【word】 探究铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的电化学行为
探究铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的电化学
行为
化学教育2011年第7期
探究铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的电化学行为
王继璋李高辉霍玉坚
(福建泉,ItI实验中学滨江校区362000)
摘要铁和铝在冷的浓硫酸和浓硝酸中都因被钝化而阻止其进一步被腐蚀,通过用Fe,Al
做原电池的电极材料,考察其在浓硫酸,浓硝酸中的钝化情况:Fe,Al的钝化快慢,钝化后金
属表面氧化膜的致密程度,酸液温度等对钝化的影响等均有所不同.
关键词钝化原电池氧化膜浓硫酸浓硝酸
在很多化学教材里讲到金属铁和铝的性质时,
都要提到Fe,AI的钝化.在冷的浓硫酸或冷的浓
硝酸中Fe,Al因发生钝化,表面形成一层致密的
氧化物保护膜而使反应不能继续进行,那么,将
Fe—Al一浓HzSO(或浓硝酸)组成原电池后有
无电流,能否钝化?Fe,Al的钝化对酸液温度要
”?本文探究Fe,Al两种金属在浓硫酸 求多”冷
及浓硝酸溶液中的电化学活性.
1实验器材和药品
98浓硫酸,稀硫酸,65浓硝酸,表面打光
的铁片,铝片,铜片,J2618一工型检流计及有机
玻璃缸(江苏扬大制造),温度计,冰盐浴等.
2实验探究
按如图1所示连接好原电池,实验开始时先用
Cu,Zn一稀H2SO4(或Fe,Al一稀HzSO4)组成
的原电池来确定检流计指针的偏转与金属活泼性之
间的关系.原电池A极接Cu(或Fe),B极接Zn
(或A1),将约7OmL稀硫酸加入有机玻璃缸内,
接通电路,观察检流计指针偏转方向,实验结果如
表1所示的实验1和2.
图1原电池装置
按照类似操作,进行实验3,9的探究,实验
结果如表1所示.在探究实验6,9时,需将有机
玻璃缸置于冰盐浴中来控制浓硝酸的温度.并
检流计指针偏转方向及两极处的变化.
表1不同温度下铁铝在浓硫酸和浓硝酸中的钝化比较
注:以上每次实验所用的Fe,Al,Cu表面都打磨光滑.
3结果与讨论
由实验l可知,Cu—Zn一稀硫酸组成的原电
池中,铜电极(A极)为正极,Zn电极(B极)
为负极,此时检流计指针偏向左.故在以下的实验
中若检流计指针偏向左,则
B极的金属在该
电解质溶液中较A极的金属活泼.
实验2的结果同实验l,说明Fe,Al在稀硫酸
中,Al较活泼,做负极,被氧化.但Fe,Al和不
同温度的浓HzSO4组成的原电池因金属钝化使腐蚀
过程有所不同,如实验3结果:检流计指针逐渐偏
2011年第7期化学教育
向左边至一定的刻度后又慢慢向右恢复至零刻度,
插入浓硫酸中的部分铁片,铝片表面均覆盖了一层
物质(铁片上的为灰黑色,铝片上的为白色).由此
可知,在3O?下,Fe—Al一浓HzS04组成的原电池
中,Fe,均可被钝化,但在钝化过程中更活
泼,电极充当原电池的负极,随着反应的进行,
,Fe表面逐渐被氧化膜覆盖,电路中电流逐渐减
弱直至为零.当浓硫酸温度升高至40?时,检流计
指针先向右偏至一定刻度后渐渐向左恢复至零,再
逐渐偏向”0”刻度左侧一定刻度,再渐向右恢复至
零,插入浓硫酸部分金属表面均覆盖了一层氧化膜,
如实验4.浓硫酸温度继续升高至50?时,金属与
浓硫酸的反应活性明显增强,检流计指针的偏转情
况与实验4相似,在金属与浓硫酸接触之初,检流
计指针偏转程度较大,说明此时电路中电流强度较
大,这可能是铁的钝化速度较铝慢,表面的氧化
层比Fe表面的氧化层更厚,更致密,Fe与浓硫酸
接触更充分的原因;最后到达”0”刻度要花更长的
时间,且在两极金属插入浓硫酸初期,两极处均出
现少量气泡,说明该温度下Fe,A1与浓硫酸已表现
出较强反应活性,结果如实验5.
