；铁丝电极（即负极）的附近变为蓝色，以此证明了上述实验中钢铁腐蚀，在正极产生了OH -，负极产生了Fe 2+。
人教版高中化学选修4《化学反应原理》第四章第四节《铁的吸氧腐蚀演示实验》创新设计
人教版高中化学选修４《化学反应原理》第四章第四节《铁的吸氧腐蚀演示实验》创新设计1.问题的提出钢铁的吸氧腐蚀实验是高中化学人教版选修４《化学反应原理》第四章第四节（金属的电化学腐蚀）教材上的一个实验，装置如下图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倒吸现象，不利于课堂教学。
鉴此，本人对该实验经过认真研究，提出了新的改进方法，通过在1~2分钟内观察到明显的倒吸现象，5分钟内并且产生美丽的喷泉，在验证钢铁吸氧腐蚀的同时，收到了良好的课堂效果。
图1 教材实验4-3：铁的吸氧腐蚀实验2.创新设计方案2.1实验用品仪器250mL圆底烧瓶、1mL刻度吸管、玻璃导管、漏斗、橡胶塞、乳胶管、药匙、止水夹、铁架台、铁夹等。
2.2实验药品还原铁粉、炭粉（石墨磨细）、氯化钠饱和溶液、红墨水等。
2.3实验装置图图2 创新实验装置2.4实验操作步骤（１）按照图２所示连接装置，检查装置的气密性。
（２）取下烧瓶、打开止水夹，通过漏斗注入红墨水至如图所示位置。
（３）用饱和食盐水将烧瓶内壁润湿，将还原铁粉与石墨粉按质量比10:1比例混合均匀，用药匙盛混合粉末伸入烧瓶内，撒在内壁约2/3的面积，留出约1/3的面积，便于观察喷泉现象。
（4）塞上塞子，由于塞子塞进烧瓶导致烧瓶内空气体积减小，红墨水左低右高，形成液差，观察液差的变化。
（5）待红墨水左右管液面持平时，用止水夹夹住乳胶管3分钟左右，然后再打开止水夹，观察是否产生喷泉现象。
3.创新实验效果实验装置简单，现象明显。
刻度吸管中的红墨水上升即可说明吸氧腐蚀已经发生，而3分钟后产生喷泉现象，说明烧瓶中的氧气进一步被消耗。
本实验克服了教材上演示实验的不足，直观鲜明，在帮助学生掌握吸氧腐蚀原理的基础上提升了学生的学习兴趣。
4.实验成功关键吸氧腐蚀速率（即钢铁生锈速率）不同于实验室制取气体，反应速率缓慢，烧瓶中压强减小速率慢，烧瓶连接的导管内径一定要细，可用1mL刻度细管或废旧温度计切去两端代替，这样液面高度变化更明显，易形成喷泉实验。
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的实验改进铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀是金属腐蚀中常见的两种形式，它们对金属材料的损害严重影响了金属的使用寿命和性能。
为了进一步深入研究和改进铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验方法，我们进行了一系列的实验研究和改进探索，旨在为金属材料的抗腐蚀性能提供新的理论和实验依据。
一、实验目的二、实验原理1.铁吸氧腐蚀铁吸氧腐蚀是指金属在含氧环境下受到氧的影响产生的一种腐蚀现象。
在潮湿的空气中，铁表面会吸附大量氧气，与铁发生化学反应产生铁氧化物，这种化合物给金属表面形成一层铁氧化物覆盖层，使金属表面失去光泽和机械性能，严重的还会导致金属腐蚀。
对铁吸氧腐蚀的研究可以为金属在氧化环境中的应用提供理论依据。
2.析氢腐蚀三、实验方法在对铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀进行实验改进时，我们采取了以下方法：1. 实验条件的优化：通过对实验环境的控制和调整，提高实验的准确性和可重复性。
在铁吸氧腐蚀实验中，我们采用真空环境和氧气气氛控制技术，减少氧气对金属的影响，提高实验的准确性。
在析氢腐蚀实验中，我们采用酸性介质的配比和温度控制技术，减少氢气对金属的腐蚀影响，提高实验的可靠性。
3. 实验数据的分析：通过对实验数据的量化分析和数学建模，提高实验结果的科学性和实用性。
