氯化钠（NaCl）对锈病的影响：实验室解释

目的：探讨如何不同浓度的氯化钠影响铁钉上的腐蚀速率。

理论：

腐蚀是由于其与其周围环境之间的化学反应而导致的金属的降解（贝尔，2015）。它是最常见的与铁锈相关，特别是铁等金属的生锈。

铁腐蚀是一种氧化还原反应，在该反应中，两次发生氧化和还原。在氧化过程中，物质失去电子和在减少期间，从氧化过程中释放的物质获得电子（Wiley，2002）。为了使熨斗的腐蚀发生，氧气和水必须存在于下面的氧化还原反应中所示：

铁包围的水分（h₂o）开始失去电子，从而在解决方案中成为阳离子：

氧化反应：铁被氧化（失去E-）（电子）

Fe._(年代)→Fe.^2＋_（aq）+ 2 E.^{- - - - - -}

丢失的电子现在用于减少溶解在水中的氧气（水将含有一些溶解的氧气以及H.⁺哦^{- - - - - -}离子）：

还原反应：氧气减少（收益E-）

O₂^{- - - - - -}_（aq）+ 2H.₂O_（aq）+ 4e^{- - - - - -}→4oh.^{- - - - - -}

的铁^2＋然后与哦化学反应和键合^{- - - - - -}在水中产生铁氢氧化铁，最终干涸形成锈病：（铁（III）氢氧化物）

Fe.^2＋_（aq）+ 2oh.^{- - - - - -}_（aq）→Fe（哦）_2（aq）→Fe.₂O_3(年代)（锈）

加速腐蚀速率的因素包括增加：氧气，温度，化学盐，湿度和污染物量增加

氧：在开放环境中，当水与铁对象接触时，几乎立即开始两个反应。首先是水混合空气中的二氧化碳，以产生弱碳酸。虽然形成酸并溶解铁，但是一些水开始分离成其元素，氢气和氧气。

额外的氧气和溶解的铁键入离子化合物，氧化铁。另一方面，在浸没的环境中，如果电解质（导电溶液）与与与金属的不同面积接触的电解质相比的金属面积接触，则较高的氧浓缩区域成为目标and results in accelerated corrosion (Capital Painting, n.d).

温度：由于腐蚀过程本质上是电化学的，因此增加温度通常也增加了腐蚀速率。这是因为如果你加热物质，粒子会更快地移动，因此更频繁地碰撞（Clark，2002）。因此，在更热的环境中腐蚀速度速度速度，并在冷却器（Capital Painting，N.D）中减慢。

化学盐：在溶液中，化学盐通过提高电解质（首都绘画，N.D）的效率（电导率 - 电力）来加速腐蚀速率。

湿度：腐蚀速率的主要因素是湿度和湿度的时间。金属的持续时间暴露于足够的水分以引发腐蚀过程涉及湿度的时间。

因此，增加的湿度和较大时间的润湿时间增加了腐蚀的速率，提供氧气存在（首都绘画，N.D）。在腐蚀过程中，工艺水充当溶解氧的溶剂。由于氧气可以溶解在水中，因为通常存在过剩，因此氧与氢氧化铁反应，如下所示：

4Fe（哦）₂+ O.₂→2h₂O + 2菲₂O_3.H₂O

氢氧化铁+氧气→水+水合氧化铁（棕色生锈）

污染物：当污染物如酸雨（制造植物的副产品）和氯化物（沿海地区）暴露于金属时，加速腐蚀速率。例如，当存在时，如（硫化氢）如（硫化氢）可以溶解在与金属接触的水分中（首都绘画，N.D）。

铁的腐蚀速率可以在许多不同的方法中减慢。这些方法包括涂覆金属，用较少的反应性金属，镀锌，阴极保护和合金化金属电镀。

• 绘画- 限制水和氧气能够与熨斗接触，导致无法创建生锈。然而，如果涂料的任何部分损坏（划伤或切碎），则可能发生腐蚀，因为水和氧气可以与铁接触（AUS-E-Tute，2014）。
• 用另一种金属电镀 - 类似于涂装，如果用锡镀铁，如锡等反应性金属，它会防止氧气和水与铁接触。然而，如果锡或外部金属被划伤，锈蚀就会形成。
• 镀锌 - 将锌涂层涂布到钢铁或钢的过程。锌涂料可防止水和氧与金属接触。虽然，与先前的方法不同，如果表面被划伤或削减，那么它会产生新的电化学电化学电池：

