探究钢铁吸氧腐蚀

钢铁吸氧腐蚀的实验
江秋阳
（重庆市巴蜀中学）
大家知道，钢铁由于电化学腐蚀造成的损失非常可观，而钢铁的电化锈蚀以吸氧腐蚀最普遍。

关于钢铁的吸氧腐蚀实验可以这样做：
取动物胶（如骨胶）0.4克，加水10毫升于烧杯中，用酒精灯加热煮沸，并用玻璃棒不断搅拌，使动物胶完全溶解，制成溶胶后，稍冷却，在溶胶中加入酚酞溶液4至5滴，再加入铁氰化钾（K3[Fe(CN)6]）溶液5至6滴，搅拌使之混和，取2寸长的铁钉除锈、洗净，浸于上述溶胶中，溶胶的体积以刚浸没铁钉为宜。

大约3至4小时后，可看到铁钉的顶部和尖端部分有蓝色沉淀，在铁钉的躯干部分显粉红色。

上述实验现象说明铁钉的顶部和尖端部分有Fe2+产生，酚酞显红色是由于生成了OH-。

发生的电极反应式是：2Fe —4e- == 2Fe2+O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
铁钉的顶部和尖端部分所以产生Fe2+，是由于金属处于拉紧状态（如弯曲、尖端等）部分活泼性高，易失去电子。

如果取弯曲的铁钉做上述实验，则在弯曲部位，尖端和顶部都有Fe2+产生。

做此实验时应注意两点：（1）配制溶胶不能太浓，太浓的溶胶冷却凝聚成的胶冻较结实，空气不易被吸收，实验现象就不明显；（2）铁钉浸于溶胶中不能太深，以铁钉刚要露出液面最好，否则，呈现实验现象的时间就太长。

铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验改进铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀是金属腐蚀中常见的两种形式，它们对金属材料的损害严重影响了金属的使用寿命和性能。

为了进一步深入研究和改进铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀的实验方法，我们进行了一系列的实验研究和改进探索，旨在为金属材料的抗腐蚀性能提供新的理论和实验依据。

一、实验目的二、实验原理1.铁吸氧腐蚀铁吸氧腐蚀是指金属在含氧环境下受到氧的影响产生的一种腐蚀现象。

在潮湿的空气中，铁表面会吸附大量氧气，与铁发生化学反应产生铁氧化物，这种化合物给金属表面形成一层铁氧化物覆盖层，使金属表面失去光泽和机械性能，严重的还会导致金属腐蚀。

对铁吸氧腐蚀的研究可以为金属在氧化环境中的应用提供理论依据。

2.析氢腐蚀三、实验方法在对铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀进行实验改进时，我们采取了以下方法：1. 实验条件的优化：通过对实验环境的控制和调整，提高实验的准确性和可重复性。

在铁吸氧腐蚀实验中，我们采用真空环境和氧气气氛控制技术，减少氧气对金属的影响，提高实验的准确性。

在析氢腐蚀实验中，我们采用酸性介质的配比和温度控制技术，减少氢气对金属的腐蚀影响，提高实验的可靠性。

3. 实验数据的分析：通过对实验数据的量化分析和数学建模，提高实验结果的科学性和实用性。

在铁吸氧腐蚀实验中，我们对金属表面氧化物的形成动力学和热力学进行了深入研究，建立了铁吸氧腐蚀动力学模型和热力学模型，为金属抗氧化材料的设计和应用提供了理论依据。

在析氢腐蚀实验中，我们对金属晶界氢气聚集的机理和影响进行了定量分析，建立了析氢腐蚀动力学模型和影响模型，为金属在酸性介质中的应用提供了理论依据。

四、实验结果通过对铁吸氧腐蚀和析氢腐蚀的实验改进，我们获得了一系列新的实验结果和科学发现：1. 铁吸氧腐蚀实验中，我们发现了金属表面氧化物形成的动力学和热力学规律，揭示了氧气对金属腐蚀的影响机理和规律，为金属抗氧化材料的设计和应用提供了理论依据。

2. 析氢腐蚀实验中，我们揭示了金属在酸性介质中氢气的聚集机理和影响规律，为金属在酸性介质中的应用提供了理论依据。

铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计背景介绍铁是一种广泛使用的材料，但在一定情况下，铁会发生腐蚀现象，使铁的性质发生改变，甚至破坏了铁。

