钢铁吸氧腐蚀速度的探究题

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文章编号:1005-6629(2010)09-0079-02 中图分类号:G632.8 文献标识码:B

[问题]某课外实验探究小组的同学看到老师在上课演示钢铁的吸氧腐蚀时,玻璃导管中的 水柱迟迟不见上升[1],他们觉得是反应的速度太慢所致[2],打算进行加快钢铁吸氧腐蚀的实验探究性学习。经过反复讨论,他们从用菜刀切泡菜时如果没有及时洁净和擦干菜刀上的泡菜水,会马上看到菜刀生锈产生黄褐色的铁锈的现象得到启示,决定首先从改变浸泡铁粉和炭粉的溶液入手。并设计了如下装置(夹持装置部分已略去)来进行探究性实验。

装置说明:图1为原教材装置图,图3、4中的具支试管胶皮塞上嵌入了两条滤纸条,图4装水的试管插入烧杯的热水浴中。

他们按照上面的装置进行加快钢铁吸氧腐蚀的实验探究。

1. 你觉得在图2、3、4的装置中,右边试管里的玻管改成拉细的尖嘴管的作用是_____________。

2. 他们除了用泡菜水润湿具支试管壁,将炭粉按质量比1∶10混匀后均匀地粘附在试管壁上外,还在图3、4的具支试管的胶皮塞上嵌入两条滤纸条,并用泡菜水浸湿滤纸条,将炭粉和铁粉均匀地粘附在滤纸条两面的作用是_______________________。

3. 将装置2、3在室温下(8.5 ℃)进行实验,图4烧杯中的热水浴的温度为60 ℃,得出的实验数据如下:

在用图4装置进行的实验中,将试管放入热水浴中的作用是___________,在插入热水浴前10 s时,尖嘴处向外冒气泡的原因是____________,实验前他们考虑到泡菜坛中的泡菜水长时间浸泡各种蔬菜,可能有一定的酸性,于是用pH试纸检测得泡菜水的pH为5。试分析当用食盐水浸泡铁粉和炭粉的混合物改为用泡菜水浸泡,能显著地加快铁粉的吸氧腐蚀速度的原因是__________和________。

[命题意图]

本题属于原创题,对于钢铁的吸氧腐蚀,以前各种版本的高中化学教材都没有设置实验,新课程标准中的两种新教材增加了这个实验[1],但是使用区的师生对这个实验的操作效果都不太理想,主要是要观察到预期中的实验现象需时太长,无论作为课堂演示实验还是学生探究实验都不太适合,为此,我们对这个实验进行了改进研究,并且获得了非常满意的效果,本题就是结合我们对该实验[2]的最新研究过程和成果创作的,题中的数据都是我们研究时的原始数据, 试题还没有使用过, 适合于高三学生在复习中使用, 因为此时学生已经具备了有关影响化学反应速率的因素的综合知识。

[试题点评]

1联系生活,用生活中的经验启迪难解的化学问题

新课程标准强调化学与生活密切联系,当化学学学习过程中有难于解决的难题时,生活中的经验也可以反过来为化学的教学提供解决的突破口,大有“众里寻她千百度,蓦然回首,那人却在灯火阑珊处”之感。如果是生长在有食用泡菜习惯的地区,并且有过用菜刀切泡菜的生活经验的学生,联想到这里,自然会产生迁移、进而用泡菜水来代替原实验中的食盐水来创新改进实验探究的想法,我们觉得是符合新课程标准精神的。

2重视基础,从基础中创新

人教版《实验化学》中这样叙述:美国阿波罗“登月计划”总指挥韦伯在“阿波罗”登月成功后曾说:“阿波罗计划”中没有一项新发明的技术,关键是现成的技术,关键在于综合,综合也是创新……。利用学生已经具有的知识和技能,尝试实验设计上的创新,用浸湿的滤纸的两面粘附铁、炭混合粉末来增大它们与空气中的氧气的接触面积,进而加快钢铁吸氧腐蚀的速度,把滤纸吸附能力强的物理性质巧妙地运用到本实验中,就是基础知识上的创新,符合课程改革精神。

3学科间巧妙融合,在融合中创新

在第3问中,将试管浸入水浴加热后,试管中的气体由于受热膨胀,体积增大产生气泡,自然地与物理知识相结合。要求学生对此现象原因作出分析,有利于提高学生思维的严密性,属于学科融合中的创新,自然而不露痕迹。

4源于教材,高于教材

试题取材于教材中的探究实验,凡是使用该教材的学生都已经接触过,不偏、不怪。试题要求对实验中的缺陷进行改进与探究,并不是教材实验的简单再现,而是比教材要求更高,改变以往“照方抓药”、“依葫芦画瓢”的验证实验,有利于培养学生的创新思维和能力。

[解答思路]

本题以问题为主线,并将问题重心放在实验原理和装置原理上,环环相扣。现简析如下:

在题干中提出了本题要解决的问题:反应速率慢,玻管中“迟迟不见水柱上升”,而在图1和图2中,又有意将改进前的教材中的图1和改进后将玻管变成尖嘴管的图2并排放在一起,这对正确解答第1问“拉细尖嘴的作用”有很好的提示作用。

有了第1问的正确解答基础后,第2问从装置中增加了滤纸条,并在滤纸的两面粘附铁、炭粉末,就会自然联想到是为了增大和空气中氧气的接触面积而加快反应速率。这又是一个装置原理。

第3问第一空是实验原理,是升温对化学反应速率的影响,第二空要解释实验现象,从空气的热胀冷缩考虑也应该不难,第三空有了测定泡菜水的pH的铺垫,也降低了又一次阐明实验原理的难度,不过这里应该是全题对思维要求最高之处。溶液的pH比食盐水小,酸性强,自然是能够使氧气的氧化性增强。

答案:

1. 放大实验现象,以利于更明显观察到水柱上升。

2. 增大铁粉与氧气的接触面积,加快吸氧腐蚀速率。

3. 加快反应(或吸氧腐蚀)速率;具支试管内气体受热膨胀,体积增大放出;泡菜水酸性比食盐水强而使氧气氧化性增强;泡菜水中溶解了大量有机和无机盐,使反应速率加快。(后面两空可以交换位置)。

参考文献:

[1]王祖浩.普通高中课程标准教科书・化学选修.化学反应原理[M].江苏教育出版社,2006:23.

[2]任志强,徐素芳.苏教版.化学反应原理中值得商榷的几个问题[J].中学化学教学参考,2008(11):36.

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