在铁吸氧腐蚀实验中，我们对金属表面氧化物的形成动力学和热力学进行了深入研究，建立了铁吸氧腐蚀动力学模型和热力学模型，为金属抗氧化材料的设计和应用提供了理论依据。
在析氢腐蚀实验中，我们对金属晶界氢气聚集的机理和影响进行了定量分析，建立了析氢腐蚀动力学模型和影响模型，为金属在酸性介质中的应用提供了理论依据。
四、实验结果通过对铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验改进，我们获得了一系列新的实验结果和科学发现：1. 铁吸氧腐蚀实验中，我们发现了金属表面氧化物形成的动力学和热力学规律，揭示了氧气对金属腐蚀的影响机理和规律，为金属抗氧化材料的设计和应用提供了理论依据。
2. 析氢腐蚀实验中，我们揭示了金属在酸性介质中氢气的聚集机理和影响规律，为金属在酸性介质中的应用提供了理论依据。
铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计
铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计背景介绍铁是一种广泛使用的材料，但在一定情况下，铁会发生腐蚀现象，使铁的性质发生改变，甚至破坏了铁。
铁的腐蚀是指铁与氧气发生反应，生成铁氧化物并释放出电子，导致铁的损失。
因此，研究铁的腐蚀现象对于材料科学和工程有着重要的意义。
在本文档中，我们将介绍一种铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计。
实验目的1.研究铁的吸氧腐蚀现象。
2.探究不同条件下铁的腐蚀差异。
3.设计实验演示，吸引学生关注并提高其科学素养。
实验材料与方法材料•较厚的铁片•氧化铁粉末•烧杯•镊子•饮用水•火柴•红磷粉末•烧瓶•密封塑料袋（拉链）方法1.将铁片放入烧杯中，加入适量的氧化铁粉末；2.加入足量的饮用水，达到呈浸水状态；3.放入密闭袋中（必须是拉链密封的后退轻压一下，确保里面不会有空气），慢慢加入新鲜的空气，尽量填充袋子内的空气；4.用镊子将火柴点燃，在尽量熄灭时将红磷粉末撒入瓶中；5.立即打开密闭袋，在合适的时间内观察铁片的变化。
注意：实验过程包含可燃物和易爆物品，请在安全环境下进行。
实验结果与分析经过观察该实验，我们可以得出以下结论：•在氧气环境下，铁能吸氧发生腐蚀现象；•存在氧化铁粉末的情况下，铁片腐蚀更加明显；•塑料袋内空气越少，铁片腐蚀现象越容易观察；•红磷粉末起到了消耗氧气的作用，使观察变得更加明显。
综上所述，本实验设计成功地展示了铁的腐蚀现象，为学生进一步了解材料科学和工程提供了一种创新的方法。
学习收获与总结通过本次实验，学生可以掌握材料腐蚀现象的基本概念和相关实验方法，提高了自己的实验能力和科学素养。
此外，学生也可以了解到1个氧气环境下的化学反应，掌握实验过程中应对意外情况的方法。
在今后的实验过程中，我们应该保证安全，严格按照实验要求进行实验。
这样能够更加准确地得到实验结果，并且不会造成不必要的损失。
参考资料[1] 张列平, 熊启. 材料腐蚀科学[M]. 科学出版社, 2004.[2] 蔡立新, 李志祥. 材料腐蚀与保护[M]. 化学工业出版社, 2016.[3] 范威, 郑海华. 材料的腐蚀与防护实验[J]. 化学通报, 2010, 8(3): 328-329.。
《铁的吸氧腐蚀》实验创新
《铁的吸氧腐蚀》实验创新摘要：本文通过现代教育技术手段与传统化学教学相结合的方式，对苏教版《化学反应原理》中铁的吸氧腐蚀实验进行创新，使实验呈现方式多样化，课堂效果提升显著。
改进后实验时间大幅缩短，且可行性增强，更有助于学生对吸氧腐蚀原理的理解。
关键词：铁的吸氧腐蚀实验创新电极反应现代教育技术1问题的提出铁的吸氧腐蚀实验为苏教版《化学反应原理》专题1第三单元“金属的腐蚀与防护”活动与探究环节的实验，装置如图。
实验操作为：向还原铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁用氯化钠溶液润湿过的具支试管中，按上图组装好仪器。
