探究有效的实验，促进学生化学概念形成

蒋尚燕+金辉

摘 要： 作者对铁的吸氧腐蚀演示实验进行了改进，采用手持技术，利用氧气传感器测定实验过程中的氧气浓度变化。酸性较强条件下以析氢腐蚀为主；在中性条件下发生吸氧腐蚀；在弱酸性条件下，析氢腐蚀和吸氧腐蚀是同时发生的。

关键词： 吸氧腐蚀 手持技术 实验改进

一、教材分析

金属的吸氧腐蚀发生的条件是在酸性较弱及中性环境下发生的。而苏教版《化学反应原理》中的“金属的电化学腐蚀”这节课，针对电化学腐蚀的析氢腐蚀和吸氧腐蚀做了两个独立探究，其中吸氧腐蚀的探究条件仅仅是在中性环境中，由此学生很难理解在含有氢离子的酸性环境中能够发生吸氧腐蚀。

针对这样的问题，我设计了金属析氢腐蚀与吸氧腐蚀连续性试验，把二者结合在一起，给学生一个弱酸性环境下发生吸氧腐蚀的实例。同时，运用数字化技术，将装置中气压和氧气浓度的实时变化在计算机软件中以坐标形式呈现给学生。这样，用定量形式描述氢气生成，气压增大，酸性逐渐减弱，氧气的浓度降低，证明发生了吸氧腐蚀。这就给学生提供了生动真实的情景说明在弱酸性环境下，发生的是吸氧腐蚀。这样的探究式实验方法给学生的创新思维提供了借鉴，学生对于自己理论学习中遇到的困难，也会尝试自主设计实验，运用新技术等工具为自己的学习提供帮助。

二、实验探究

设计了如下图一套实验装置。

实验1：向锥形管中加入少量pH=3的稀硫酸，充分润湿锥形瓶底部及内壁，将按照质量比约为1：3的还原铁粉和炭粉混合物撒在锥形瓶侧壁及底部，迅速塞好橡胶塞。我们可以观察到右边液面上升，说明锥形瓶内气压增大，可以分析得到水膜中的H■得到电子变成了氢气，同时向学生展示两小时前完成实验的锥形瓶，可以看到侧壁上有很多黄色的铁锈颗粒，这说明铁粉被氧化了。然后指导学生完成电极方程式的书写：

所以就有了我们看到的铁锈颗粒。

实验2：适当减少加入锥形瓶的硫酸的量，其他条件相同重复以上实验，我们可以观察到U型管中先是右边液面升高，大约一分钟后右边液面慢慢下降，然后左边液面开始升高。

结合锥形瓶内气体的成分，引导学生讨论，可能是哪种气体被吸收导致气压降低的。

学生根据氧化还原原理作出猜测，可能是锥形瓶中的氧气与铁粉反应，导致气压减小。

有没有办法证明学生的猜测呢？

三、现代数字化技术应用

利用传感器进行实验探究过程设计。

1.用USB数据线将计算机与数字采集器连接起来。

2.将氧气传感器、压强传感器连接到数据采集器上。

3.三口瓶的左端接入带止水夹导气管的单孔胶塞（以便调节内外压平衡），中间用单孔胶塞将三口瓶与氧气传感器连接，右端用单孔胶塞将压强传感器与三口瓶连接。

4.分别在不同pH条件下发生铁的电化学腐蚀，检测三颈烧瓶内压强的变化与氧气浓度的变化。

由此我们就“看到”在弱酸性环境下，铁粉发生析氢腐蚀的同时发生吸氧腐蚀。这样的探究式实验方法给学生的创新思维提供了借鉴，学生对于自己理论学习中遇到的困难，也会尝试自主设计实验，运用新技术等工具为自己的学习提供帮助。同时让课堂教学变得生动真实，体现化学的价值、研究的价值，更体会到现代先进的实验手段对于学科发展的促进作用。

参考文献：

[1]王祖浩，主编.普通高中课程标准实验教科书.化学反应原理（选修）[M].江苏教育出版社.

[2]孙慧玲，靳莹，霍爱新.基于手持技术的金属电化学腐蚀实验改进.