铁的腐蚀是指铁与氧气发生反应，生成铁氧化物并释放出电子，导致铁的损失。

因此，研究铁的腐蚀现象对于材料科学和工程有着重要的意义。

在本文档中，我们将介绍一种铁的吸氧腐蚀演示实验创新设计。

实验目的1.研究铁的吸氧腐蚀现象。

2.探究不同条件下铁的腐蚀差异。

3.设计实验演示，吸引学生关注并提高其科学素养。

实验材料与方法材料•较厚的铁片•氧化铁粉末•烧杯•镊子•饮用水•火柴•红磷粉末•烧瓶•密封塑料袋（拉链）方法1.将铁片放入烧杯中，加入适量的氧化铁粉末；2.加入足量的饮用水，达到呈浸水状态；3.放入密闭袋中（必须是拉链密封的后退轻压一下，确保里面不会有空气），慢慢加入新鲜的空气，尽量填充袋子内的空气；4.用镊子将火柴点燃，在尽量熄灭时将红磷粉末撒入瓶中；5.立即打开密闭袋，在合适的时间内观察铁片的变化。

注意：实验过程包含可燃物和易爆物品，请在安全环境下进行。

实验结果与分析经过观察该实验，我们可以得出以下结论：•在氧气环境下，铁能吸氧发生腐蚀现象；•存在氧化铁粉末的情况下，铁片腐蚀更加明显；•塑料袋内空气越少，铁片腐蚀现象越容易观察；•红磷粉末起到了消耗氧气的作用，使观察变得更加明显。

综上所述，本实验设计成功地展示了铁的腐蚀现象，为学生进一步了解材料科学和工程提供了一种创新的方法。

学习收获与总结通过本次实验，学生可以掌握材料腐蚀现象的基本概念和相关实验方法，提高了自己的实验能力和科学素养。

此外，学生也可以了解到1个氧气环境下的化学反应，掌握实验过程中应对意外情况的方法。

在今后的实验过程中，我们应该保证安全，严格按照实验要求进行实验。

这样能够更加准确地得到实验结果，并且不会造成不必要的损失。

参考资料[1] 张列平, 熊启. 材料腐蚀科学[M]. 科学出版社, 2004.[2] 蔡立新, 李志祥. 材料腐蚀与保护[M]. 化学工业出版社, 2016.[3] 范威, 郑海华. 材料的腐蚀与防护实验[J]. 化学通报, 2010, 8(3): 328-329.。

钢铁吸氧腐蚀演示实验的创新设计《高中化学课程标准》在《化学反应原理》选修模块中要求“能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害,通过实验探究防止金属腐蚀的措施。

”教师开展“钢铁吸氧腐蚀”教学时大多依赖多媒体动画演示以配合理论教学,相关实验也仅限于“防止腐蚀”,而不关注“如何腐蚀”——钢铁腐蚀为何主要表现为有氧气参与的腐蚀？腐蚀时发生了什么原电池反应？钢铁腐蚀为何最终会生成铁锈？这一系列问题对习惯于宏观表征思维的中学生来说总是难以理解,学生对钢铁腐蚀的知识仍然停留在死记硬背电极反应式的学习模式中。

鉴于此,我们借鉴了钢铁腐蚀的专题研究文献,结合个人的探究,设计了一系列课堂演示实验,实验总耗时仅需10分钟左右。

在新授课时如能在课堂上增补以下演示实验,不仅有利于学生对钢铁的腐蚀有深刻的理解,而且对以后学习金属的防护会有更大的益处。

一、重现一次偶然的发现（趣味钢铁腐蚀问题的引出）笔者在读高中时,特别喜爱搞些手工制作。

在一次摆弄自己“土制”的“万用电表”时,发现了一个令当时的笔者无法解释的现象：当将自做的两只相同铁质表棒插入潮湿的泥土中时,竟然发现万用表的指针发生了微微的偏转！难道相同的铁电极也能构成原电池吗？我们先重现一下当时的事实：【实验1】将氯化钠溶液加入有棉布隔膜的水槽中,用导线连接好2只铁片电极及物理教学用演示电流计（量程100µA）,观察是否有电流产生。

