[铁钉生锈实验新设计] 铁钉生锈的实验
时间：2019-02-05 03:25:59 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：针对铁钉生锈演示实验在教学中存在的问题，通过对该实验的探究，改进了实验条件，使得铁钉生锈演示实验满足了课堂教学的需要。 关键词：铁钉生锈；探究 文章编号：1005－6629(2007)11－0012－02 中图分类号：G633.8 文献标识码：C
高中阶段学习钢铁腐蚀时，往往涉及钢铁的化学腐蚀和电化学腐蚀。上海高中化学教材是铁钉在空气和水共存的条件下反应，实验要在一周后才有明显的现象。人教版高中化学教材增加了氯化钠的条件，但在短时间内实验腐蚀现象也不明显。由此可见，在课堂上演示铁钉生锈、腐蚀时，演示效果不理想，主要存在以下两个问题： （1）铁钉腐蚀的速度慢，需要很长时间才能观察到现象，不符合课堂演示实验的要求； （2）生锈现象不够明显，使学生难以对钢铁的腐蚀产生深刻直观的印象。因此，若能设计一个既能在短时间内观察到明显的钢铁腐蚀现象又能使学生对于电化学腐蚀原理有深刻理解和直观感受的实验，则能大大提高实验的教学质量。为此笔者对教材中的铁钉腐蚀条件的探究实验进行了改进，从原电池反应和Cl-效应这两个因素出发对实验进行了新的设计，该实验设计操作简单、效果明显、耗时短，满足了课堂教学要求，并由此进一步探讨了钢铁腐蚀的条件。
1 实验
1.1置换反应形成“原电池”从而加速铁钉生锈、腐蚀的探究
1.1.1实验步骤：
取三支试管，分别倒入10mL的蒸馏水；在第一支试管中滴加5滴7�CuSO4溶液，在第二支试管滴加5滴7�CuCl2溶液，在第三支试管滴加5滴饱和NaCl溶液（滴加少量铜盐使铜离子的蓝色不会对腐蚀的观察造成视觉上太大的干扰）；在三支试管中分别装入用砂纸打亮的铁钉。
1.1.2 实验现象
第一支试管中铁钉在五六分钟内表面有灰黑色物质生成；第二支试管的铁钉在五六分钟左右表面就有红褐色铁锈生成（如图1所示），大约一刻钟后现象非常明显（如图2所示），几分钟内溶液呈现浅黄色；在第三支试管中的铁钉在一个小时内表面无明显变化，铁钉表面出现微小的“黄斑”（只能近距离观察才能看到）。
一周之后，第一支试管底部沉淀了较多的灰色固体,第二支试管中有大量的红褐色物质吸附在铁钉的表面，试管底部也有较多的红褐色物质；而第三支试管中铁钉表面底部有少量的铁锈，溶液呈棕黄色。
将第一支和第二支试管里的固体物质经过洗涤后分别转移置两只小烧杯中，再分别加入足量盐酸后，第一支试管的固体大部分未溶解，说明第一支试管中的固体大部分是单质铜；第二支试管的固体大部分溶解，且溶液呈棕黄色，说明第二支试管中的固体大部分是氧化铁(即铁生锈产物)。
1.1.3 实验结论
由实验现象可得：铁钉在加入少量氯化铜的溶液中，腐蚀速度快，生锈现象明显。
1.2实验2.铁钉在不同质量分数的CuCl2溶液中的腐蚀情况探究
1.2.1 实验步骤
分别配制浓度为 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%,3%,5%的CuCl2溶液各5mL。准备六支试管标上1#、2#、3#、4#、5#、6#，各装5mL水，然后分别滴加上述的CuCl2溶液5滴，最后分别放入用砂纸打亮的铁钉。观察并记录现象。
1.2.2实验现象
1.2.3 实验结论
在充分考虑铜离子颜色干扰的前提下，质量分数为2%―5%的CuCl2溶液使铁钉腐蚀的演示效果最佳。
2 分析
通过以上实验说明，在置换反应引发和Cl-的同时存在的条件下，可以为加快铁钉生锈创造最佳条件。
首先， Fe2+的生成加快。由于Fe与Cu2+之间的置换反应中，Fe直接与Cu2+接触，铁原子和铜离子在同一地点，同一时刻直接交换电荷，完成氧化还原反应。生成的铜原子附在铁器表面，形成了微型原电池、从而使铁加速“生锈”！即加快了溶液中的水和氧气获得电子生成OH-，并与生成的Fe2+结合成Fe（OH）2的反应速度。
其次，Cl-是穿透力极强的离子，极易穿透金属表面的氧化物膜，从而加速电化学腐蚀反应。
3 结论
水中少量氯化铜的存在，可以使铁变为“杂质铁”，从而加速铁钉的腐蚀、生锈，本实验现象明显，耗时短，使学生获得钢铁腐蚀、生锈的直观印象外，还可以加深对电化学腐蚀原理的理解，取得较佳的实验教学效果。
参考文献：
[1]李荻主编.电化学原理[M].北京航空航天大学出版社,1989：94-96.
[2]钟兴厚，萧文锦，袁启华等.无机化学丛书（第六卷）[M].科学出版社，1995：212-214.
[3]刘怀乐.食盐在化学实验中的几处妙用[J].化学教学，2005(11)：4~5.
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。”
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