鐵為什么會(huì)生銹?
鐵放的時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)生銹。鐵容易生銹,除了由于它的化學(xué)性質(zhì)活潑以外,同時(shí)與外界條件也有很大關(guān)系。水分是使鐵容易生銹的物質(zhì)之一。然而,光有水也不會(huì)使鐵生銹,只有當(dāng)空氣中的氧氣溶解在水里時(shí),氧在有水的環(huán)境中與鐵反應(yīng),才會(huì)生成一種叫氧化鐵的東西,這就是鐵銹。鐵銹是一種棕紅色的物質(zhì),它不像鐵那么堅(jiān)硬,很容易脫落,一塊鐵完全生銹后,體積可脹大8倍。如果鐵銹不除去,這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分,鐵也就爛得更快了。
要除去鐵銹,可以利用各種工具把它鏟掉,也可以泡在酸性的溶液中把它溶解掉。在去掉鐵銹以后,一定要對(duì)鐵器表面進(jìn)行處理,涂上一層鉛丹,再涂上油漆;或者鍍上別的不容易生銹的金屬。更徹底的辦法,就是給鐵加入一些其他金屬,制成不銹的合金。我們熟悉的不銹鋼,就是在鋼中加入一點(diǎn)鎳和鉻而制成的合金。
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所謂生銹,但是光有水也不可以,其實(shí)是鐵在水中水和同與空氣中的氧氣接觸形成氧化物,鐵的氧化物是三氧化二鐵(Fe2O3),它的顏色就是鐵紅色
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為什么鐵會(huì)生銹
鐵生銹,大家司空見慣。但同樣是鐵制品,有的極容易生銹,有的卻很難生銹。比如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。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象?鐵生銹到底與哪些因素有關(guān)?正當(dāng)我們感到疑惑的時(shí)候,我們?cè)诰W(wǎng)上看到了這樣的一則消息:外國(guó)某化學(xué)公司的一家工廠,有一貯存氯化鎂的鋼質(zhì)容器,有一次,因容器需要維修而停止工作,廠方排空了容器中的氯化鎂,并將容器沖洗了幾遍。而后兩個(gè)工人進(jìn)入鋼質(zhì)容器維修,一下去就暈倒了,當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)后,立即將人救出并送到醫(yī)院,一人經(jīng)搶救脫險(xiǎn),另一人不幸死亡。是什么原因?qū)е氯藛T死亡呢?難道容器中含有有毒氣體?人們對(duì)鋼質(zhì)容器內(nèi)的空氣進(jìn)行了測(cè)定,并沒有發(fā)現(xiàn)任何有毒氣體,但卻驚奇地發(fā)現(xiàn)容器中空氣里的氧氣含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常標(biāo)準(zhǔn)。為什么容器中會(huì)缺氧呢?經(jīng)分析,發(fā)現(xiàn)問題原來出在容器本身,是因?yàn)槿萜魃P的緣故。我們討論認(rèn)為:這說明鐵生銹需要消耗氧氣。但是鐵生銹僅僅只和氧氣有關(guān)嗎?水、氯化鎂在這次事件中起什么作用呢?于是我們?nèi)烁鶕?jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)和以上事件的背景進(jìn)行猜想:鐵制品生銹可能和水、空氣及其他因素有關(guān)。為了證明我們的猜想,我們便設(shè)計(jì)了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)鐵生銹條件的進(jìn)行探究。由于條件有限,我們無法使用專業(yè)的化學(xué)用品,所以我們自己動(dòng)手,利用了日常生活中容易找到的器材作為替代品。 