要根据证据解释腐蚀,就比较每次只有一个条件不同的试管。铁只有在氧气和水同时存在时才生锈,缺少其中一样的试管会显示这一点。
本课接在把提取方法与活动性联系起来之后,沿用同一个概念:活泼的金属会回到化合物的状态。
什么是生锈?需要什么条件?
生锈(rusting)是铁和钢的腐蚀。铁与氧气和水反应,生成水合氧化铁,也就是铁锈。文字式:铁 + 氧气 + 水 → 水合氧化铁。
一个探究由一组试管构成,其中一个条件改变,其余保持相同。同时有氧气和水的试管是实验组,其他的是对照组,每组各去掉一个条件。
下面的探究只作为数据供推理之用。真实的课堂版本必须在老师的监督下、按学校的安全规定进行。
如何一步步读证据
- 列出每支试管里有什么:氧气(空气)、水,以及盐等额外因素。
- 记下每支试管的结果:没有锈、有一些锈、很多锈。
- 找出所有条件都具备的试管,确认它生锈了。
- 把每个对照组与它比较。 去掉一个条件,看生锈是否停止。
- 写出结论,把条件与结果联系起来,并指明是哪几支试管。
例题详解
以下结果为练习而杜撰。每支试管里放一根铁钉,时间相同。
| 试管 | 条件 | 结果 |
|---|---|---|
| A | 自来水,水面上有空气 | 生锈 |
| B | 煮沸过的水(已去除空气),上面覆盖一层油 | 没有锈 |
| C | 干燥空气,管内有干燥剂 | 没有锈 |
| D | 盐溶液,水面上有空气 | 锈比 A 多 |
第一步,试管 A: 水和氧气都在,铁钉生锈了。
第二步,试管 B: 有水,但溶解的氧气已被去除,油层阻止新鲜空气进入。没有锈,所以需要氧气。
第三步,试管 C: 有氧气,但没有水。没有锈,所以需要水。
第四步,试管 D: 条件与 A 相同,再加上溶解的盐,锈更多,所以盐加快了速率。
答案:生锈需要氧气和水,溶解的盐会加快生锈。
要留意的错误
常见的失误是只根据一支试管下结论。
错误的结论: “铁钉 A 在水里生锈了,所以水导致生锈。”
学生忽略了空气也在。试管 A 无法显示哪个条件才重要。
纠正的办法是利用对照组。B 保留水、去掉氧气,C 保留氧气、去掉水。只有试管之间的比较,才能证明两个条件都需要。
怎样防止生锈?
油漆、油或塑料这类屏障可以把氧气和水挡在铁之外。屏障若被刮破,生锈可能从那一点开始。
牺牲保护用的是更活泼的金属。铁上的锌代替铁发生反应,所以即使锌被刮破的地方,铁仍受到保护。镀上不那么活泼的金属(例如锡),只有在镀层完整时才能保护。
自我检测
1. 在上面的表中,哪两支试管合起来说明需要氧气?
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试管 A 和 B。 两者都有水,只有 A 有氧气。A 生锈而 B 没有,所以需要氧气。
2. 一座钢桥涂了漆,后来被刮到露出金属。解释为什么锈会从刮痕处开始。
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油漆是挡住氧气和水的屏障。刮痕使铁同时接触两者,所以生锈可以从那里开始。
3. 一块镀锌(galvanised)的铁片被刮破。为什么铁仍然不会很快生锈?
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锌比铁活泼,所以锌代替铁被腐蚀。这就是牺牲保护,只要锌仍与铁接触就有效。
接下来学什么
下一课从保护金属转到改变金属:比较合金与纯金属。如果你对这里的水与空气概念有兴趣,水、空气与环境化学会继续讲,金属与活动性练习题则用来检验。
写对了事实、却没有写出试管之间比较的学生,往往能在一对一线上化学补习中进步,因为老师可以读你的结论句,指出证据应该出现在哪里。