淺議生鐵變成鐵銹的化學過程

郭澤熙（長沙市長郡中學，湖南長沙410000）

淺議生鐵變成鐵銹的化學過程

郭澤熙（長沙市長郡中學，湖南長沙410000）

本文通過實驗，驗證了生鐵變成鐵銹的化學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，這是我們小學的時候就知道的事情，家里炒菜的鐵鍋買回來的時候，鍋里鍋外是一模一樣，可是用過一段時間我們發現，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，我們發現同樣是鐵制品，有的極容易生銹，有的卻很難生銹。為什么會出現這種現象？鐵生銹到底與哪些因素有關？生鐵變成鐵銹是怎樣的一個化學過程呢？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行探討。

1 生鐵生銹的條件

我們發現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，通過高中階段的化學學習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)。我們發現生鐵變成鐵銹的過程中增加了氧元素和水，根據能量守恒，鐵生銹的過程是要有水和氧氣的參與。這進一步證實了我們的推斷，化學是一個門以實驗為基礎的科學，我們便設計了一組對比實驗，對鐵生銹條件進行探究。我們利用日常生活中容易準備的器材來進行研究。

實驗器材及藥品：汽水瓶3個，酒瓶塞2個，電吹風1個、純凈水

實驗步驟：

（1）將3個汽水瓶分別編號為A、B、C、D。

（2）用電吹風將A瓶內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個試驗瓶放在家中觀察一周（每天觀察一次）

分析與結論：

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存在水和氧氣；據此，我們驗證了猜想，生鐵變成鐵銹的化學過程需要氧氣和水的同時存在，這也與我們檢測的生鐵和鐵銹的化學成分相符。

2 影響鐵生銹的速度

我們通過實驗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呢？正當我們找不到頭緒的時候，我們發現了一篇報道：國某化學公司的一家工廠，有一貯存Nacl的鋼質容器，和一個存放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氣，并將容器沖洗了幾遍。而后兩個工人進入容器內維修，進入盛氯化鈉容器的人一下就暈倒了，而另一個卻沒有暈倒。是什么原因導致人員暈倒呢？難道容器中含有有毒氣體？人們對鋼質容器內的空氣進行了測定，并沒有發現任何有毒氣體，但卻驚奇地發現氯化鈉容器中空氣里的氧氣含量遠遠低于正常標準。我們知道是因為容器生銹的緣故，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，我們便把上面的實驗做了進一步改進。我們增加了一個汽水瓶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瓶進行比較觀察，我們發現D瓶中鐵生銹的速度明顯快于C瓶，因此我們得出結論，生鐵生銹的速度和Nacl有關。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，通過高中的化學知識我們知道，生鐵組成其他合金改變其組織結構也可以防銹，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，以改變鐵內部的組織結構。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、空氣等物質接觸而生銹。

（3）保持鐵制品表面的潔凈和干燥。

4 結語

生鐵生銹的必要條件是與氧氣和水發生反應，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和氧氣及水接觸來防止生鐵生銹。

[1]陳天翔。化學試驗[M].中國電力出版社,2008.

[2]古國榜,李樸。無機化學[M].化學工業出版社，2006.