實(shí)驗(yàn)器材及藥品:汽水瓶4個(gè),酒瓶塞2個(gè),電吹風(fēng)1個(gè)、純凈水、食鹽 實(shí)驗(yàn)步驟: 1.將4個(gè)汽水瓶分別編號(hào)為A、B、C、D。 2.用電吹風(fēng)將A瓶?jī)?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?jī)?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?jī)?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.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。 6.將4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,但沒有鹽,而鐵生銹,說明鐵生銹的必要條件只是水和氧氣;對(duì)比D瓶,其鐵生銹的速度比C瓶快,說明鹽在鐵生銹的過程中起到加速生銹的作用。因此,我們得出以下結(jié)論: l.鐵生銹的必要條件是氧氣、水同時(shí)存在。 2.在有鹽的情況下,生銹的程度會(huì)加深、速度會(huì)加快。 心得體會(huì): 根據(jù)以上結(jié)論,我們便可以解釋在生活中所遇到的問題:在潮濕的地方的鐵器比干燥的地方的鐵器更容易生銹是因?yàn)樵诔睗竦牡胤降蔫F器比干燥的地方的鐵器更容易與水接觸;而涂了油漆的鐵制品不容易生銹則是因?yàn)橛推崞鸬搅烁艚^空氣中和水的作用。而如果要減少鐵的生銹,則可以從實(shí)驗(yàn)的結(jié)論出發(fā),任意切斷生銹條件中的一個(gè)便可。如把鐵上面涂上油漆,便切斷了鐵和空氣的接觸。而把一些鐵制品如菜刀等用完后擦干并放在干燥的地方,則可以切斷鐵和水的接觸,從而防止鐵制品生銹。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論,我們便猜想海南島的鐵應(yīng)該比吐魯番的鐵更容易生銹。而經(jīng)過我們的調(diào)查,事實(shí)的確如此。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn),由于生銹而報(bào)廢的鐵的數(shù)量竟然占全世界鐵的產(chǎn)量的四分之一!這是一個(gè)十分觸目驚心的數(shù)字。地球的資源正日益緊張,鐵的含量也正在直線減少。我們?cè)O(shè)想一下,如果我們不再采取措施,減少鐵制品的使用量和報(bào)廢量的話,我們的子孫后代很可能只能在化學(xué)書上看到鐵這種曾經(jīng)在世界上被廣泛使用的金屬了。所以我們應(yīng)當(dāng)呼吁全社會(huì)攜起手來,從我做起,保護(hù)和利用好鐵資源。同時(shí)根據(jù)鐵生銹的條件采取適當(dāng)?shù)拇胧?,如給鐵制品涂上油漆,鍍上錫或鋅,或加入鎳和鉻制成不銹鋼從而防止鐵制品生銹。相信如果我們一起努力,地球?qū)?huì)變得更加美好。 崔老師在講鐵生銹時(shí),為了提示鐵生銹的原因,首先啟發(fā)學(xué)生思考鐵生銹的各種情況。如放在潮濕的鐵會(huì)生銹,而干燥的鐵器則不生銹;涂了油漆的鐵器不生銹,而在一般情況下的鐵器放在空與中則生銹等。再經(jīng)過引導(dǎo),啟發(fā)學(xué)生提出下述三個(gè)假說:⑴鐵器生銹是因?yàn)楹涂諝饨佑|,鐵和空氣中的氧化合;⑵生銹是因?yàn)樗至说拇嫔?,水和鐵起了化學(xué)變化;⑶生銹是水和空氣共同作用的結(jié)果。然后引導(dǎo)學(xué)生推論:如果第一個(gè)假說正確,則在干燥的情況下鐵在空氣中就能生鐵;如果第二個(gè)假說正確,則鐵在水中并和空氣隔絕就能生銹;如果第三個(gè)假說正確,則必須在既有空氣又有水份的條件下鐵才能生銹.
