铁的吸氧腐蚀实验改进，本文主要内容关键词为：吸氧论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出
笔者在做铁的吸氧腐蚀实验时，依照教材中的实验设计方案（如图1[1]）进行演示实验，但要实现理想的实验效果，让全班同学都能看到玻璃导管中水位上升的现象，需要的时间约为5 min，甚至时间更长，这样便给课堂教学带来不利影响。教师若在课堂上苦等5 min后再来分析实验现象，得出实验结论，便会影响课堂教学效果，使整节课缺乏连贯性；若在这5 min内去讲述其他内容，当出现理想的实验现象后，回头再来分析实验现象，会有时过境迁之感，实验教学的时效性会大打折扣。因此优化实验方案，改进实验的某些环节，在1 min时间内迅速、高效、完美地完成本实验是我们努力的目标。
图1 铁的吸氧腐蚀实验
二、实验缺陷分析
(1)若将试管插入到盛水的水槽中，会发现试管内的液面低于水槽中的液面，即试管在水下有一段气柱。同理，在铁的吸氧腐蚀实验中，若先塞紧胶塞，然后将具支试管右侧的导管插入水中，其导管在水下有一段较长的气柱（如图2）。铁钉在密闭的具支试管中发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，具支试管中的气体压强减小，导管中的水面会上升。若要使导管中的水位上升到明显高于试管中液面的位置，就要突破△h的高度，使实验时间延长。
图2 铁的吸氧腐蚀实验（最初状态）
(2)若先将导管插入水中，在胶塞塞入之前，具支试管内部与大气相通，导管中的液面与试管中液面持平（如图3）。若塞紧胶塞，胶塞下端进入具支试管内部，此时会压缩里面的空气，使右侧导管在水下产生更长的气柱（如图4），如此操作同样影响实验效率。
图3 塞胶塞之前
图4 塞胶塞紧时
三、实验改进方案
1.改进的实验方案1
按照下页图5所示的装置进行实验，本装置在课本原有的基础上做了一些细节上的改进，优化了实验方案，确保能在1 min的时间内出现理想的实验现象。本实验在某些细节方面做了如下改进：(1)将插入水中的玻璃导管在喷灯火焰上拉成更细的玻璃导管，用细导管做本实验，相同的时间内导管中的水面会升得更高，从而缩短了实验时间，提高了效率。(2)将具支试管上的胶塞改成带导管的单孔胶塞，导管中配有玻璃活塞，通过活塞开关的巧妙设计能避免导管在水下产生气柱。(3)将课本实验装置（如图1）中的盛水试管换成小烧杯，减少夹持试管的辅助仪器，简化实验装置。(4)在烧杯的水中滴加几滴红墨水，以便能使全体同学清晰地看到导管中液面上升的现象。
图5
若找不到图5所示带活塞的玻璃导管，亦可按照图6或图7所示的装置进行实验，其实验原理、设计理念基本相同。
图6
图7
在进行具体操作时，操作的先后顺序也至关重要。图5所示实验中，何时关闭活塞是实验的关键环节。做好实验准备后，打开玻璃活塞，使具支试管内部空气与外界大气相通，将玻璃导管插入水中，此时导管中的液面与外液面持平，然后关闭活塞。上述操作由于未挤压具支试管内部的空气，起初导管中的液面与外液面仍然持平，避免导管在实验之初就在水下产生一段气柱，进而缩短了实验时间。
2.改进的实验方案2
按照图8所示的装置进行实验，玻璃仪器只有试管和普通长玻璃导管（长度约为25 cm），实验装置简洁，实验可操作性强。其实，图8的装置是将图1中的2个仪器合二为一了。在进行具体的操作时，可用白板笔标记出导管中上液面的初始位置，以便观察实验过程中水位的变化。要保证实验的成功需做到以下3点：(1)需检查装置的气密性；(2)设法在长玻璃导管中保留一段红色的水柱，水柱的上下液面均有气体；(3)在塞紧胶塞时，需用手指压住长导管的上端以免水柱流下。铁钉在试管中发生吸氧腐蚀，导致试管中气体的量减少，压强减小，进而导管中的水柱下降。通过分析导管中水柱下降的原因来验证铁吸氧腐蚀的现象，实验教学效果良好。
图8
实验优点：(1)实验装置简单，容易操作，不用考虑诸如“水下气柱”的问题。(2)实验现象容易观察，出现明显实验现象的时间短，30s钟即可，既保证了实验质量，又提高了实验效率。
四、实验心得
老子曾说：“天下难事，必做于易；天下大事，必做于细”，它精辟地指出了想成就一番事业，必须从简单的事情做起，从细微之处入手。一心渴望伟大、追求伟大，伟大却了无踪影；甘于平淡，认真做好每个细节，伟大却不期而至。这也就是细节的魅力。化学实验要取得较大成功，以便更好服务于课堂教学，实验的细节设计与改良也同样重要。
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