10 万家钢铁通讯录免费查看，探究钢铁锈蚀原理

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我们的日常生产、生活都离不开钢铁材料，但全世界每年因腐蚀而损失的钢铁量却是巨大的。因此，如何保护钢材不生锈具有重要意义。

钢材腐蚀的原理是什么？我们可以根据下图所示的小实验来进行研究：在第一个试管中加入少量的氯化钙（氯化钙可以吸收空气中的水蒸气，起到干燥的作用），放入一个铁钉，并将其塞紧试管口。将铁钉放入第二个试管中，加入煮沸并迅速冷却的蒸馏水淹没铁钉，然后加入植物油，使水面形成油层。将铁钉放入第三个试管中，加入少量蒸馏水，使铁钉的一部分浸入水中。定期观察三个试管一周，并记录现象。从实验结果可以发现，第一、第二试管中的铁钉没有生锈，但是第三试管中的铁钉却生锈了，并且铁钉表面出现了红棕色的锈迹。可见，铁生锈需要水和氧气的参与。

图探讨了铁生锈的条件

钢铁制品的腐蚀过程是一个复杂的化学反应过程。铁锈通常呈红棕色，不同情况下会产生不同形式的铁锈。铁锈主要由氧化铁水合物(Fe2O3·nH2O)和氢氧化铁[Fe(OH)3]组成。钢材表面的锈结构疏松，无法阻止内部的铁与氧气、水蒸气等接触，最终导致铁全部生锈。

你知道如何去除铁表面的锈迹吗？

常用的除锈方法可分为物理方法和化学方法两大类。物理方法主要采用打磨除锈，如砂纸、砂轮、钢丝刷、钢丝球等。化学方法主要采用酸与锈发生反应，达到除锈的目的。

事实上，钢铁产品只需将其与水和氧气隔离即可防止生锈。因此，防止铁生锈最简单的方法就是保持钢材表面清洁、干燥。为了防止钢材生锈，还可以在其表面形成一层保护层，如涂油、喷漆、烧珐琅、喷塑等。在日常生活中，人们经常对马车、水桶等进行油漆，机器也需要进行涂漆。涂有矿物油。此外，还可以采用电镀、热镀等方法在钢材表面镀上一层不易生锈的金属，如锌、锡、铬、镍等。这些金属表面能形成致密的氧化膜，防止铁制品因与水、空气等物质接触而生锈。此外，钢还可以通过合金化来改变其内部结构。例如，在普通钢中添加铬、镍等金属可以制成不锈钢，有效增加钢铁制品的防锈能力。

日常生活中常见的除锈剂的主要成分是盐酸和稀硫酸，它们能与氧化铁发生反应。反应原理为：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O。除锈剂沿着锈层和杂质层的裂纹渗入钢材表面，溶解、剥离锈层和杂质层，从而使锈层、杂质和氧化皮从钢材表面脱落。钢铁产品。但酸具有一定的腐蚀性，因此除锈时需要穿戴防护服。另外，酸和铁会产生氢气，遇明火会爆炸。因此，除锈作业时需要禁止燃放烟花爆竹。

盐酸和稀硫酸均可与氧化铁发生反应。工业除锈用哪种酸比较好？选择时主要考虑四个因素：除锈效果、酸生产成本、酸运输和储存、安全环保。

盐酸和硫酸哪一种除锈能力最强？我们将生锈的铁钉放入等体积、等氢离子浓度的盐酸和硫酸中，最后发现盐酸的除锈效果更好。实验还可以表明，在其他条件相同的情况下，稀硫酸与金属氧化物的反应速度比盐酸慢。

那么从生产、运输和安全使用方面来说，盐酸和硫酸哪一种更有优势呢？工业上制备盐酸是首先通过电解饱和盐水得到氢气和氯气。两种气体反应生成氯化氢气体，氯化氢气体被水吸收生成盐酸。氯化氢气体不能无限制地溶解在水中，因此浓盐酸的溶质质量分数最大。大约为37%。硫酸首先是通过高温煅烧黄铁矿产生二氧化硫来生产的。二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫。三氧化硫被浓硫酸吸收成为焦硫酸，焦硫酸加水又转化为硫酸。因此，盐酸在原料、制备工艺和环境影响方面均优于硫酸。浓盐酸需要储存在密封的玻璃瓶或塑料桶中，运输需要内衬橡胶的专用钢罐车。浓硫酸的质量分数可达98%，可用钢制或铝制容器储存和运输。在这方面硫酸比盐酸更强。

溶质质量分数大的盐酸具有挥发性，挥发的氯化氢气体对人体有较强的刺激和腐蚀作用，而溶质质量分数低的盐酸则相对稳定。浓硫酸使用前需稀释。稀释时会产生大量热量，很容易造成灼伤，而且浓硫酸的腐蚀性比浓盐酸要大得多。可见使用盐酸更为安全。

综合以上信息，显然盐酸除锈效果更好，成本更低，使用更安全。

另外，在化学实验室我们还可以自制相对环保的除锈剂。第一步，将18g柠檬酸、0.8g糊精、3g钼酸钠、1.1g磷酸和60g水放入搅拌罐中，室温下匀速搅拌30分钟。第二步，在混合溶液中加入8g甘油，室温下匀速搅拌10分钟，搅拌速度为25r/min。第三步，向混合溶液中加入0.06g添加剂碘化钠，室温下匀速搅拌30分钟，搅拌速度为25r/min。

用柠檬酸代替盐酸和稀硫酸可以解决现有除锈剂造成的环境污染问题。甘油可以增强除锈剂对金属表面的附着性能。该除锈剂除了除锈功能外，还具有防锈功能。

当然，钢铁腐蚀会造成金属资源的损失，但钢铁腐蚀的原理也有有利的一面。例如，糕点包装中经常使用脱氧剂，其主要成分包括铁粉。脱氧剂利用铁粉生锈的原理消耗氧气，从而防止食物变质。

同时，铁生锈是一种放热反应，人们利用这种效应产生“自热柱”。 “自热柱”的主要成分是铁粉、蛭石、活性炭、无机盐（如食盐）、水等。在自然条件下，铁的氧化反应缓慢。为了加速反应，需要使用表面积大的铁粉。活性炭的作用是形成原电池，促进反应；同时，利用活性炭的强吸附性能，以其松散的结构储存水分。无机盐的作用是与活性炭形成原电池，促进反应。蛭石是一种可以储存热量的镁铁质铝硅酸盐矿物。

在化学实验室，我们还可以按照5:2:2:2的质量比称取铁粉、活性炭、食盐、蛭石，制作自己的“自发热带”。将称好的铁粉、活性炭、盐、蛭石（蛭石可省略）倒入烧杯中，加几滴水，用玻璃棒调匀，装入无纺布袋中，放入用自封袋封口（或用塑料封口机封口），使用时取出。另外，铁粉和活性炭颗粒越细（铁粉适合100目，活性炭适合150目），反应越快，温升越明显。

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