鐵的生銹是一種電化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)的第一步是鐵將電子轉(zhuǎn)移到氧。[3]生銹的速度會(huì)受水影響,也會(huì)因?yàn)殡娊赓|(zhì)存在而加速。例如汽車在有鹽的環(huán)境較容易生銹。生銹主要的反應(yīng)是氧的還原:
O2 + 4 e- + 2 H2O → 4 OH-
由于其反應(yīng)產(chǎn)生氫氧根離子,酸的存在會(huì)加速此反應(yīng)的進(jìn)行。上述反應(yīng)消耗電子,因此可以進(jìn)行以下氧化反應(yīng),將鐵氧化為亞鐵離子:
Fe → Fe2+ + 2 e−
若有氧的存在,亞鐵離子還會(huì)再度氧化:
4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−
亞鐵離子和鐵離子和水會(huì)產(chǎn)生酸堿反應(yīng),形成氫氧化鐵及氫氧化亞鐵:
Fe2+ + 2 H2O → Fe(OH)2 + 2 H+
Fe3+ + 3 H2O → Fe(OH)3 + 3 H+
最后氫氧化鐵及氫氧化亞鐵會(huì)和其脫水物形成以下的平衡:
Fe(OH)2 → FeO + H2O
Fe(OH)3 → FeO(OH) + H2O
2 FeO(OH) → Fe2O3 + H2O
依以上反應(yīng)式,可以看出鐵生銹會(huì)受到氧和水的影響。若溶氧量有限,較容易產(chǎn)生含亞鐵離子的產(chǎn)物,例如氧化亞鐵及黑色的四氧化三鐵。若溶氧量高,則會(huì)產(chǎn)生鐵離子的產(chǎn)物,其化學(xué)式為Fe(OH)3-xOx/2。由于鐵銹中的固體仍在緩慢的進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),鐵銹的成份會(huì)隨時(shí)間變化。
上述的反應(yīng)也會(huì)受到其他離子的影響,例如當(dāng)鈣離子存在時(shí),因?yàn)殁}離子是電解質(zhì),會(huì)加速鐵銹的產(chǎn)生,鈣離子也會(huì)和鐵的氧化物及氫氧化物結(jié)合,形成Ca-Fe-O-OH形式的沉淀。
鐵生銹的原因是什么
鐵銹是什么:氧化鐵
鐵生銹的原因:
主要是空氣氧化和電化學(xué)腐蝕的作用.
鐵生銹主要有兩前提個(gè)條件:
一個(gè)是氧氣,另一個(gè)是水.鐵暴露在空氣中生銹實(shí)際上涉及到了原電池反應(yīng).鐵與碳形成了原電池(因?yàn)殍F不是純的,里面含有C等其它元素).與空氣中的氧氣發(fā)生了氧化反應(yīng)的結(jié)果,在表面生成了金屬氧化物,也就是銹.如果金屬中含有較多的雜質(zhì),這些雜質(zhì)就會(huì)和金屬形成化學(xué)原電池,發(fā)生電化學(xué)腐蝕,從而將金屬氧化生成金屬氧化物
鐵銹的常識(shí):
鐵放的時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)生銹.鐵容易生銹,除了由于它的化學(xué)性質(zhì)活潑以外,同時(shí)與外界條件也有很大關(guān)系.水分是使鐵容易(品材匯)生銹的物質(zhì)之一.然而,光有水也不會(huì)使鐵生銹,只有當(dāng)空氣中的氧氣溶解在水里時(shí),氧在有水的環(huán)境中與鐵反應(yīng),才會(huì)生成一種叫氧化鐵的東西,這就是鐵銹.鐵銹是一種棕紅色的物質(zhì),它不像鐵那么堅(jiān)硬,很容易脫落,一塊鐵完全生銹后,體積可脹大8倍.如果鐵銹不除去,這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分,鐵也就爛得更快了.
鐵銹的辨認(rèn):
鐵銹是一種棕紅色的物質(zhì),它不像鐵那么堅(jiān)硬,很容易脫落。一塊鐵完全生銹后,體積可增大8倍。如果鐵銹不除去,這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分,鐵也就銹得更快了。
鐵銹的清理預(yù)防:
要除去鐵銹,可以利用各種工具把它鏟掉
,也可以泡在酸性的溶液中把它溶解掉.在去掉鐵銹以后,一定要對(duì)鐵器表面進(jìn)行處理,涂上一層鉛丹,再涂上油漆;或者鍍上別的不容易生銹的金屬.
更徹底的辦法,就是給鐵加入一些其他金屬,制成不銹的合金.我們熟悉的不銹鋼,就是在鋼中加入一點(diǎn)鎳和鉻而制成的合金.
在潮濕的地方的鐵器比干燥的地方的鐵器更容易生銹,是因?yàn)樵诔睗竦牡胤降蔫F器比干燥的地方的鐵器更容易與水接觸。而涂了油漆的鐵制品不容易生銹是因?yàn)橛推崞鸬搅烁艚^空氣和水的作用。而如果要減少鐵的生銹,則可以從實(shí)驗(yàn)的結(jié)論出發(fā),任意切斷生銹的其中一個(gè)條件即可。如果上面涂上油漆,便切斷了鐵和空氣的接觸。而把一些鐵制品如菜刀等用完后擦干并放在干燥的地方,則可以切斷鐵和水的接觸,從而防止鐵制品生銹。
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