几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。
该实验旨在让学生了解铁的吸氧腐蚀其实质为电化学腐蚀，理解钢铁电化学腐蚀发生的条件。
要求学生能用电化学知识分析钢铁两种腐蚀的原理和条件，能书写有关的电极反应式和总反应式。
笔者在课堂演示过程中，发现存在以下问题：1、按教材所示方法进行演示需要七分钟以上的时间才有明显现象，极大影响课堂教学任务的完成；2、实验现象较为单调，很难吸引学生的注意力，激发学生的求知欲；3、不能直观地体现铁吸氧腐蚀的微观本质，学生在对实验现象进行分析时存在对铁的吸氧腐蚀电极产物判断及氧气如何参与反应的困惑，造成学生对该知识点的学习困难。
鉴于此，笔者经过研究对该实验进行了创新改进。
用朗威微电流传感设备、希沃授课助手等现代化教育技术与物质检查相结合的方式，设计一体化实验，帮助学生从多视角进行观察、分析，正确理解吸氧腐蚀的概念，探究金属电化学腐蚀的本质。
2实验过程2.1 实验用品试剂：饱和NaCl溶液、铁丝、碳棒、酚酞试液、铁氰化钾试剂仪器：展示板、U形管、注射器、针管、导线、鳄鱼夹、变阻箱、朗威微电流传感器及数据采集器、希沃授课助手、发光二极管。
2.2实验仪器装置图及组装说明图1①由于每次实验过程接触电阻不同，而朗威微电流传感器敏感度很高，故将电阻箱并联进电路中，并根据实际情况调节电阻大小，确保电流在量程范围内。
钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计
钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计《高中化学课程标准》在《化学反应原理》选修模块中要求“能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害,通过实验探究防止金属腐蚀的措施。
”教师开展“钢铁吸氧腐蚀”教学时大多依赖多媒体动画演示以配合理论教学,相关实验也仅限于“防止腐蚀”,而不关注“如何腐蚀”——钢铁腐蚀为何主要表现为有氧气参与的腐蚀？腐蚀时发生了什么原电池反应？钢铁腐蚀为何最终会生成铁锈？这一系列问题对习惯于宏观表征思维的中学生来说总是难以理解,学生对钢铁腐蚀的知识仍然停留在死记硬背电极反应式的学习模式中。
鉴于此,我们借鉴了钢铁腐蚀的专题研究文献,结合个人的探究,设计了一系列课堂演示实验,实验总耗时仅需10分钟左右。
在新授课时如能在课堂上增补以下演示实验,不仅有利于学生对钢铁的腐蚀有深刻的理解,而且对以后学习金属的防护会有更大的益处。
一、重现一次偶然的发现（趣味钢铁腐蚀问题的引出）笔者在读高中时,特别喜爱搞些手工制作。
在一次摆弄自己“土制”的“万用电表”时,发现了一个令当时的笔者无法解释的现象：当将自做的两只相同铁质表棒插入潮湿的泥土中时,竟然发现万用表的指针发生了微微的偏转！难道相同的铁电极也能构成原电池吗？我们先重现一下当时的事实：【实验1】将氯化钠溶液加入有棉布隔膜的水槽中,用导线连接好2只铁片电极及物理教学用演示电流计（量程100µA）,观察是否有电流产生。
如图2,本实验选用长方形的塑料水槽,中间加1个棉质的隔膜,使两边连通,只是减缓了两极氧气的相互扩散。
先在其中加入适量食盐水溶液,再将准备好的2只一样的铁片电极（提前用铁砂纸打磨除去表面铁锈）,与1只物理上用的100µA演示电流计,连接好导线。
特别应注意的是：应先将连电表负极的铁片插入溶液10～20秒左右,再将连电表正极的铁片插入溶液中（这是本实验成功的秘诀！因为先放入的铁片由于局部吸氧腐蚀而消耗了一部分氧气,故氧气的浓度必然小于棉布另一侧的溶液,后插入的铁片因溶液中富含更多的氧气必然成为原电池的正极。
案例50 《铁的吸氧腐蚀实验改进》
装置
实验
步骤
及现象
1.如图1所示组装仪器,检验装置的气密性。
2.在锥形瓶中收集一瓶氧气,塞上胶塞。在小烧杯中倒入少量滴有墨水的水(水不要加太多,没过胶头滴管末端即可)。
