一道关于“铁的吸氧腐蚀”的原创题（化学教学201205）

1、发表期刊：化学教学 2012年第5期一道关于“铁的吸氧腐蚀”的原创题但世辉1 ，李斌2（1.襄阳市东风中学 ；2. 襄阳市教学研究室，湖北襄阳 441004）摘要：利用人教版新教材（选修4）中的一个实验为素材，命制了一道涉及铁的吸氧腐蚀原理、实验探究与改进等知识的原创题，并对试题的命制意图和解题过程进行了分析。关键词：吸氧腐蚀；原创题；命题意图；解题思路1 原创试题某课外实验探究小组按照教材中实验装置（图1）探究钢铁的吸氧腐蚀：图1 教材中装置（1）画出图1装置相应的原电池装置示意图，并标出该原电池的正、负极以及电子移动的方向。（2）该实验小组按照图1装置进行实验的过程中，等待了近8分钟才看到

2、导管中液柱的上升，他们认为是反应速率太慢的缘故，你认为以下哪些措施可以更快更清晰地观察到实验现象（ ），其中不合理的措施可以修改为 。A. 用纯氧气代替具支试管内的空气B用酒精灯对具支试管进行加热，提高反应温度C将铁钉用胶水润湿后并蘸取铁粉和炭粉的混合粉末D用毛细尖嘴管代替玻璃导管，并向试管的水中滴加少量红墨水C除了以上选项中的原因可能导致反应速率较慢之外，该研究小组还认为图1装置在组装过程中必定会导致导管内液面低于试管中液面，这样会导致导管中液柱上升需要更多的时间，你认为此种说法 （“有”或“没有”）道理，若没有道理你的理由是 ，若有道理，你认为下列装置可以消除上述影响的是 。图 2 改进装

3、置止水夹三通管红墨水纯氧气铁钉NaCl溶液a点b点BA（3）该实验小组利用（2）中的探究结果将教材中实验进行了多方面的改进（图2，NaCl溶液50mL），最终测得了以下数据（表1）。用Fe2+的浓度变化表示铁钉在前3分钟的腐蚀速率（导管直径为1cm，忽略导管厚度的影响）为 ，根据表1数据你认为影响钢铁腐蚀的主要因素为 。表1 液柱高度随时间的变化（标准状况下）时间/min0.513579液柱高度/cm0.40.82.13.03.74.2（4）为了能够更加直观地证明铁钉腐蚀过程中所发生的反应，该实验小组在装置改进前按照表2进行实验，并且取得了满意的效果，请完成下表。表2 研究小组的实验探究过程实

4、验操作实验现象实验结论向NaCl溶液中滴加23 a点 之后再滴加23滴 b点周围生成蓝色不溶物b点发生负极反应根据表2中实验现象你认为 （填a或b）点较易腐蚀，理由是 。（5）该研究小组认为纯金属也可能发生吸氧腐蚀，于是他们做了以下实验进行验证：在除去氧化膜的Mg、Al、Zn、Fe4种金属片上各滴一滴含酚酞的NaCl溶液，数分钟后金属片上按照Mg、Zn、Fe、Al的先后顺序均出现了红色。根据实验你认为纯金属发生吸氧腐蚀的快慢与 有关，铝片上最后出现红色的原因在于 。2 命题意图与人教版老教材相比，新教材（选修4）在“金属的电化学腐蚀”一节内容中增加了一个演示实验，即铁钉的吸氧腐蚀，目的在于增强

5、学生对金属吸氧腐蚀的感性认识。但就笔者的实际教学经验来看，该实验在实验现象以及教学目标上均存在一些不足，为了弥补这些不足，笔者命制了此道试题，具体如下：（1）通过此题可将金属吸氧腐蚀的实验现象及微观反应过程有效地进行结合，比如在第（1）问中教材实验装置图已经给出了导管水柱上升这一预期实验现象，但产生这一现象的本质原因是什么？如何让学生更清楚地建立本质与现象之间的联系呢？该问中巧妙地让学生画出原电池装置示意图，通过示意图中的各种标记（正、负极，电子移动方向等）便可清晰考察学生对吸氧腐蚀原理的掌握情况。（2）试题命制过程中自然而然地将新课程对学生提出的能力要求进行了考察，比如新课程要求学生“具有较

