浅议生铁变成铁锈的化学过程

郭泽熙（长沙市长郡中学，湖南长沙410000）

浅议生铁变成铁锈的化学过程

郭泽熙（长沙市长郡中学，湖南长沙410000）

本文通过实验，验证了生铁变成铁锈的化学过程所需要的必要条件是氧气和水，以及影响铁生锈的因素，从而提出了防止铁生锈的方法。

生锈；氧气；水

铁容易生锈，这是我们小学的时候就知道的事情，家里炒菜的铁锅买回来的时候，锅里锅外是一模一样，可是用过一段时间我们发现，锅里面好像还是很光滑，外面却很多铁锈；我们的自行车，刚买回来的时候，父母总是要往链条上弄很多的润滑油，这样就铁链条就不容易生锈；不锈钢的锅就很难生锈等等，我们发现同样是铁制品，有的极容易生锈，有的却很难生锈。为什么会出现这种现象？铁生锈到底与哪些因素有关？生铁变成铁锈是怎样的一个化学过程呢？本论文就生铁变成铁锈的条件、影响铁生锈的速度、如何减少铁生锈三方面进行探讨。

1 生铁生锈的条件

我们发现放在潮湿的地方的铁制品很容易生锈，但放在干燥的地方的铁制品却不是很容易生锈；裸露在空气中的铁制品很容易生锈，但涂了油漆的或镀上了一些不易生锈的金属后的铁制品却不太容易生锈。因此我们初步判断铁生锈与氧气和水有关，通过高中阶段的化学学习及我们对铁锈成分的检测，我们知道生铁的主要成分铁Fe和C，是铁碳合金。铁锈是混合物，其主要成分是Fe2O3及未分解的Fe(OH)3(即Fe2O3·3H2O)。我们发现生铁变成铁锈的过程中增加了氧元素和水，根据能量守恒，铁生锈的过程是要有水和氧气的参与。这进一步证实了我们的推断，化学是一个门以实验为基础的科学，我们便设计了一组对比实验，对铁生锈条件进行探究。我们利用日常生活中容易准备的器材来进行研究。

实验器材及药品：汽水瓶3个，酒瓶塞2个，电吹风1个、纯净水

实验步骤：

（1）将3个汽水瓶分别编号为A、B、C、D。

（2）用电吹风将A瓶内吹干后迅速放入一枚铁钉，并立即用酒瓶塞将瓶口塞住。将蜡烛融化后封住瓶口的缝隙，使其与外部的空气无法接触。

（3）在B瓶内装入一满瓶煮沸后的纯净水，使纯净水将铁钉完全没没。再用酒瓶塞将瓶口塞住，并用相用的方法用蜡烛将瓶口的缝隙封住。

（4）在C瓶内装入少量纯净水，使铁钉一部分在水里，另一部分裸露在空气中，但不封口，使其与外部空气接触。

（5）将3个试验瓶放在家中观察一周（每天观察一次）

分析与结论：

A、B瓶不生锈，说明只有水或者只有氧气，铁都不生锈；C瓶既有水也有氧气，铁生锈，说明铁生锈的条件是同时存在水和氧气；据此，我们验证了猜想，生铁变成铁锈的化学过程需要氧气和水的同时存在，这也与我们检测的生铁和铁锈的化学成分相符。

2 影响铁生锈的速度

我们通过实验证明了铁生锈的必要条件是氧气和水的存在，但是其他条件相同的条件下，铁生锈的速率和什么有关呢？正当我们找不到头绪的时候，我们发现了一篇报道：国某化学公司的一家工厂，有一贮存Nacl的钢质容器，和一个存放N2的容器，容器需要维修而停止工作，厂方排空了容器中的氯化钠和氮气，并将容器冲洗了几遍。而后两个工人进入容器内维修，进入盛氯化钠容器的人一下就晕倒了，而另一个却没有晕倒。是什么原因导致人员晕倒呢？难道容器中含有有毒气体？人们对钢质容器内的空气进行了测定，并没有发现任何有毒气体，但却惊奇地发现氯化钠容器中空气里的氧气含量远远低于正常标准。我们知道是因为容器生锈的缘故，消耗了空气中的氧气。那为什么同样的容器，空气的成分中氧气的含量不一样呢？难道氯化钠可以加速铁的生锈吗？为了证明我们的猜想，我们便把上面的实验做了进一步改进。我们增加了一个汽水瓶D和少量的食盐，即在D瓶中加入少量的纯净水并加入少量食盐，将铁钉一部分浸泡在盐水中，而另一部分裸露在空气中，也不封口，使其与外部空气接触。和C瓶进行比较观察，我们发现D瓶中铁生锈的速度明显快于C瓶，因此我们得出结论，生铁生锈的速度和Nacl有关。在有氯化钠存在的条件下，铁更容易生锈。

3 防止铁生锈的方法

通过对生铁生锈的化学过程的分析，我们知道铁生锈的必要条件是与氧气和水接触，因此我们只要避免生铁与之接触就能防止生锈。再者，通过高中的化学知识我们知道，生铁组成其他合金改变其组织结构也可以防锈，具体的防止铁生锈的方法有：

（1）把铬、镍等金属加入普通铁和钢里组成合金，以改变铁内部的组织结构。制成不锈钢，就大大地增加了钢铁制品的抗生锈能力.

（2）在铁制品表面覆盖保护层是防止铁制品生锈普遍而重要的方法。主要有以下两类：

①在铁制品表面涂矿物性油、油漆或烧制搪瓷、喷塑等。

②在钢铁表面用电镀、热镀等方法镀上一层不易生锈的金属，这些金属表面都能形成一层致密的氧化物薄膜，从而防止铁制品和水、空气等物质接触而生锈。

（3）保持铁制品表面的洁净和干燥。

4 结语

生铁生锈的必要条件是与氧气和水发生反应，Nacl可以加快放映速率。我们知道了铁生锈的条件，就可以通过一定的方法避免生铁同时和氧气及水接触来防止生铁生锈。

[1]陈天翔。化学试验[M].中国电力出版社,2008.

[2]古国榜,李朴。无机化学[M].化学工业出版社，2006.