刊名: 教学与研究
Teaching and Research
主办: 中国人民大学
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 0257-2826
CN: 11-1454/G4
邮发代号: 2-256
历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953
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金属的电化学腐蚀实验改进
【作者】 吴中鹏 黄 伟
【机构】 (湖北省十堰市第一中学)
【正文】一、改进前实验
1.实验装置
人教版高中化学《选修4 化学反应原理》课本85面【实验4-3】:将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水浸泡一下,放入图4-17所示的具支试管中。几分钟后,观察导管中水柱的变化,思考引起变化的原因。如图1所示。
2.实验存在的不足
(1)实验药品使用铁钉,吸氧腐蚀速率较慢,因而吸氧腐蚀实验时间较长。课堂教学时间有限,实验时间较长会被一线教师置之高阁。课堂演示实验将转变为单纯乏味的口头描述。
(2)吸氧腐蚀实验现象“导管内水柱上升”不明显。导管和水均是透明的,辨识度小,会给学生带来视觉偏差,学生难以观察到吸氧腐蚀因压强差引起的倒吸现象。尤其是座位位于教室中后部的学生。
针对以上两点不足,笔者做出以下两点改进。
二、实验改进
1.实验原理
铁钉主要成分是铁,其次含有少量的碳。发生吸氧腐蚀时,铁是负极,碳是正极。铁钉吸氧腐蚀消耗具支试管中的氧气,造成压强差,从而引起倒吸现象。
负极Fe:2Fe - 4e- = 2Fe2+
正极C:2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
总反应:2Fe+ O2 +2H2O=2Fe(OH)2
2.实验药品和仪器
药品:饱和食盐水、红墨水、活性炭粉、铁粉、脱脂棉。
仪器:铁架台(带铁夹)、具支试管、橡皮塞、导管、100mL小烧杯、2个钥匙、镊子、手套。
3.改进后的装置
改进后的装置如图2所示。
图2 改进后吸氧腐蚀实验装置
4.实验步骤及现象
(1)混:将铁粉和碳粉混合均匀。
(2)卷:将铁粉和碳粉的混合物均匀地铺洒在脱脂棉上,然后进行折卷,一边折卷一边再铺洒铁粉和碳粉的混合物。
(2)放:用镊子将混有铁粉、碳粉的脱脂棉放入具支试管中。
(3)加:向具支试管中加入适量的饱和食盐水。
(4)塞:塞上带有导管的橡胶塞,导管的另一端放入盛有红墨水的烧杯中。
(5)实验现象:1分钟后可以看到红墨水沿导管内上升,并形成一段高于液面的水柱。2分钟后红墨水还继续沿导管内上升,液面高度继续攀升。
三、实验改进后的优点
1.时间短。将铁钉换成铁粉和碳粉的混合物进行吸氧腐蚀实验,只需要1分钟即可看到倒吸现象,与课本中使用铁钉进行吸氧腐蚀实验相比,极大地缩短了吸氧腐蚀实验时间。为实际一线高中化学课堂演示吸氧腐蚀实验提供便捷教学实验模型。
2.吸氧腐蚀倒吸现象明显,易观察。将铁钉换成铁粉和碳粉的混合物进行吸氧腐蚀实验,除了极大地缩短吸氧腐蚀实验时间之外,还加大了吸氧腐蚀的程度,短时间内消耗具支试管中更多的氧气,造成压强差幅增大,因而倒吸程度增大,上升的水柱远远高于烧杯液面。倒吸现象十分明显。
其次,将课本实验用品“蒸馏水”换成“红墨水”,倒吸现象十分便于观察,从视觉感官上解决了因液体颜色带来的视觉偏差,同时极大地增强了实验效果的辨识度,减弱了因距离带来的实验盲点。
3.仪器简单、药品易获得
四、实验反思
