金属铁和铜锈蚀条件的探究

金属铁和铜锈蚀条件的探究

湖北省汉川市南河乡初级中学余三平

金属材料在人类社会发展中发挥着重要的作用，但金属的锈蚀却也给人类又带来了巨大损失。在空气中金属发生锈蚀是初中化学金属的锈蚀与防护知识的重点考查内容之一，因此探究金属锈蚀的条件是非常必要的。现将金属铁和铜锈蚀的条件进行如下探究。

⒈对金属铁锈蚀条件的探究：

铁锈蚀到底与哪些条件有关呢？我们可以设计如下实验方案进行探究：

⑴将一支大试管用酒精灯烘干，把一根洁净干燥的铁钉放入其中，然后向大试管中加入少量的能吸水的固体干燥剂（如无水氯化钙），用橡皮塞立即塞住试管口放置，如图⑴所示，使铁钉与干燥空气中的氧气接触而不与水接触。

⑵在一支大试管中放入一根洁净的铁钉，注入刚煮沸过的经迅速冷却的蒸馏水（以除去水中溶有的空气或氧气）至浸没铁钉，然后在水面上再注入一层食物油，使铁钉与氧气完全脱离接触，最后用橡皮塞塞住试管口放置，如图⑵所示，使铁钉只与水接触而完全不与空气中的氧气接触。

⑶在一支大试管中放入一根洁净的铁钉，使其一半浸入水中，另一半露置于空气中，将试管敞口放置，如图⑶所示，使铁钉与潮湿的空气接触，也就是说此时铁钉与水和氧气同时接触。

⑷在一支大试管中放入一根洁净的铁钉，使其一半浸入食盐水

中，另一半露置于空气中，将试管敞口放置，如图⑷所示，使铁钉与空气和食盐水同时接触。

⑸在一支大试管中放入一根用食醋浸湿的铁钉，将试管敞口放置，如图⑸所示，使铁钉与空气和食醋溶液接触。

将上述五支试管放置较长一段时间后，可观察到如下实验现象：实验⑶和⑷中试管内铁钉出现了明显的锈蚀，由于在水面附近水气的浓度最大，此时水气与氧气浓度已达到铁锈蚀的最佳状态，故在水面和食盐水面附近铁钉锈蚀最为明显，并且实验⑷比实验⑶中的铁钉生锈更为严重，此时说明有食盐水存在铁的锈蚀速率加快，实验⑴和实验⑵中铁钉没有出现锈蚀，实验⑸中因铁与酸反应，铁钉只被腐蚀，但不会出现锈蚀，也就是说此时铁钉不会生锈。

由上述实验探究得出结论：金属铁的锈蚀主要是铁与空气中的氧气和水等物质共同发生化学反应的结果；铁只与氧气或只与水接触，并不发生锈蚀，铁只有与氧气和水同时接触，才能发生锈蚀，有食盐水存在环境下，铁与氧气和水同时接触，会加快铁的锈蚀；酸只能腐蚀金属铁，但不能使金属铁生锈。

⒉对金属铜锈蚀条件的探究：

铜锈蚀又与哪些条件有关呢？是否与铁的锈蚀条件完全一样呢？同样我们可以设计如下实验方案进行探究：

⑴将一支大试管用酒精灯烘干，把一块洁净干燥的铜片放入其中，然后向大试管中加入少量的能吸水的固体干燥剂（如无水氯化钙），用橡皮塞立即塞住试管口放置，如图A所示，使铜片与干燥的空气接触而不与水接触，也就是说此时使铜片与空气中的二氧化碳和氧气同时接触。

⑵在一支大试管中加入适量的蒸馏水，把一块洁净的铜片约一半浸入蒸馏水中，另一半露置于空气中，然后再在此大试管中小心放入用细线系着的一支盛有浓氢氧化钠溶液的小试管（利用氢氧化钠能与二氧化碳反应，来吸收除去大试管中的空气里所含的二氧化碳），最后用橡皮塞立即塞住试管口放置，如图B所示，使铜片与水和氧气同时接触而不与二氧化碳接触。

⑶用石灰石与稀盐酸反应来制取二氧化碳，将二氧化碳导气管插入一支注入适量的刚煮沸过的经迅速冷却的蒸馏水（以除去水中溶有的空气或氧气）的大试管中，待大试管收集满二氧化碳后，再在其大试管中迅速放入一块洁净的铜片，使铜片约一半浸入蒸馏水中，另一半置于二氧化碳气体中，然后迅速用橡皮塞塞住试管口放置，如图C所示，使铜片与水和二氧化碳接触而不与氧气接触。

⑷在一支大试管中加入适量的蒸馏水，然后在大试管中放置一块洁净的铜片，使铜片约一半浸入蒸馏水中，另一半露置于空气中，将试管敞口放置，如图D所示，使铜片与水、氧气和空气中的二氧化

碳三者同时接触。

将上述四支试管放置较长一段时间后，可观察到如下实验现象：实验A、实验B和实验C中铜片上都不生锈，而实验D中铜片上生锈了，由于在水面附近水气的浓度最大，此时水气与氧气、二氧化碳气体浓度已达到铜锈蚀的最佳状态，所以水面附近铜片锈蚀最为严重。

由上述实验探究得出结论：金属铜的锈蚀主要是铜与水、氧气和二氧化碳三者共同作用的结果；铜与二氧化碳和氧气接触不生锈，铜与水和氧气接触不生锈，铜与水和二氧化碳接触不生锈，只有铜与水、氧气和二氧化碳接触才能生锈。

知识链接：

⑴依金属铁的锈蚀条件判断下列说法是否正确：

①铁的化学性质比较活泼，钢铁的锈蚀是铁与空气中的氧气发生的化学反应造成的，钢铁的锈蚀与水无关。

②自来水管因长期与水接触而锈蚀，铁的锈蚀肯定是铁与水发生的化学反应造成的，铁的锈蚀与氧气无关。

③用过的菜刀用水冲洗后，几天后菜刀生锈了，说明钢铁的锈

蚀与水有关，而与氧气无关。

④铁制的小船，天天浸在水里，多少年了也没有锈蚀，故钢铁的锈蚀绝对不会与水有关。

⑤经雨水淋后的自行车较易生锈，说明钢铁的锈蚀是铁与空气中的氧气、水共同作用的结果。

解析：依金属铁的锈蚀条件和金属锈蚀的防护知识可知①、②、

③、④是错误的，而⑤是正确的。

⑵依上述金属铜的锈蚀条件及相应的实验探究，写出铜在空气中生锈的化学反应方程式。

⑶生活中用什么最简单方法可以防止金属制品的锈蚀？

解析：保持金属制品表面洁净与干燥。

⑷试从铁和铜锈蚀的条件来看，比较一下铁和铜金属活动性的大小。

解析：铁的锈蚀是铁与水、氧气相互作用的结果，而铜的锈蚀是铜与水、氧气和二氧化碳相互作用的结果，影响金属锈蚀的条件越少，金属就越活泼，反之，影响金属锈蚀的条件越多，金属就越不活泼，故铁的金属活动性大于铜的金属活动性。

导致金属锈蚀的原因很多很复杂，在初中阶段只要知道金属铁和铜锈蚀的条件就可以了：即金属铁的锈蚀是铁与水、氧气相互作用的结果；而金属铜的锈蚀是铜与水、氧气和二氧化碳相互作用的结果。