通过比较实验6,9发现,Fe,Al在浓硝酸中
能否钝化受温度影响更大,在硝酸温度高于lO?
时,Fe与浓硝酸剧烈反应而不能钝化,但在30?
下,Al表面仍能生成一层致密的氧化膜而阻止铝
与硝酸的反应,如实验6.随着硝酸温度降低,Fe
与硝酸的反应活性减弱,Fe,Al表面均生成一层
氧化膜,但也可能是铁的钝化速度较铝慢,所以在
当Fe,Al与浓硝酸接触瞬间,Al表面的氧化层比
Fe表面的氧化层更厚,更致密,Fe与浓硝酸接触
更充分,Fe腐蚀得更快.所以出现实验7中的结
(上接第49页)
果:瞬间指针偏向”0”刻度右侧,但随后Fe表
面的氧化膜变得更厚,更致密,指针随之又偏转至
“0”刻度左侧,随着两极金属表面氧化膜厚度增
加,电路中电流逐渐减小,直至为零,出现类似实
验5的结果.
当浓硝酸温度降低至5~C以下(如实验8,9),
两极金属与硝酸反应活性进一步减弱,更有利于氧
化膜的生长,两极氧化膜的形成使两极电位差进一
步减小,所以0~C时,检流计指针未能达到左侧最
大刻度.
另外,将实验9中已钝化的Fe和Al片取下,
在分别投入30?的浓硝酸中,结果Fe片剧烈反
应,产生红棕色气体,而Al片仍处于钝态,无明
显变化.这可能与Al表面的氧化膜较Fe表面的
氧化膜致密有关.
综上所述,在浓硫酸,浓硝酸中Fe,Al均能
被钝化,但Al表现的更活泼;在相同环境下,Fe
钝化较Al慢;酸液温度对Fe,A1在2种强氧化
性酸中能否钝化影响较大,在浓硫酸中钝化时的温
度范围较宽,在4O?以下均可钝化,而在浓硝酸
中,0~C左右Fe才能得到较好的钝化层;A1表面
的氧化膜较Fe表面的氧化膜致密,对浓硝酸或浓
硫酸的腐蚀有更强的保护作用,这可能是工业更多
用铝罐储存浓硝酸而用铁罐储存浓硫酸的原因.
参考文献
[1]北京师大无机化学教研室.无机化学(下册).第4版,北
京:高等教育出版社,2003:768—778
E23杨辉,卢文庆.应用电化学.北京:科学出版社,2001:
246——262
[3]杨文治.电化学基础.北京:北京大学出版社,1982:249
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3.2”80后”教师正确认识自我.发展自我
3.2.1加强学习,建立正确的课程观
作为”80后”青年教师,要正视自身的不足,系
统学习领会课程改革的实质内涵,在教学实践中不断
反思自己的教学理念,反思自己的教学行为,反思自
己的教学
,努力将课程理念转化为自己的教学行
为,建立正确的课程观,以适应教育发展的需要.
3.2.2虚心向老教师学习,提高课堂教学技巧
“读万卷书不如行万里路,行万里路不如阅人
无数”.老教师是一笔宝贵的财富,借鉴他们的教
学
对青年教师的成长至关重要.作为”80后”
青年教师一定要从备课,上课,辅导,批改作业等
教学常规性工作人手,全面向有经验的老教师学
习,这是青年教师走向教学成熟的最佳捷径.
3.2.3科学进行职业规划,确立成长目标
确立成长目标是一个人走向成功的前提,职业
规划对于青年教师尤为重要.作为”80后”教师,
只有明确新时期教师职业的目标与要求,并对自我
发展空间,发展潜力进行全面分析和清晰定位,才
能科学地制定自己的长,中,短期目标,才能选择
适合自己的发展途径,逐步实现自己的教育理想.
参考文献
[1]相佃国.化学教育,2004,25(11):43—45
E23倪振民.用爱呵护”80后”教师的成长.中国教育报
09—29 2O10—