6、强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑”。试题第（2）问便启发学生敢于向该实验提出质疑，并且利用已有的化学、物理知识进行推理，接着试题（3）、（4）两问以此试题为依托继续考察学生的实验探究能力，试题难度自然而然地上升了一个高度，在这种“爬坡”的过程中将新课程的思想传递给了教师和学生：不仅要提出问题，更应该在实践中利用已有的知识解决问题，新课程思想得到了很好地展现。（3）试题命制的过程中融合了本册（选修4）教材中的几大重要知识点，比如第（3）问的化学反应速率的影响因素，第（4）问的原电池正负极反应式，第（5）问的金属活泼性及氧化铝薄膜等方面，试题虽然以一个很小的演示实验为素材

7、，但较全面地考察了学生对于所学知识融会贯通的能力。3 试题点评本题是以金属腐蚀为背景的一道原创题，涉及化学反应速率的计算及影响因素、金属腐蚀原理、原电池、实验改进与探究等多方面知识，着重考察学生接受与处理信息的能力、表达能力、思维能力以及与物理知识间的综合能力。（1）试题源于教材但又高于教材。试题以教材中实验为依托通过在实验过程中遇到的问题比如反应较慢、实验现象单一等角度为实验探究点，促使学生针对以上问题进行相关探究并最终找到解决问题的方案，并不是教材实验的简单再现而是比教材的要求更高，比如第（5）小题纯金属吸氧腐蚀的考察就属于对钢铁腐蚀的一个拓展。（2）试题有较强的综合性。这种综合性既体现在

8、学科内的综合又体现在学科间的综合。在学科内虽然本题主旨为金属的吸氧腐蚀，但又涉及到化学反应速率、氧化铝薄膜等知识点的考察。在学科间，第（2）小题很好地体现了物理知识（压强）在化学学习中的应用，巧妙地将理化进行综合。（3）问题设置由教材中熟知的实验引出，顺着实验探究思路，针对每个实验环节遇到的困难进行相关问题的设置，显得真实、自然、适度。同时所设置的问题均是考查学生最基本的知识和能力，包括在化学反应速率的影响因素及计算、电极反应式的书写、吸氧腐蚀的原理、常见物质的化学性质等内容，这些均属于高中化学对学生最基本的要求。4 解题思路第（1）题需明白铁钉中含有Fe（作负极）和石墨（作正极），根据较为熟

9、悉的铜锌原电池装置图便可轻松画出，此题旨在让学生明白钢铁吸氧腐蚀的原理和微观过程。第（2）题可由影响化学反应速率的几大因素进行推导，其中A为浓度B为温度C为固体表面积，但B项直接加热会使具支试管内温度持续升高，导管一端只会产生气泡不会形成气柱，因此应改用水浴加热，稳定具支试管内气压，D项用尖嘴管代替导管旨在放大实验现象，以便于明显观察到水柱的上升。此外，由于在组装仪器的过程中不管先塞紧橡胶塞还是先插入导管均会压缩具支试管内气体，造成气压变大，导管内液面下降，最终低于试管中液面。因此若要使气柱上升就必须填补已经下降的高度，自然需要更长时间。在选项中提供的几个装置中，ABC均可使具支试管内外大气相

10、通，这样便可使得导管内外液面相平，不影响后续实验。第（3）题根据气柱的体积（即O2的体积）可换算出反应消耗的O2的物质的量，再换算成Fe2+的物质的量即可计算反应速率。在后来所测数据中可看出反应越来越慢，原因是O2被消耗使其浓度降低的缘故。第（4）问旨在通过检验正、负极反应的两种产物（OH和Fe2+）来找出吸氧腐蚀正负极反应发生的大体位置，也可直观地推测出正、负极反应式。由于b点有Fe2+生成，自然b点较易腐蚀，这一实验也改变了部分师生认为较易腐蚀部位发生在a点这一固有观念。第（5）问中可根据题中所给实验现象（金属上的溶液显红色的先后顺序）推导出几种金属腐蚀的快慢顺序与其金属活动性一致，铝最慢的原因在于其表面极易形成致密的氧花铝薄膜从而保护了内层金属不受腐蚀。5 参考答案NaCl溶液（1）（2）ACD， 用热水浴替换酒精灯， 有 ，ABC（3）0.79×10-3mol/(L·min)， 氧气的浓度（4）实验操作实验现象实验结论酚酞指示剂a点附近溶液显红色 发生正极反应 K3Fe(CN)6溶液b点，理由：此处有蓝色沉淀，说明生成Fe2+，铁钉已经腐蚀（5）金属活泼性， 原因：装置容易形成稳定的氧化膜，延缓了腐蚀的进