高中面临升学压力,同时又要兼顾学生核心素养的培养。对于化学学科而言,在保证完成教学任务的同时更要兼顾学生化学核心素养的培养。化学是一门以实验为基础的科学,以实验为基础着重培养学生科学探究与创新意识的核心素养,以实验为基础充分体现化学学科的特色和魅力,以实验为基础激发学生学习化学的兴趣,由内而外热爱化学。由此,设计一个操作简捷、现象明显同时兼顾实验原理的化学实验尤为重要。
1.实验装置
人教版高中化学《选修4 化学反应原理》课本85面【实验4-3】:将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水浸泡一下,放入图4-17所示的具支试管中。几分钟后,观察导管中水柱的变化,思考引起变化的原因。如图1所示。
2.实验存在的不足
(1)实验药品使用铁钉,吸氧腐蚀速率较慢,因而吸氧腐蚀实验时间较长。课堂教学时间有限,实验时间较长会被一线教师置之高阁。课堂演示实验将转变为单纯乏味的口头描述。
(2)吸氧腐蚀实验现象“导管内水柱上升”不明显。导管和水均是透明的,辨识度小,会给学生带来视觉偏差,学生难以观察到吸氧腐蚀因压强差引起的倒吸现象。尤其是座位位于教室中后部的学生。
针对以上两点不足,笔者做出以下两点改进。
二、实验改进
1.实验原理
铁钉主要成分是铁,其次含有少量的碳。发生吸氧腐蚀时,铁是负极,碳是正极。铁钉吸氧腐蚀消耗具支试管中的氧气,造成压强差,从而引起倒吸现象。
负极Fe:2Fe - 4e- = 2Fe2+
正极C:2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
总反应:2Fe+ O2 +2H2O=2Fe(OH)2
2.实验药品和仪器
药品:饱和食盐水、红墨水、活性炭粉、铁粉、脱脂棉。
仪器:铁架台(带铁夹)、具支试管、橡皮塞、导管、100mL小烧杯、2个钥匙、镊子、手套。
3.改进后的装置
改进后的装置如图2所示。
图2 改进后吸氧腐蚀实验装置
4.实验步骤及现象
(1)混:将铁粉和碳粉混合均匀。
(2)卷:将铁粉和碳粉的混合物均匀地铺洒在脱脂棉上,然后进行折卷,一边折卷一边再铺洒铁粉和碳粉的混合物。
(2)放:用镊子将混有铁粉、碳粉的脱脂棉放入具支试管中。
(3)加:向具支试管中加入适量的饱和食盐水。
(4)塞:塞上带有导管的橡胶塞,导管的另一端放入盛有红墨水的烧杯中。
(5)实验现象:1分钟后可以看到红墨水沿导管内上升,并形成一段高于液面的水柱。2分钟后红墨水还继续沿导管内上升,液面高度继续攀升。
三、实验改进后的优点
1.时间短。将铁钉换成铁粉和碳粉的混合物进行吸氧腐蚀实验,只需要1分钟即可看到倒吸现象,与课本中使用铁钉进行吸氧腐蚀实验相比,极大地缩短了吸氧腐蚀实验时间。为实际一线高中化学课堂演示吸氧腐蚀实验提供便捷教学实验模型。
2.吸氧腐蚀倒吸现象明显,易观察。将铁钉换成铁粉和碳粉的混合物进行吸氧腐蚀实验,除了极大地缩短吸氧腐蚀实验时间之外,还加大了吸氧腐蚀的程度,短时间内消耗具支试管中更多的氧气,造成压强差幅增大,因而倒吸程度增大,上升的水柱远远高于烧杯液面。倒吸现象十分明显。
其次,将课本实验用品“蒸馏水”换成“红墨水”,倒吸现象十分便于观察,从视觉感官上解决了因液体颜色带来的视觉偏差,同时极大地增强了实验效果的辨识度,减弱了因距离带来的实验盲点。
3.仪器简单、药品易获得
四、实验反思
高中面临升学压力,同时又要兼顾学生核心素养的培养。对于化学学科而言,在保证完成教学任务的同时更要兼顾学生化学核心素养的培养。化学是一门以实验为基础的科学,以实验为基础着重培养学生科学探究与创新意识的核心素养,以实验为基础充分体现化学学科的特色和魅力,以实验为基础激发学生学习化学的兴趣,由内而外热爱化学。由此,设计一个操作简捷、现象明显同时兼顾实验原理的化学实验尤为重要。