关于铁钉生锈实验探究的一点思考

化学课上，操作实验不仅是老师讲授知识点的重要抓手，也是课堂的闪光点，准备好每一个实验并准确完成，是笔者对自己的最低要求。然而有些实验困扰了自己很多年。

图8-18铁钉生锈条件的探究实验

铁钉生锈条件探究实验被安排在人教版初中化学第八单元，实验设计如下图所示（图片来源：人教版初三化学教材）。该探究所得结论为：实验中铁钉生锈的过程，实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程，即铁钉与氧气、水蒸气同时接触才会生锈。按照课本上图片所示，准备好三只试管及其中的试剂，每天观察铁钉生锈的现象，连续观察约一周，认真做好记录，以便得出结论。理论上，第一支试管中铁钉会生锈，第二、三两支试管中铁钉不生锈。然而笔者常发现，实验条件下，多放几天，第二支试管中铁钉也会生锈，为什么？有没有可能，氧气还是进入到蒸馏水里了？可是上面有植物油封住了呀。

笔者在担任化学老师的同时，有几年还兼职化学实验员，每次准备这个实验时，都是严格按照教材上的要求，先把蒸馏水煮沸来完成实验，尤其是上图中第二支试管，在煮沸的蒸馏水中加入洁净的铁钉，封上植物油。在完成课堂演示实验后，有时没有及时清理，过一阵就会发现，第三支试管（即装有干燥剂）中铁钉不生锈，第一支试管中铁钉同时接触蒸馏水和空气，生锈明显，第二支试管中铁钉（只接触蒸馏水，上覆植物油）也会生锈，无论之前的操作多么规范，铁钉上的锈迹还是越来越明显，让笔者百思不得其解。

数次重复第二支试管实验，铁钉都会生锈，到底是哪里出问题了呢？一个偶然的举动，使实验结果发生了改变。小课代表课前来帮忙拿实验篮，怕他走路被同学碰撞到，损失仪器、试剂，笔者把上图中第二支试管也塞上了塞子，上完课一段时间后，第二支试管中的铁钉居然没有生锈！于是，重复实验，发现，将蒸馏水和植物油按要求加入试管后，再塞上橡胶塞，放置数年，在课前拿出来看时，铁钉都是完全无锈，里面的水也无色澄清。实验现象与课本所要验证的知识点是吻合了，但是，原因呢？在那个互联网还不是太发达的时候，笔者没有找到能说服自己的答案。

直到上学期，看到魏明贵老师的一段线上讲座内容，使笔者感觉可能是找到了答案。因此，在网上找到数据，表格如下，可知，在通常状况下，氧气在大豆油（铁钉生锈条件探究实验中，一般会使用大豆油）中的溶解度约等于水中的 20 倍左右。表格中其他的有机溶剂中，氧气的溶解度也都比水中的大 10倍以上

在298.2K，101.3kPa时，氧气在水和部分有机溶剂中的

（该表格数据来源于网络）。

当植物油覆盖在蒸馏水之上，空气中的氧气先溶解到植物油中，此时，蒸馏水中氧气浓度可忽略，油层中相对高浓度的氧气会扩散到水中，由于油层接触空气，相当于氧气可源源不断进入水中，直至饱和，使铁钉同时接触氧气和水，就解释了之前的实验，放置的时间一长，第二支试管中铁钉会生锈的原因。把这支试管加一个塞子则断绝了氧气的来源，铁钉也就不生锈了。实际上，人教版教材上的图片里，第二支试管的底部也略有黄迹，也有可能是铁钉轻微生锈产生的。

若干年前，笔者换到了现在的学校任教，在整理实验室时，意外地发现了几支试管，能看出就是铁钉生锈条件的探究实验，可能年深日久，试管里的植物油已经发黑，但是水中没有丝毫的黄迹，说明实验条件控制地太好了，仔细一看，不仅试管口塞了塞子，还有蜡封。打听了一下，应该是之前的化学实验员准备的，老师已经退休多年。那位笔者不认识的老师是从何得知要这样改进实验的，已无从问起。为了长久保存好这几支试管，每次拿出来用的时候，都要和几位化学老师反复强调，小心爱护。上课时还忍不住向学生炫耀，几支试管怕是比孩子们的年龄都要大，而且里面的实验现象依然十分清晰准确。多年过去铁钉在完全隔绝氧气的蒸馏水中，仍然没有丝毫生锈的迹象。每次演示这个实验时，学生们总是惊叹于它的精细与持久，也让我深刻感受到科学实验严谨态度的价值。正如一位老师所说：" 科学不是简单的重复，而是对真理的探索、验证和突破。只有通过不断的努力与坚持，才能揭开更深层的真相。" 那位笔者不认识的老师用实际行动诠释了教育的传承，她的用心不仅保存了几支试管，更留下了一段关于执着与敬业的佳话。也使笔者反思，在科学探究的过程中，不能陷于已有知识的窠臼，多思，多看，找寻探究的本质。

参考资料：

[1] 魏明贵 在质疑中让化学学习真发生[2] 义务教育教科书 化学 九年级 下册 人民教育出版社

执笔人 李丹学校