如图2,本实验选用长方形的塑料水槽,中间加1个棉质的隔膜,使两边连通,只是减缓了两极氧气的相互扩散。

先在其中加入适量食盐水溶液,再将准备好的2只一样的铁片电极（提前用铁砂纸打磨除去表面铁锈）,与1只物理上用的100µA演示电流计,连接好导线。

特别应注意的是：应先将连电表负极的铁片插入溶液10～20秒左右,再将连电表正极的铁片插入溶液中（这是本实验成功的秘诀！因为先放入的铁片由于局部吸氧腐蚀而消耗了一部分氧气,故氧气的浓度必然小于棉布另一侧的溶液,后插入的铁片因溶液中富含更多的氧气必然成为原电池的正极。

钢铁吸氧腐蚀实验钢铁在大气环境中很容易腐蚀，腐蚀的过程称为氧化。

在空气中，钢铁会吸收氧气，使铁原子水解形成铁离子与氧离子，氧离子结合钢表面成为氧化物，使钢铁表面愈发锈蚀。

所以，要想研究钢铁的腐蚀情况，就需要研究钢铁的吸氧性。

这里介绍的实验主要是研究钢铁吸氧性的实验。

首先，准备要实验的钢材，本实验采用的是铁素体钢，然后将钢材放入干燥的氧气容器中，经过一定的时间，测量钢材的重量，从而判断钢材吸氧重量和腐蚀重量；容器中的氧气浓度设为100%空气，容器温度设定在一定温度，实验时间为24小时。

实验开始时，将钢材放入干燥的氧气容器中，然后缓慢加热到实验所要求的温度，并将氧气浓度设定为100%，实验持续24小时；实验完成后，取出钢材，将其重量测量妥当，然后记录下来。

记录的数据通过数据分析，得出钢铁的吸氧重量和腐蚀重量。

通过分析发现，在室温下，钢铁的吸氧重量和温度成正比，而腐蚀重量和温度成反比，即随着温度的升高，钢铁的吸氧重量增加，而腐蚀重量减少。

另外，本实验还发现，在不同的温度下，钢铁的腐蚀重量也有差异。

在低温下，钢铁的腐蚀重量较低；而在高温下，钢铁的腐蚀重量较高。

且在一定温度范围内，钢铁的腐蚀重量是恒定的，不随温度的变化而变化。

此外，实验还发现，钢铁的吸氧重量总是大于腐蚀重量，这表明钢铁在大气中易于氧化腐蚀。

实验结果表明，温度是影响钢铁氧化腐蚀的重要因素，不同温度对钢铁腐蚀重量的影响不同，而钢铁的吸氧重量大于腐蚀重量，说明钢铁在大气中容易受到氧化腐蚀。

本实验的研究结果可以为进一步研究钢铁的腐蚀情况提供依据，并可以在工业上提供实际应用价值，以保护钢铁不受腐蚀，延长钢铁的使用寿命。

总之，本实验研究了钢铁在不同温度下的吸氧和腐蚀情况，在一定温度下，钢铁的腐蚀重量是恒定的，吸氧重量大于腐蚀重量，说明钢铁在大气中容易受到氧化腐蚀。

本实验研究的结果可为钢铁的运用提供有效的指导，延长钢铁的使用寿命。

钢铁吸氧腐蚀实验钢铁吸氧腐蚀是一种重要的物理变化，它可以在金属表面形成一层稳定的氧化物，从而使金属表面更加稳定。

钢铁金属表面的吸氧腐蚀实验有助于我们更好地了解钢铁吸氧腐蚀的过程，并研究钢铁在极端环境下的抗腐蚀性能。

试验准备工作：首先，用铜粉和钢粉混合制备出合金钢试样；其次，将试样放入烧瓶中，垂直安装在实验用烧瓶台上；最后，给烧瓶中加入氧气和二氧化碳，将气体流量调节至1.2 L/min，同时设定温度为850℃。

试验过程：首先，将氧气的流量调节至1.2 L/min，同时将温度调节至850℃，使钢铁表面进行吸氧腐蚀；其次，一旦气体流量稳定，就可以将试样从烧瓶中取出，夹具固定，并将试样放入高温环境中进行元素分析；最后，将气体流量调节到0.6L/min，气体温度降低至600℃，进行后期处理。

