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拒绝主观臆测，践行实验探究 —— 对一道高二化学期末考题的实证与思考 陆 燕 海 （ 德清县高级中学 浙江 湖州 313200 ） 摘 要：通过实验探究的方式，对一道实验试题的真实性有了更深刻的理解，认为铁片在NH4Cl溶 液中仍主要是发生吸氧腐蚀，并会生成一种成份复杂的橙红色物质，实验研究表明，其组成 可能是氯化铁铵和 Fe(OH)3 （或Fe2O3?x H2O）组成的混合物。 关键词： 氯化铵；吸氧腐蚀；氯化铁铵；真实性化学问题 1．问题背景 金属的电化学腐蚀是高中化学教学中的一个重点，也是各级各类化学考试中的“明星”考查点。在笔者所在湖州地区今年的高二年级化学期末市统测卷中有道与此内容相关的考题引起了我们的注意和质疑。 [ 注：本题源为2009年上海高考化学卷第13题 ] 原题：右图1装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是（ ） A．生铁块中的碳是原电池的正极 B．红墨水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是：Fｅ－２ｅ－→Fｅ２＋ D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀 参考答案：B 仔细分析出题人的意图，旨在考查学生对金属（生铁）析氢、吸氧两种电化学腐蚀发生条件与原理、盐类水解等知识点的了解与掌握程度，并要求学生具备一定的识图与分析的能力。总的来说，本题难度不大，学生容易得出参考答案B选项，教师在习题分析时也可做到言之凿凿。但静下心来细细揣摩，笔者不禁对参考答案心生几分疑虑： a、试管中氯化铵溶液pH值是多少？b、生铁块在b试管中会发生析氢腐蚀并产生气泡吗？c、按图1操作，实验是否真能出现预想中的B的现象呢 …… 实验是解决问题最好的手段。为此，笔者对该题的真实性进行了实证探究，并查阅了有关资料，以期能拨开笼罩在笔者心头的疑云。 2．实证探索 实验1：室温（26.2℃）下分别配得三种样品溶液：1. 0 mol / L的NH4Cl溶液、1. 0 mol / L的NaCl溶液、饱和NH4Cl溶液，用pH计分别测得溶液的pH为 5.1、6.8 、5.0 。可见，NaCl溶液接近中性，而NH4Cl溶液显酸性但酸性并不强，即使是室温下的饱和溶液也仅为5左右。 实验2：取一生铁片用稀盐酸泡洗几分钟去其表面氧化膜，蒸馏水洗净并用滤纸擦干后放入盛有适量1. 0 mol / L的NH4Cl溶液的具支试管中，使NH4Cl溶液浸没生铁片下半截。观察铁片表面无明显气泡生成，而在生铁片的空气－液体界面位置附近却能很快观察到有红褐色物质生成。若按图2组装装置并实验，导管内则还会出现一截红色液柱。测定实验结束后电解质溶液的pH变为5.4，较原NH4Cl溶液pH略微增大。 笔者还发现，即使将NH4Cl溶液逐渐增大为2. 0 mol / L 、 3. 0 mol / L 、 4. 0 mol / L，甚至选用室温下的饱和溶液进行实验2 ，实验现象均同上。可见，无明显迹象表明生铁片在NH4Cl溶液中会发生析氢腐蚀。 实验3：在图1的a、b管内分别放入约5mL浓度均为1.0 mol / L的NaCl溶液和NH4Cl溶液，再各加一块5 cm × 1 cm已除去氧化膜的生铁片。然后快速盖上橡胶塞，调节好初始时刻U形管中红墨水左右持平，并用黑色水笔再U形管上画出起始液面高度。2 min后即可看到红墨水有明显的左低右高的现象；若继续长时间放置，红墨水柱高度差会慢慢缩小，然后液面持平，最终变成左高右低（放置须10 h 以上），而最终久置后的试管a中出现墨绿色絮状沉淀，试管b中出现橙红色浑浊。若慢慢打开橡胶塞均能明显听到因a、b管内气压较大气压小而吸入空气时发出的“嘶嘶”声，说明实验后的a、b管压强均比外界大气压小。 看到这一系列的反常现象，笔者当时的心情真的是在大失所望之余又惊讶不已，这究竟又是为什么呢？对此，笔者继续进行了深入研究。 众所周知，生铁在潮湿空气中（潮湿有氧环境）发生的电化学腐蚀方式是吸氧腐蚀，在中性（或弱酸性）电解质溶液时铁表面原电池的正极反应式一般可表示为：O2 + 2H2O + 4e— === 4OH—。但随着电解质溶液酸性的增强，正极又会逐渐发生析氢腐蚀而产生少量氢气：2H+ + 2e— === H2↑，但铁的腐蚀仍然以有 H+ 参与反应的吸氧腐蚀为主，即：O2 + 4H+ + 4e— === 2H2O ；只有在酸性更强并达到一定程度时，钢铁的腐蚀才会以析氢腐蚀方式为主。有研究[1]表明，敞口环境中当电解质溶液即水膜 pH = 3 ~ 4 时钢铁的腐蚀仍主要是有H+ 参与的吸氧腐蚀，几乎没有析氢腐蚀的发生。 可见，吸氧腐蚀方式较之析氢腐蚀的发生要更容易的多，而当电解质溶液是N