基于手持技术的实验教学设计

余帆

【摘要】由于受到氧气的干扰，在使用教材上将相关方法进行铁的析氢腐蚀时会持续按异常倒吸现象，借此来引导学生利用手持技术来深究其中原因，继而再让学生运用探究结果进行改进，得到多种新的实验装置，让学生能够发现问题、分析问题以及解决问题。另外，笔者将根据相关工作经验，采用手持技术对铁的吸氧腐蚀进行演示实验改进，利用氧气传感器来测定吸氧腐蚀中溶液PH值的变化。研究发现铁的电化学腐蚀是一个较为缓慢的氧化过程。

【关键词】手持技术 实验教学设计 铁的析氢腐蚀

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）03-0251-01

教材上相关设计的方案在进行析氢腐蚀试验下，不仅仅看不到压强增大以及产生气泡等现象，反而发生了倒吸现象，这一异常现象引起了学生的疑惑，继而也引起了相关教师的兴趣。钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀是一个缓慢的氧化过程，即使传统的对比实验已经进行了多次实验来改进缩短反应实践，使得反应现象更为明显，但是无法对实现现象做出定性分析，也不利于学生理解析氢腐蚀和吸氧腐蚀的基本概念。笔者将根据相关工作经验，分析金属的电化学腐蚀在原电池内容的基础上所开展的相关工作，以期能够解决化学教学中的重难点内容。在酸性较强条件下，主要以析氢腐蚀为主；在中性条件下，主要以吸氧腐蚀为主；在弱酸性条件下，析氢腐蚀与吸氧腐蚀同时发生。

一、深入讨论，探讨真实化学

分析析氢腐蚀中的氢气产生，对试管中压强减小反而出现倒吸现象，对于这一异常现象教师与教师之间进行深入讨论。试管中除了产生空气之外，还产生氢气，氮气不参与反应，那么氧气是否会参加相关反应。当负极与电解质溶液不反应时，会发生吸氧腐蚀或析氢腐蚀

发生吸氧腐蚀条件为：中性或弱酸性介质正极：2H2O +O2 +4e====4OH-，负极：Fe --- 2e ===Fe2+；析氢腐蚀：酸性介质，正极：2H+ + 2e ==== H2，负极：Fe --- 2e ===Fe2+。在酸性条件下，吸氧腐蚀容易发生；在标准状态时，吸氧腐蚀的电动势比析氢腐蚀的电动势大1.22V。

在上述讨论之后，异常现象所出现的原因变得更为清晰：在酸性条件下，吸氧腐蚀和析氢腐蚀是竞争反应，当吸氧腐蚀所占上风时会出现倒吸现象。在课堂教学过程中，此种问题应该避免还是深入研究，教师产生了不同的观点：（1）一种观点认为此类问题不是教学的重点，在教材中没有重大体现，考试过程中也不做深刻要求，因此在课堂上完全可以回避此类实验，只要知道酸性条件下铁腐蚀会生成氢气就可以；（2）在现实情况下，铁腐蚀不会在无氧环境下发生，在析氢腐蚀发生的同时必然会伴随着吸氧腐蚀的发生，实验中所说的异常与书本上的预设不同，但是在现实生活中会发生此种情形，一旦回避此种问题，既与科学的态度背道而驰，也不利于培养学生的辩证性思维。在上述激烈争论中，不应该回避铁腐蚀问题，回归到现实生活中，将真实的化学进行详细讲解才能够有利于学生的长期发展。此种问题对学生来说较为抽象，因为学生在实验过程中还是能够看到氢气的产生以及气泡的出现。那么，如何才能够让学生看到氧气也参与了其中反应。

二、引入手持技术，分析影响因素，激发创新潜能

1.相关影响因素

如果直接将结果告知学生，势必会影响到学生的思维能力有效培养，将抽象概念具体化则需要教师适时引入手持技术，让学生使用氧气传感器来进行相关实验，定性感受氧气参与反应的具体过程，并进行定量分析。

实验1：向250ml容积的反应瓶中分别加入190ml10%与150ml10%稀醋酸溶液，使用氧气传感器检验氧气含量，得出相关数据。

实验2：将10%稀醋酸溶液加入碳粉以及铁粉的反应瓶中，使用氧气传感器检测氧气变化以及压强变化。此实验发现，在开始之初，压强略有一定程度下降，氧气含量显著减少，此实验表明氧气在酸性条件下确实参与相关反应。

瓶中剩余空气的体积为60ml时，其反应结束的时间为36min，结束时氧气的含量为14.35%；瓶中剩余空气的体积为100ml时，其反应结束的时间为50min，结束时氧气的含量为14.75%.通过实验1与实验2的定量研究表明，瓶中所参与的空气越少则吸氧腐蚀发生的时间越短，最后氧气含量降为0；在降低到一定数值时，保持基本不变。此时学生意识到当氧气的分压逐渐变小，吸氧腐蚀的速率逐渐变慢，也很难进行下一步实验。

2.激发创新潜能

通过分组实验，学生意识到想要看到明显的析氢腐蚀现象，首先需要排除到氧气的干扰，其次要想办法排除装置中的空气，最后将学生分成若干小组，在讨论改进实验方法中让学生跳脱出传统教案束缚，激发学生的创新能力。可以通过以下两种实验方法来进行改进：

（1）提高醋酸浓度。加入稀醋酸，生成氢气速率太慢，使得析氢腐蚀占据下风。在使用浓度较大的醋酸时，发现小试管中出现冒气泡现象，但是析氢腐蚀模拟的是钢铁在酸度较大的自然条件下发生腐蚀，一旦直接用强酸做实验，则失去析氢腐蚀的现实意义。

（2）套管实验装置。在讲解碳酸氢钠性质时，需要使用套管装置，将此类知识进行迁移，并且将析氢腐蚀实验与吸氧腐蚀放在套管中进行之后收到不一样的效果。在观察过程中，将小试管中的空气排除，填满支管口，观察析氢腐蚀现象首先由轻微倒吸现象，继而将液柱反转向外移动，变成气压增大状况。

三、结束语

综上所述，在金属析氢腐蚀以及吸氧腐蚀过程中，不仅仅伴随着物质氧化的变化还伴随着压强的变化，此时可以借助电子传感器中的化学反应变化，利用手持技术对析氢腐蚀以及吸氧腐蚀试验进行补充与改进。

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