中国现代教育装备
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 实验室建设  
利用氧气传感器对铁生锈的再探究
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2020-12-30 17:37:34
  [导读]以教材中的练习与应用为出发点,引发对铁制品锈蚀的深入探究。在介绍铁锈蚀的电化学腐蚀原理的前提下,从铁接触的液体中所含物质类别的角度分析铁锈蚀的不同情况。对教材的实验方式进行改进,利用数字化实验中的氧气传感器探究铁接触水、氯化钠溶液以及氢氧化钠溶液时锈蚀情况的差异,分析锈蚀快慢的可能原因。

  铁生锈是生活中的常见现象,也是学生接触到的金属相关性质与变化的经典实例,在学习铁锈蚀的原理过程中可以发现影响铁锈蚀的诸多因素。

  一、探究问题的思路来源

  二、锈蚀的理论分析与探讨

  三、利用数字化实验进行深入探究

  四、探究反思

  第一,有关铁的锈蚀知识内容应该是学生基于生活常识就能大体认知的,九年级的化学教材对铁锈蚀的探究比较简单,通过对比实验就可以得出铁锈蚀的两个条件。由于铁锈蚀的真正原理涉及高中选修教材中的电化学腐蚀原理,初中就只需知道铁锈蚀的条件以及防护方法就可以达到目标水平。

  第二,本次实验是根据课题后的练习与应用中的习题进行的进一步探究,学生根据自有的认知,能够判断出铁制品在食盐水中锈蚀得更快,并以此引发感兴趣的学生进行深入研究,探讨铁制品在不同类别物质的溶液环境下的锈蚀情况。由于涉及高中知识,所以可以成立拓展学习小组,让学有余力的学生参与。

  第三,教材中的对比实验是常规实验,不过耗时太长,学习小组课余时间有限,不利于后续的研究。所以本实验采用数字化实验中常用的氧气传感器对实验进行结果呈现,避免了实验中肉眼观察铁制品锈蚀情况的不便。实验中利用相关软件的数据曲线展示氧气含量的变化情况,借此判断分析铁的锈蚀快慢。

  第四,数字化实验中也会遇到一些问题。首先,3个传感器起始条件下的数值有些许差异,需要进行校准才能相同,给数据的精确度和准确度带来了一点影响。其次,由于铁锈蚀体现缓慢氧化以及实验容器的体积关系,实际耗氧量比较小,300 s左右氧气含量只减小约0.2%,所以需要软件具备自适应显示功能,才能比较直观地看出氧气含量的变化。最后,由于每次实验条件不同,多次实验中会存在一定差异。此外,有时数据图线在时间较长的情况下也会产生一定的差异。所以要得到相对准确的实验图线,时长不能太长,以能看出三者变化情况的大体趋势为宜。

  第五,实验中还有需要进一步改进和延伸的地方。铁制品在盐的溶液中容易生锈,海水中含有氯化钠、氯化镁、氯化钙等盐类物质。可以在本次探究的基础上进行再次对比,比较同类别的三种物质对于铁制品锈蚀的影响。

  参考文献

  [1] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准(2011年版)[S].北京:北京师范大学出版社,2012.

  [2] 义务教育教科书化学九年级下册(2012版)[M].北京:人民教育出版社,2012.

张枫 南京航空航天大学附属初级中学


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