为什么铁会生锈

当铁和氧气在空气中遇到水或湿气就会生锈。
锈是一种非常常见的化合物，学名是氧化铁（Fe2O3），当铁和氧气在空气中存在水或湿气的情况下发生反应时，就会生锈，当铁在水下环境中与氯化物反应时，会出现绿锈。
生锈的过程是一种类似于火的燃烧反应，与氧气接触时，铁会与氧气反应形成锈，然而与火不同的是，反应速度要慢得多，并且不会产生火焰。有某些因素可以加速生锈过程，例如水会加速反应，盐也可以增加生锈过程的速度。

铁生锈，大家司空见惯。但同样是铁制品，有的极容易生锈，有的却很难生锈。比如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。为什么会出现这种现象？铁生锈到底与哪些因素有关？正当我们感到疑惑的时候，我们在网上看到了这样的一则消息：外国某化学公司的一家工厂，有一贮存氯化镁的钢质容器，有一次，因容器需要维修而停止工作，厂方排空了容器中的氯化镁，并将容器冲洗了几遍。而后两个工人进入钢质容器维修，一下去就晕倒了，当人们发现后，立即将人救出并送到医院，一人经抢救脱险，另一人不幸死亡。是什么原因导致人员死亡呢？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，但却惊奇地发现容器中空气里的氧气含量远远低于正常标准。为什么容器中会缺氧呢？经分析，发现问题原来出在容器本身，是因为容器生锈的缘故。我们讨论认为：这说明铁生锈需要消耗氧气。但是铁生锈仅仅只和氧气有关吗？水、氯化镁在这次事件中起什么作用呢？于是我们三人根据日常生活经验和以上事件的背景进行猜想：铁制品生锈可能和水、空气及其他因素有关。为了证明我们的猜想，我们便设计了一组对比实验对铁生锈条件的进行探究。由于条件有限，我们无法使用专业的化学用品，所以我们自己动手，利用了日常生活中容易找到的器材作为替代品。 实验器材及药品：汽水瓶4个，酒瓶塞2个，电吹风1个、纯净水、食盐 实验步骤： 1．将4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．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。 6．将4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，但没有盐，而铁生锈，说明铁生锈的必要条件只是水和氧气；对比D瓶，其铁生锈的速度比C瓶快，说明盐在铁生锈的过程中起到加速生锈的作用。因此，我们得出以下结论： l．铁生锈的必要条件是氧气、水同时存在。 2．在有盐的情况下，生锈的程度会加深、速度会加快。 心得体会： 根据以上结论，我们便可以解释在生活中所遇到的问题：在潮湿的地方的铁器比干燥的地方的铁器更容易生锈是因为在潮湿的地方的铁器比干燥的地方的铁器更容易与水接触；而涂了油漆的铁制品不容易生锈则是因为油漆起到了隔绝空气中和水的作用。而如果要减少铁的生锈，则可以从实验的结论出发，任意切断生锈条件中的一个便可。如把铁上面涂上油漆，便切断了铁和空气的接触。而把一些铁制品如菜刀等用完后擦干并放在干燥的地方，则可以切断铁和水的接触，从而防止铁制品生锈。 根据实验结论，我们便猜想海南岛的铁应该比吐鲁番的铁更容易生锈。而经过我们的调查，事实的确如此。同时我们发现，由于生锈而报废的铁的数量竟然占全世界铁的产量的四分之一！这是一个十分触目惊心的数字。地球的资源正日益紧张，铁的含量也正在直线减少。我们设想一下，如果我们不再采取措施，减少铁制品的使用量和报废量的话，我们的子孙后代很可能只能在化学书上看到铁这种曾经在世界上被广泛使用的金属了。所以我们应当呼吁全社会携起手来，从我做起，保护和利用好铁资源。同时根据铁生锈的条件采取适当的措施，如给铁制品涂上油漆，镀上锡或锌，或加入镍和铬制成不锈钢从而防止铁制品生锈。相信如果我们一起努力，地球将会变得更加美好。 崔老师在讲铁生锈时，为了提示铁生锈的原因，首先启发学生思考铁生锈的各种情况。如放在潮湿的铁会生锈，而干燥的铁器则不生锈；涂了油漆的铁器不生锈，而在一般情况下的铁器放在空与中则生锈等。再经过引导，启发学生提出下述三个假说：⑴铁器生锈是因为和空气接触，铁和空气中的氧化合；⑵生锈是因为水分了的存生，水和铁起了化学变化；⑶生锈是水和空气共同作用的结果。然后引导学生推论：如果第一个假说正确，则在干燥的情况下铁在空气中就能生铁；如果第二个假说正确，则铁在水中并和空气隔绝就能生锈；如果第三个假说正确，则必须在既有空气又有水份的条件下铁才能生锈.

铁的生锈是一种电化学反应，反应的第一步是铁将电子转移到氧。[3]生锈的速度会受水影响，也会因为电解质存在而加速。例如汽车在有盐的环境较容易生锈。生锈主要的反应是氧的还原：

O2 + 4 e- + 2 H2O → 4 OH-

由于其反应产生氢氧根离子，酸的存在会加速此反应的进行。上述反应消耗电子，因此可以进行以下氧化反应，将铁氧化为亚铁离子：

Fe → Fe2+ + 2 e−

若有氧的存在，亚铁离子还会再度氧化：

4 Fe2+ + O2 → 4 Fe3+ + 2 O2−

亚铁离子和铁离子和水会产生酸碱反应，形成氢氧化铁及氢氧化亚铁：

Fe2+ + 2 H2O → Fe(OH)2 + 2 H+

Fe3+ + 3 H2O → Fe(OH)3 + 3 H+

最后氢氧化铁及氢氧化亚铁会和其脱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

依以上反应式，可以看出铁生锈会受到氧和水的影响。若溶氧量有限，较容易产生含亚铁离子的产物，例如氧化亚铁及黑色的四氧化三铁。若溶氧量高，则会产生铁离子的产物，其化学式为Fe(OH)3-xOx/2。由于铁锈中的固体仍在缓慢的进行化学反应，铁锈的成份会随时间变化。

上述的反应也会受到其他离子的影响，例如当钙离子存在时，因为钙离子是电解质，会加速铁锈的产生，钙离子也会和铁的氧化物及氢氧化物结合，形成Ca-Fe-O-OH形式的沉淀。

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你知道铁为什么会生锈吗