淺議生鐵變成鐵銹的化學(xué)過程

郭澤熙（長沙市長郡中學(xué)，湖南長沙410000）

淺議生鐵變成鐵銹的化學(xué)過程

郭澤熙（長沙市長郡中學(xué)，湖南長沙410000）

本文通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了生鐵變成鐵銹的化學(xué)過程所需要的必要條件是氧氣和水，以及影響鐵生銹的因素，從而提出了防止鐵生銹的方法。

生銹；氧氣；水

鐵容易生銹，這是我們小學(xué)的時(shí)候就知道的事情，家里炒菜的鐵鍋買回來的時(shí)候，鍋里鍋外是一模一樣，可是用過一段時(shí)間我們發(fā)現(xiàn)，鍋里面好像還是很光滑，外面卻很多鐵銹；我們的自行車，剛買回來的時(shí)候，父母總是要往鏈條上弄很多的潤滑油，這樣就鐵鏈條就不容易生銹；不銹鋼的鍋就很難生銹等等，我們發(fā)現(xiàn)同樣是鐵制品，有的極容易生銹，有的卻很難生銹。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？鐵生銹到底與哪些因素有關(guān)？生鐵變成鐵銹是怎樣的一個(gè)化學(xué)過程呢？本論文就生鐵變成鐵銹的條件、影響鐵生銹的速度、如何減少鐵生銹三方面進(jìn)行探討。

1 生鐵生銹的條件

我們發(fā)現(xiàn)放在潮濕的地方的鐵制品很容易生銹，但放在干燥的地方的鐵制品卻不是很容易生銹；裸露在空氣中的鐵制品很容易生銹，但涂了油漆的或鍍上了一些不易生銹的金屬后的鐵制品卻不太容易生銹。因此我們初步判斷鐵生銹與氧氣和水有關(guān)，通過高中階段的化學(xué)學(xué)習(xí)及我們對鐵銹成分的檢測，我們知道生鐵的主要成分鐵Fe和C，是鐵碳合金。鐵銹是混合物，其主要成分是Fe2O3及未分解的Fe(OH)3(即Fe2O3·3H2O)。我們發(fā)現(xiàn)生鐵變成鐵銹的過程中增加了氧元素和水，根據(jù)能量守恒，鐵生銹的過程是要有水和氧氣的參與。這進(jìn)一步證實(shí)了我們的推斷，化學(xué)是一個(gè)門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，我們便設(shè)計(jì)了一組對比實(shí)驗(yàn)，對鐵生銹條件進(jìn)行探究。我們利用日常生活中容易準(zhǔn)備的器材來進(jìn)行研究。

實(shí)驗(yàn)器材及藥品：汽水瓶3個(gè)，酒瓶塞2個(gè)，電吹風(fēng)1個(gè)、純凈水

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）將3個(gè)汽水瓶分別編號為A、B、C、D。

（2）用電吹風(fēng)將A瓶內(nèi)吹干后迅速放入一枚鐵釘，并立即用酒瓶塞將瓶口塞住。將蠟燭融化后封住瓶口的縫隙，使其與外部的空氣無法接觸。

（3）在B瓶內(nèi)裝入一滿瓶煮沸后的純凈水，使純凈水將鐵釘完全沒沒。再用酒瓶塞將瓶口塞住，并用相用的方法用蠟燭將瓶口的縫隙封住。

（4）在C瓶內(nèi)裝入少量純凈水，使鐵釘一部分在水里，另一部分裸露在空氣中，但不封口，使其與外部空氣接觸。

（5）將3個(gè)試驗(yàn)瓶放在家中觀察一周（每天觀察一次）

分析與結(jié)論：

A、B瓶不生銹，說明只有水或者只有氧氣，鐵都不生銹；C瓶既有水也有氧氣，鐵生銹，說明鐵生銹的條件是同時(shí)存在水和氧氣；據(jù)此，我們驗(yàn)證了猜想，生鐵變成鐵銹的化學(xué)過程需要氧氣和水的同時(shí)存在，這也與我們檢測的生鐵和鐵銹的化學(xué)成分相符。

2 影響鐵生銹的速度

我們通過實(shí)驗(yàn)證明了鐵生銹的必要條件是氧氣和水的存在，但是其他條件相同的條件下，鐵生銹的速率和什么有關(guān)呢？正當(dāng)我們找不到頭緒的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)了一篇報(bào)道：國某化學(xué)公司的一家工廠，有一貯存Nacl的鋼質(zhì)容器，和一個(gè)存放N2的容器，容器需要維修而停止工作，廠方排空了容器中的氯化鈉和氮?dú)猓⑷萜鳑_洗了幾遍。而后兩個(gè)工人進(jìn)入容器內(nèi)維修，進(jìn)入盛氯化鈉容器的人一下就暈倒了，而另一個(gè)卻沒有暈倒。是什么原因?qū)е氯藛T暈倒呢？難道容器中含有有毒氣體？人們對鋼質(zhì)容器內(nèi)的空氣進(jìn)行了測定，并沒有發(fā)現(xiàn)任何有毒氣體，但卻驚奇地發(fā)現(xiàn)氯化鈉容器中空氣里的氧氣含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常標(biāo)準(zhǔn)。我們知道是因?yàn)槿萜魃P的緣故，消耗了空氣中的氧氣。那為什么同樣的容器，空氣的成分中氧氣的含量不一樣呢？難道氯化鈉可以加速鐵的生銹嗎？為了證明我們的猜想，我們便把上面的實(shí)驗(yàn)做了進(jìn)一步改進(jìn)。我們增加了一個(gè)汽水瓶D和少量的食鹽，即在D瓶中加入少量的純凈水并加入少量食鹽，將鐵釘一部分浸泡在鹽水中，而另一部分裸露在空氣中，也不封口，使其與外部空氣接觸。和C瓶進(jìn)行比較觀察，我們發(fā)現(xiàn)D瓶中鐵生銹的速度明顯快于C瓶，因此我們得出結(jié)論，生鐵生銹的速度和Nacl有關(guān)。在有氯化鈉存在的條件下，鐵更容易生銹。

3 防止鐵生銹的方法

通過對生鐵生銹的化學(xué)過程的分析，我們知道鐵生銹的必要條件是與氧氣和水接觸，因此我們只要避免生鐵與之接觸就能防止生銹。再者，通過高中的化學(xué)知識我們知道，生鐵組成其他合金改變其組織結(jié)構(gòu)也可以防銹，具體的防止鐵生銹的方法有：

（1）把鉻、鎳等金屬加入普通鐵和鋼里組成合金，以改變鐵內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)。制成不銹鋼，就大大地增加了鋼鐵制品的抗生銹能力.

（2）在鐵制品表面覆蓋保護(hù)層是防止鐵制品生銹普遍而重要的方法。主要有以下兩類：

①在鐵制品表面涂礦物性油、油漆或燒制搪瓷、噴塑等。

②在鋼鐵表面用電鍍、熱鍍等方法鍍上一層不易生銹的金屬，這些金屬表面都能形成一層致密的氧化物薄膜，從而防止鐵制品和水、空氣等物質(zhì)接觸而生銹。

（3）保持鐵制品表面的潔凈和干燥。

4 結(jié)語

生鐵生銹的必要條件是與氧氣和水發(fā)生反應(yīng)，Nacl可以加快放映速率。我們知道了鐵生銹的條件，就可以通過一定的方法避免生鐵同時(shí)和氧氣及水接觸來防止生鐵生銹。

[1]陳天翔?；瘜W(xué)試驗(yàn)[M].中國電力出版社,2008.

[2]古國榜,李樸。無機(jī)化學(xué)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2006.