一道能激励创新思维的好题

　　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.