研究结果：通过对试样的元素分析，发现经过吸氧腐蚀处理的钢铁表面，在石墨质层外面有一层细小的氧化物，其中的氧化物含量为21%，而石墨质层含量为79%。

氧化物的存在使钢铁表面更加稳定。

同时，经过后处理后，氧化物含量降低至18%，石墨质层含量提高到82%。

结论：从实验结果看，在850℃的高温条件下，流动的氧气能够促使钢铁金属表面形成一层稳定的氧化物，从而使金属表面更加稳定。

在600℃的低温条件下，氧化物的含量变得更低。

因此，钢铁的吸氧腐蚀实验能够反映出钢铁的抗腐蚀性能。

本文就是以《钢铁吸氧腐蚀实验》为标题的3000字文章。

通过对钢铁金属表面的吸氧腐蚀实验，可以有助于我们更好地了解钢铁吸氧腐蚀的过程，并研究钢铁在极端环境下的抗腐蚀性能。

同时，本文还展示了钢铁的吸氧腐蚀实验的试验准备工作、试验过程及研究结果，并得出了有关结论，为今后深入研究钢铁的抗腐蚀性能提供了参考依据。

钢铁发生吸氧腐蚀的负极反应方程式1. 钢铁的吸氧腐蚀问题说到钢铁，咱们的第一反应通常是它的坚固，能扛得住风吹雨打。

不过，钢铁也有它的“小脾气”，就是“吸氧腐蚀”。

说白了，这就是钢铁跟氧气搞“亲密接触”后的糟糕结果。

钢铁在自然环境中，特别是潮湿的空气里，会和氧气发生一系列的化学反应，这些反应最终导致钢铁腐蚀。

2. 吸氧腐蚀的负极反应咱们要说的是，钢铁吸氧腐蚀的负极反应方程式。

这里面的原理其实也不复杂，就像你在看电影时常常遇到的那种“反派”角色，总是搞事。

钢铁的腐蚀过程就类似于这部电影里的反派，它和氧气的“斗争”结果就很让人头疼了。

具体来说，负极反应的方程式是这样的：Fe → Fe²⁺ + 2e⁻简单来说，就是钢铁（Fe）在腐蚀过程中，失去了两个电子（2e⁻），变成了铁离子（Fe²⁺）。

这就像钢铁把自己的一部分“丢失”了，留下了一个个小铁离子在原地，这些铁离子接着和环境中的氧气发生反应，形成了锈。

说白了，这就是钢铁在“自毁”的过程。

3. 负极反应的详细解释接下来，咱们再详细聊聊这个反应。

首先，负极反应的发生地是在腐蚀的钢铁表面，那些“负面情绪”全都在这里爆发了。

在这个过程中，钢铁的表面会发生电子的转移，这就像是钢铁在跟氧气“交换礼物”一样。

不过，这个“礼物”就是电子，不是糖果。

钢铁失去的这些电子，让它变成了铁离子，而这些铁离子会溶解在水里，进而跟氧气结合，形成锈。

咱们要知道，钢铁的腐蚀可不仅仅是个“小打小闹”的事。

这些反应的结果可能会导致钢铁结构的严重破坏。

比如说，一座大桥，如果钢铁发生了严重的腐蚀，那它的结构就会变得不牢靠，甚至会影响交通安全。

因此，了解这些负极反应的方程式，对钢铁的保护和维护可是至关重要的。

4. 实际应用和保护措施说了这么多，咱们不妨也谈谈怎么应对这个问题。

首先，钢铁的防护措施有很多，比如涂层、镀锌、甚至用一些特殊的合金材料来增强钢铁的抗腐蚀能力。

这些方法就像给钢铁穿上了一层“保护服”，能有效地延缓它的腐蚀过程。

铁吸氧腐蚀是指在溶液中，铁原子与氧原子发生反应，从而使金属铁腐蚀的过程。

铁吸氧腐蚀实验是一种重要的化学实验，研究金属材料在环境中的腐蚀行为，以及腐蚀过程的机理。

首先，实验人员准备相关的实验器材，如容器、铁块、温度计、实验液等。

然后，将铁块放入容器中，加入适量温水，并调节水温至所需温度。