3.打开胶塞,向锥形瓶中快速加入3~4mL饱和食盐水、2g铁系脱氧剂。塞上胶塞,捏住乳胶管,轻轻摇晃晃锥形瓶,使悬浊液均匀挂于锥形瓶丙壁上。
4.将胶头滴管放入小烧杯中。
5.实验端倒吸一段高度约为5mm的稳定液柱。大约0.5min后液柱开始迅速升高,1min后液柱高度超过25mm,如图2所示。
创新
设计
后的
优点
1.利用毛细现象,使用饼干包装袋中的铁系脱氧剂,方法新颖,趣味性强。
2.废物利用,于细微处传递化学对社会的爱与责任。
3.实验装置和实验过程得以大幅简化。
4.实验用氧气代替空气,可以更好地说明氧气参与了反应。
案例50《铁的吸氧腐蚀实验改进》
实验名称
《铁的吸氧腐蚀实验改进》
实验目的
利用毛细现象和饼干包装盒中的铁系脱氧剂进行“铁的吸氧腐蚀”实验改进，以获得简明扼要、方法新颖且富于趣味性的实验改进方案。
实验原理
铁在氧气、水的作用下生锈，饱和食盐水对铁生锈有催化作用。
实验仪器
及药品
锥形瓶、小烧杯、去掉乳胶头的胶头滴管、铁系脱氧剂、饱和食盐水、墨水。
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铁吸氧腐蚀的实验创新
铁的吸氧腐蚀一直是化学教学中的一个难点，对正极氧气参与的电极反应学生难以理解和接受。
按照人教版《化学反应原理》中“铁的吸氧腐蚀实验”的方案进行实验[1]，5~8分钟才有明显现象；其次该实验说服力也不够强，导管中液面上升不能证明一定是氧气参与了反应，也可能是空气中其他气体参与了反应。
为此笔者通过反复实验探究，设计出30秒即可出现明显现象，且排除了其他气体干扰的实验方案，有效地提高了课堂教学效率。
1 实验药品及仪器
（1）药品：H2O2、MnO2、还原铁粉、石墨粉、品红溶液、饱和氯化钠溶液、pH试纸。
（2）仪器和用品：具支试管、试管、玻璃导管、T形玻璃三通、橡皮塞、乳胶管、止水夹、试管架、纱布。
图1 铁吸氧腐蚀实验的实物图
2 实验改进的方法、步骤及现象
（1）按图1所示组装仪器、检查装置的气密性。
（2）收集纯氧：从装置中取下带乳胶管的具支试管，夹住止水夹1，用排水法收集一具支试管纯净的O2（用MnO2催化分解H2O2制取），塞好橡皮塞。
（3）放入药品：将2 g铁粉和0.5 g石墨粉充分混合后，均匀撒在浸有氯化钠溶液的纱布上，再用胶头滴管吸取氯化钠溶液滴在粉状混合物上，卷好纱布后
迅速将其放入充满O2的具支试管中，塞紧橡皮塞，放入试管架并与T形玻璃三通相连接。
（4）调节液面：打开止水夹1，发现右侧玻璃导管内液面明显低于试管内的液面（由于塞紧橡皮塞时气压增大，造成右侧导管在液面下产生一段气柱）。
打开止水夹2，使装置内部与外界大气相通，当导管的内外液面相平时,夹住止水夹2。
（5）记录现象：30秒导管中就出现了4 mm高的液柱，液柱高度随时间的变化记录见表1（22℃）。
一段时间后拔出橡皮塞，用10 mL蒸馏水洗涤具支试管中的纱布，取出纱布后用玻璃棒蘸取少量上层清液，点在pH试纸上，测得溶
液呈碱性。
打开纱布后能明显看到纱布上沾有少量红褐色的铁锈，进而表明铁发生了吸氧腐蚀。
3 实验创新的优点
（1）用纯氧代替空气，既排除了空气中其他气体的干扰，也加快了铁腐蚀的速率，使液柱快速上升，从而证明氧气参与了电极反应。
（2）用铁粉与石墨粉的混合物代替铁钉大大增加了电极的表面积，用纱布作为铁碳混合物的载体能使混合物与O2接触更充分，使实验在30秒内就出现了明显现象。
（3）T形玻璃三通能方便快速地调节玻璃导管内外液面的高度，避免一开始产生的气柱对实验效果的影响。
（4）用品红代替蒸馏水,能使全体同学清晰地看到导管中液面上升的现象。
参考文献
[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书：化学反应原理（选修4）.第3版,北京：人民教育出版社2007:85
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。