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一道能激励创新思维的好题

  • 投稿家慧
  • 更新时间2015-09-02
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  摘要:以教材中的电化学知识为基础分析了地下输电线路断开后,会与潮湿的土壤中处于地上或地下的铁轨(金属管线)形成回路,引起铁轨(金属管线) 电化学腐蚀,相当于用金属作电极的串联电解池。
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  关键词:地下输电线路;金属管线;土壤电解液;电化学腐蚀与防护;习题分析
  文章编号:1005?6629(2014)4?0058?02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
  人教社新编高中化学教材选修4?《化学反应原理》第四章《电化学基础》第四节“金属的电化学腐蚀与防护”练习题最后一题(第88页)[1],其内容是:在城市中地下常埋有纵横交错的管道和输电线路,地上还铺有地铁、城铁的铁轨,当有电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道形成回路时,就会引起后者的腐蚀。你能用一个原理图来表示这个过程吗?试提出防止这类腐蚀的策略。这是一道联系实际,能激励师生展开创新思维的好题。由于教参中没有该题答案(其他各题均有),部分教师和更多学生感到费解。
  1 该问题包含的电化学原理
  其实这道题已经给出了解题的重要信息:“电流泄漏入潮湿的土壤中,并与 金属管道形成回路。”由此可知,是已经闭合运行的输电线路断开了,相当于处于闭合状态电源的两极插入电解质溶液中(潮湿的土壤可看作电解质溶液)构成了一个电解装置。假设电缆为铜制导线,电解质为NaCl,该电解装置可表示为图1a。若把水槽中电解质溶液分装在两个水槽里,断开的导线分别插入两水槽中,此时内电路不通,则不能构成电解池(如图1b)。若用一根铁丝弯曲成“U”形,将其两端分别插入两水槽的溶液中(如图1c),此时便形成了回路,该装置则变为一个串联的电解池。题设情景中的钢轨(或金属管道)即为图3中弯曲成“U”形的铁丝。
  3 学生对该问题的反映
  绝大多数学生读题之后所画出的原理图如同装置图1a,不知道钢轨(或金属管道)在图中所处的位置,更不理解其加快腐蚀的原理。也有极少数学生画出了装置图1c,这类学生的思维很活跃,知道钢轨(或金属管道)的一端是阳极,金属(除Au、Pt)作阳极时是加快了自身的腐蚀速率。没有学生联想到装置图2,更不可想象横在两电极之间一根铁丝竟然能形成电极,两端所发生的反应不同,一端(阳极)是金属自身发生氧化反应,另一端(阴极)上溶液中的阳离子(H+)发生还原反应。当我们用装置图3在教室做该问题的演示实验,并通过多媒体投影放大在屏幕上时,学生看到了明显的实验现象(铁丝左端上有气泡冒出,右端上有白色絮状物生成)。再将实验装置图3转换成装置图1c,此时学生对该习题的理解才一目了然,茅塞顿开。随后在屏幕提出了“防止这类腐蚀的策略”的讨论题。经讨论学生提出了以下两点:①迅速切断电源;②埋在地下的金属管线或钢轨表面都要涂绝缘膜(塑料或油漆、矿物油),不仅可防止这类电化学腐蚀,还可防止形成的原电池的吸氧腐蚀或析氢腐蚀。
  参考文献
  [1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书?化学反应原理[M].北京:人民教育出版社,2009:88.