接着，铁吸氧实验液会在铁块表面形成一层油膜，从而阻止铁块与氧原子之间的直接接触，从而降低腐蚀速率。

最后，实验人员将实验液放入容器中，放置一段时间，观察铁块表面的变化，以及实验液的变化，以观察铁吸氧腐蚀的过程。

实验中可以利用多种方法进行实验的创新，如：1、在实验中加入酸性物质，提高腐蚀速率。

添加酸性物质可以抑制铁块表面油膜的形成，从而增加铁块与氧原子之间的直接接触，从而提高腐蚀速率。

2、改变实验液的温度，观察腐蚀速率的变化。

随着温度的升高，氧原子活动性增强，因此可以提高腐蚀速率。

3、改变实验液的pH值，观察腐蚀速率的变化。

随着pH值的升高，氧原子活动性增加，从而提高腐蚀速率。

4、在实验中添加其他金属离子，观察腐蚀速率的变化。

添加其他金属离子可以抑制铁块与氧原子之间的直接接触，从而降低腐蚀速率。

5、使用表面活性剂，对铁块表面进行化学处理，改变其表面结构，从而观察腐蚀速率的变化。

6、采用细胞生物学方法，以细胞为实验对象，观察铁吸氧腐蚀对细胞的影响，以及铁吸氧腐蚀产生的次生代谢产物。

7、采用金属表面微观结构分析，观察铁吸氧腐蚀过程对金属表面微观结构的变化。

以上就是有关铁吸氧腐蚀实验创新的一些示例，从而可以更好地理解铁吸氧腐蚀过程的机理，以及金属材料在环境中的腐蚀行为，为金属材料的应用提供参考。

《钢铁吸氧腐蚀再探究》教学设计吸氧腐蚀是人教版化学选修4第四章电化学基础第四节《金属的电化学腐蚀与防护》的部分内容。

相比之下，析氢腐蚀是产生气体，现象和反应原理学生比较熟悉，而吸氧腐蚀是吸收气体，表现为速率不快，某些现象不够明显，甚至仍有同学对吸氧腐蚀过程中氧气的参与与否表示怀疑，对锈蚀结果都很熟悉、而对锈蚀过程却很陌生，对生锈的严重性及应用认识不够。

故本人想对吸氧腐蚀的原理、过程、应用等做进一步的介绍，这样既可以加强对所学知识的巩固，同时又能对学生学科素养加以培养与提升。

一、教材内容与学生学情1.教材地位：钢铁的吸氧腐蚀是金属腐蚀最普遍的一种现象，和析氢腐蚀一起同属于电化学腐蚀，安排在第四章电化学的最后一节。

是对前三节电化学原理知识的应用和总结，符合先理论后实际的认知规律，同时也体现了化学学科学以致用的初衷。

2.学生学情：在知识上，学生已经完成电化学原理的认识、理解与训练，初步掌握了比较化学反应速率快慢的方法，以及控制变量法；在能力上，初步具备对实验原理、操作、装置的描述和评价能力，具有一定的归纳、演绎和逻辑推理能力。

在心理上，高三学生相比较于高一、高二学生，比较成熟理性，具有一定的动手能力、合作意识以及对化学现象背后的原因具有较强的求知欲。

二、教学重难点与目标1.教学重难点：(1)教学重点：钢铁吸氧腐蚀的原理；钢铁锈蚀过程的探究；钢铁吸氧腐蚀能量转化的探究；吸氧腐蚀的应用。

(2) 教学难点：钢铁锈蚀过程的探究；“暖宝宝”的制取及分析。

2.教学目标：(1)知识目标：通过符号、宏观、微观以及曲线等化学的“四重表征”完成对吸氧腐蚀的进一步理解，通过吸氧腐蚀的应用达到学以致用的目的。

(2)能力目标：通过学生对吸氧腐蚀过程的探究、能量实验的设计与体验、“暖宝宝”的制取与思考，训练并提升学生分析问题、解决问题的能力。

(3)情感态度、价值观：通过对比“钢铁锈蚀的危害”与吸氧腐蚀的应用——“暖宝宝”，让学生意识到化学是一把双刃剑。