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1、1钢铁的生锈和防护钢铁的生锈和防护钢铁是由铁、碳等元素组成的，在潮湿的空气中，由于受水、氧气、二氧化碳等物质的作用，发生了一系列复杂的化学反应，表面上很容易生成铁锈。铁锈的成分很复杂，主要是氧化铁，通常用 Fe2O3来表示。多媒体图片展示铁钉生锈实验过程。实验装置：一半水中一半水中 水中水中 食盐水食盐水实验现象实验现象第一支试管中铁钉上有黄褐色铁锈生成。第二、三支试管中铁钉生锈。铁锈是一种疏松多孔的物质，很容易吸收水分。 （照片：突出铁锈疏松和潮湿感。 ）因此，钢铁表面的铁锈不但不能保护内层的铁不被锈蚀，反而会加快钢铁制品生锈的速度，出现层层脱落的现象，使钢铁制品遭到严重破坏。据估计，全世界
2、每年因生锈而损失的钢铁，约占世界钢铁年产量的四分之一，这是一个极大的损失。因此，了解钢铁生锈过程，采取有效措施，防止钢铁生锈，具有重要的经济意义和社会意义。钢铁的生锈钢铁的生锈钢铁腐蚀一般可以分化学腐蚀和电化学腐蚀两类。钢铁与其周围的气态或液态的介质，直接发生化学反应而引起的腐蚀，叫做化学腐蚀，钢铁在常温的干燥空气中并不腐蚀。但在高温下就容易被氧化，生成疏松易脱落的氧化层（由 FeO、Fe2O3和 Fe3O4组成） 。钢铁与电解质溶液相接触，由电化学作用而引起的腐蚀，叫做电化学腐蚀。形成原电池是电化学腐蚀的特征。电化学腐蚀在常温下亦能发生，不仅在金属表面，甚至深入金属内部，因此，比化学腐蚀更快
3、，更普遍，危害更大。析氢腐蚀析氢腐蚀钢铁中常含有石墨和碳化三铁，它们不易失电子，但能导电。当钢铁暴露在潮湿空气中，表面吸附并盖了一层水膜，由于水电离出的氢离子，加上溶解于水的 CO2或 SO2所产2生的氢离子，增加了电解质溶液中 H的浓度。CO2H2OH2CO3HHCO3SO2H2OH2SO3HHSO3因此，铁和石墨或杂质，与周围的电解质溶液形成了微型原电池。在这里，铁为阳极，石墨（或杂质）为阴极，锈蚀情况的情况如下图所示：其电极反应为：负极（铁）：Fe2eFe2正极（石墨）：2H2eH2Fe2进入水膜与水膜中 OH结合，附着在钢铁表面Fe22OHFe（OH）2Fe（OH）2被空气氧化为 Fe
4、（OH）34Fe（OH）2O22H2O4Fe（OH）3Fe（OH）3及其脱水物 Fe2O3是红褐色铁锈的主要成分，铁锈的成分比较复杂，一般可简单地以 Fe2O3表示。负极多余电子移向石墨，正极使 H还原 H2。氢气在石墨上析出，促进了铁的不断锈蚀。这种腐蚀过程中有氢气放出的叫做析氢腐蚀。铁的析氢腐蚀一般只在酸性溶液中发生。吸氧腐蚀吸氧腐蚀在一般情况下，由于水膜接近于中性，H浓度较小，则在正极石墨上吸电子的不是H而是溶解于水中的氧。因此，电极反应是：负极（铁）：2Fe4e2Fe2正极（石墨）：O22H2O4e4OH两极上的反应物 Fe2和 OH相互结合成 Fe（OH）22Fe24OH2Fe（OH
5、）23然后 Fe（OH）2同样被空气中氧气氧化成 Fe（OH）34Fe（OH）2O22H2O4Fe（OH）3进而形成疏松的铁锈。因此金属在含有氧气的电解质溶液中也能引起腐蚀，这种腐蚀叫做吸氧腐蚀。其过程如下图：钢铁的电化学腐蚀和化学腐蚀不是截然分开的，化学腐蚀中也包含电化学腐蚀。钢铁的腐蚀，既有其本身组织、结构上的原因，又有周围介质性质上的原因，因此，钢铁的防锈蚀主要应从它的本性和周围介质两方面采取措施。1、组成合金，以改变金属内部组织结构。例如：在钢中加入镍可增强防腐能力，含铬18%和镍 8%的合金金常称为“铬镍不锈钢”。 （如：饭盆、锅，生活用品等。 ）2、采用保护膜是最普遍又重要的防腐措
6、施。在生产、生活实践中，人们常把暂时不用的钢铁制品及时清洁表面，保持干燥，除上防锈材料，如机油、凡士林，防锈油脂等作为暂时性的防腐措施。为了长期防腐常用保护膜法。例如，钢铁表面覆盖一层致密的蓝色或黑色氧化物 Fe3O4，通常叫“发蓝”或“发黑” 。又如，在钢铁表面涂上一层非金属薄膜，如油漆、沥青、橡胶、陶瓷等非金属涂料。再如，利用某些金属如锌、锡、铬、镍等表面形成一层致密氧化膜的性质，用电镀法，浸镀法，喷镀法，将上述金属镀在钢铁的表面，防止空气和水对金属铁的腐蚀。铁生锈可否利用呢？在人们研究防止钢铁生锈的过程中，有人就注意到钢铁在生锈的过程中，伴随着一个极其普遍的化学反应现象放热。利用这个化学反应放出的热量作为热源而发明了一种发热剂。这种发热剂的主要成分是铁粉、活性炭、食盐水、木屑等。发热剂和空气接触时，铁屑就要发生一系列复杂的化学反应而生锈，同时放出大量的热。为了加快铁生锈的速率，必须提高铁和空气的接触面，把铁粉的粒度做的很小其直径一般在 0.15mm 以下。发热剂中的食盐和活性炭也能加快铁生锈的速度。把发热剂装入塑料袋中，然后再进一步包装，就可以制成各种各样的热散敷袋或化学暖炉。用于取暖或用于医疗保健。温度可维持在5060，并能持续很长时间。
