段鴻睿
摘要:質(zhì)疑一道常見習題,并通過實驗加以驗證,得出結論。
關鍵詞:質(zhì)疑;經(jīng)典;實驗
文章編號:1008-0546(2016)05-0047-01 中圖分類號:G632.41 文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.019
一、質(zhì)疑
在談到金屬的析氫腐蝕、吸氧腐蝕時,常會遇到這樣一個“經(jīng)典”題目:
下圖為模擬鐵生銹的實驗。鐵粉中均勻混有少量碳粉,撒入在內(nèi)壁已分別用氯化鈉溶液和稀醋酸潤濕過的甲、乙兩支具支試管。打開止水夾片刻后,以下有關該實驗的說法合理的是( )
A.甲裝置中紅墨水倒吸量比乙裝置多
B.甲裝置中發(fā)生的電化學腐蝕主要是吸氧腐蝕
C.乙裝置中發(fā)生的電化學腐蝕主要是析氫腐蝕
D.乙裝置開始導管口有氣泡冒出,接著紅墨水又較快倒流
推測,此題應該選ABC。理由很簡單:甲中中性條件下,發(fā)生吸氧腐蝕,左面試管中壓強減小,打開止水夾后發(fā)生倒吸;乙中酸性環(huán)境,發(fā)生析氫腐蝕,左面試管中壓強增大,打開止水夾后有氣泡冒出,而不可能倒吸。倒吸相對于不倒吸,當然是前者倒吸的多。
但此題參考答案為BD。有些文章引用此題來說明“做實驗”與“想實驗、講實驗”的不同。對此題的解釋為:在實際實驗過程中,由于醋酸和氯化鈉溶液只是“潤濕”試管壁,因此用量很少。當乙中少量“醋酸”反應完后,溶液變?yōu)槿鯄A性(醋酸鐵溶液顯弱堿性),接下來主要發(fā)生的是吸氧腐蝕。而且由于已經(jīng)有一部分Fe被氧化成為更易被氧化的Fe2+離子,后面的反應更快,導致紅墨水較快倒流。
二、驗證
究竟是不是這樣呢?筆者懷著“印證”的心理去實驗室進行實驗,結果卻大出意料之外!實驗結果是:打開止水夾后,甲、乙中的導管內(nèi)均發(fā)生倒吸,而且醋酸中對應的導管倒吸更多更快,根本沒有冒氣泡的過程!也就是,從實驗的過程中根本看不出用醋酸潤濕的試管中鐵粉發(fā)生過析氫腐蝕!
懷著惴惴的心理,又重復做了幾遍,結果大致相同!也就是說,事實的確如此。但又如何解釋呢?
筆者想到發(fā)生倒吸的本質(zhì)原因是因為壓強差,那么除了化學反應消耗氣體或產(chǎn)生氣體會產(chǎn)生壓強差,物理過程會不會也導致壓強差呢?至此,筆者大膽的推測醋酸具有揮發(fā)性,而且極易溶于水。止水夾打開后,不能否認有少量的氫氣生成,但另一方面,更多的醋酸揮發(fā)出來,溶解到紅墨水中,導致乙中左面試管內(nèi)壓強瞬間減小很多,而且壓強減小的程度遠比產(chǎn)生少量氫氣導致壓強增加的程度大,所以我們只能看到倒吸而根本看不到氣泡。既然如此,改為不易揮發(fā)的稀硫酸潤濕試管,應該就可以先看到氣泡而后倒吸。
為了驗證該想法,筆者設計了如下對比實驗:
說明:將原實驗中的右側試管改為量筒,取三個10mL量筒,裝稀紅墨水,調(diào)液面均為10mL。實驗過程中借用量筒上的刻度讀取導管中液面數(shù)據(jù),以更好地量化對比。
實驗記錄數(shù)據(jù)如下:
三、結論
從上述實驗可以看出:
①用稀硫酸潤濕的試管中鐵粉的確是先發(fā)生析氫腐蝕,液面下降,后發(fā)生吸氧腐蝕,液面上升。
②用醋酸潤濕過的試管最后倒吸比用NaCl溶液潤濕的多;但用稀硫酸潤濕過的試管最后倒吸的比NaCl溶液潤濕的少。
以上實驗現(xiàn)象都說明了,由于醋酸本身的揮發(fā)性和極易溶于水的特點,會導致體系壓強減小而倒吸,但這部分倒吸不能歸功于發(fā)生吸氧腐蝕。
綜上實驗和分析,筆者認為文中開始引用的“經(jīng)典”題目的答案應為:B。