金屬銹蝕的探究和防護

◆董恩沖

作者：董恩沖，平度市實驗中學（266700）。

寒假里，筆者負責化學興趣小組的社會實踐活動。九年級下冊化學課本第三節(jié)“鋼鐵的銹蝕與防護”給興趣小組成員留下深刻的印象。當他們看到“世界各發(fā)達國家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟損失約占其國民生產(chǎn)總值2%～4%，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當年鋼產(chǎn)量的10%～20%（圖1），全世界每年因金屬腐蝕造成的損失超過7000億美元”，感到非常震撼，一種使命感油然而生。這種使命感使他們產(chǎn)生深入探究金屬銹蝕的原理及金屬防護方法的想法。根據(jù)課本，初步了解到鋼鐵銹蝕主要是與空氣中的氧氣、水蒸氣等物質(zhì)有關(guān)，于是筆者指導學生以鐵釘為對象，按下列步驟進行探究。

圖1

1 探究鐵釘生銹的條件

提出問題：導致鐵釘銹蝕的因素有哪些？

生活感知→提出猜想→設(shè)計實驗→操作觀察→得出結(jié)論→交流反思

實驗設(shè)計：鐵生銹的條件（表1）。

得出結(jié)論：

2 探究促進鋼鐵生銹的因素

促進鋼鐵生銹的因素：

1）離子化合物的存在（氯化鈉）；

2）酸性污染物的存在（酸雨）；

3）高溫（加快化學反應(yīng)速度）；

4）經(jīng)刮擦或凹凸扭曲表面（增加接觸面積）；

5）鋼鐵的純度；

6）環(huán)境的濕度。

3 探究減緩鋼鐵生銹的方法

如圖2所示，中國腐蝕調(diào)查報告。

圖2

?

圖3

提出問題：如何減緩鋼鐵銹蝕？

生活感知→探究發(fā)現(xiàn)→信息交流→得出結(jié)論。

自行車防止腐蝕的方法，如圖3所示。得出結(jié)論：

1）“穿外衣”——金屬表面覆蓋保護層（涂刷礦物油、油漆、覆蓋搪瓷、塑料、鍍金屬）；

2）“增強體質(zhì)”——改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)（制成合金）。

【資料】人類每年要向自然界索取大量的金屬礦物資源，以提取數(shù)以億噸計的金屬。金屬礦物的儲量有限，而且不能再生。根據(jù)已探明的一些礦物的儲藏量，并根據(jù)目前這些金屬的消耗速度，有人估計一些礦物可供開采的年限如圖4所示。

圖4

4 保護金屬資源

探究課題：保護金屬資源的有效途徑。

生活感知→宏偉藍圖。

4.1 廢棄金屬的危害

隨意丟棄廢舊金屬，既造成了環(huán)境的污染，又浪費了有限的金屬資源。

4.2 回收金屬的重要意義

樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念、加強垃圾的分類處理、回收并循環(huán)利用廢舊金屬，有著巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

4.3 保護金屬資源的有效途徑

1）防止金屬銹蝕；

2）回收利用廢舊金屬；

3）尋找金屬待用品；

4）有計劃、合理開采礦。

我國在回收廢金屬上的成就：我國回收廢金屬行業(yè)成就卓越，廢舊金屬的回收再利用經(jīng)驗已經(jīng)被許多發(fā)達國家高度重視。如我國銅的再生利用率在1996年占當年精煉銅產(chǎn)量的61%。

5 生活中可選擇研究以下問題

1）每年有大量廢干電池被丟棄，其中的有毒物質(zhì)會污染環(huán)境，用什么辦法處理干電池？廢干電池所含物質(zhì)：1號廢舊鋅錳電池的組成（約70 g）：鋅皮（7 g）、碳棒（5.2 g）、錳粉（25 g）、銅帽（0.5 g）、汞（微量）、其他（約32 g）。其他電池：鉛、鎘、鎳等。

2）調(diào)查棄置的金屬。

①你在一個月中扔掉了多少金屬罐頭盒、易拉罐或其他金屬制品？

②如果每位同學都像你一樣扔掉同樣數(shù)量的金屬制品，那么全班每月總共拋棄了多少金屬制品？

③這些廢金屬最終的歸宿在哪里？

④棄置金屬會帶來哪些問題？

⑤我們應(yīng)該怎么做？

3）學校的柵欄是鐵條焊接在一起的，使用一段時間后會生銹。為了使其有較長的使用壽命，需要采取防銹措施。

你的假設(shè)：

鐵柵欄生銹的原因：

_____________、

_____________、

_____________。

你的方案：

針對這些原因，可采取的措施：

第一步，_____________；

第二步，_____________ ；

第三步，_____________。

如表2所示，探究方案優(yōu)劣。

生產(chǎn)、生活中的廢舊金屬材料回收后經(jīng)加工，又可在社會生活的各個方面發(fā)揮出重要的作用，既滿足了社會需要，又減輕了環(huán)境污染。廢舊金屬資源的再生利用肩負著提供新資源、改善環(huán)境和保護人類生存條件三大任務(wù)，是一項利在當代、功在千秋的事業(yè)。

表2