Zn._(年代)+ FE.^2＋_（aq）→Zn.^2＋_（aq）+ FE._(年代)

在该反应中，铁在锌离子将在铁外部产生氧化锌或碳酸盐的保护涂层后，铁的固体变化，因此屏蔽了下面的铁并降低了腐蚀速率（AUS-E-Tute，2014）。

• 阴极保护- 牺牲阳极（例如锌或镁）的牺牲阳极（一块反应性金属）可以连接到铁上。通过腐蚀，更偏离铁的反应性金属（锌）自身牺牲。然而，一旦腐蚀，必须更新牺牲阳极，因此铁可以防止腐蚀。

• 另一种减少腐蚀速率的形式是通过使用熨斗运行低压电流，您试图防​​止生锈。这通过强迫电子的自然方向在系统的另一个方向上流动，从而使电子无法启动腐蚀过程（AUS-E-Tute，2014）。

• 用另一种金属合金化- 用铁合金的铬生产一种称为不锈钢的常用合金。一旦合金，铬迅速产生几乎不透水的氧化物层，它强烈地粘在铁表面上，有效地防止了锈蚀和减缓腐蚀速率（AUS-E-Tute，2014）。

将研究的因素是与蒸馏水（对照）相比，氯化钠浓度（独立变量）的浓度（独立变量）的浓度如何影响铁钉（依赖变量）。将有四个烧杯，其中三，十和30％的氯化钠以及一个烧杯，只有蒸馏水，这将是对照。

为了使这款公平测试将相同体积的溶液将添加到每个烧杯中，所有烧杯都将保持在相同的温度（室温）上，并且每个烧杯将有两个试验（一个备用装置）到ensure that the first set of beakers weren’t falsified. The controlled variables will include the temperature, the amount of solution in each beaker, the size of the beakers, the type of beakers, the type of nail, and the size of each nail.

在腐蚀过程中，电子从一种物质转移到另一个物质，即，从铁的氧化（其中铁作为阳极）产生的电子转移以减少氧气，形成氢氧化物离子。这在以下方程式中示出：

Fe._(年代)→Fe.^2＋_（aq）+ 2 E.^{- - - - - -}

O₂^{- - - - - -}_（aq）+ 2H.₂O_（aq）+ 4e^{- - - - - -}→4oh.^{- - - - - -}

铁的氧化电子转移到氧气中，发生氧化还原反应;必须氧化和还原反应。

溶解在水中的盐产生钠和氯离子NaCl→Na⁺+ Cl.^{- - - - - -}并且这些带电粒子（离子）的存在大大提高了电解质携带离子的能力并加速腐蚀速率。氯化钠浓度越大，溶液中的离子越多，因此允许发生更多的氧化还原反应。

由于离子的存在，电子在盐水中的移动要容易得多，而生锈实质上就是电子的移动或转移，这些离子的存在使得电子的转移速度更快，因此腐蚀也更快。因此，可以假设，较高浓度的氯化钠将增加腐蚀速率

假设：假设是，如果将铁钉置于较高浓度的盐水中，那么最强浓度的氯化钠的钉子将具有最高的腐蚀速率，从而比较低浓度的钉子更快地腐蚀。

这是因为较高浓度的氯化钠含有更多的离子（Na + Cl-），其有助于通过电解质（溶液）转移阳离子和阴离子，这加速了铁的腐蚀速率，这涉及电子的转移。由铁的氧化产生的电子在还原中转移到氧气中。

仪器：

设备	数量
小试管	10
20毫升蒸馏水	1
20mL NaCl 1%溶液	1
20ml NaCl 3％溶液	1
20ml NaCl 10％溶液	1
20ml NaCl 30％溶液	1
铁钉	10
标签	10
钢丝绒	1
粘带	1
小型试管架	1
量筒	1

程序：

1. 实验室外套，护目镜和手套在整个实验中都佩戴。
2. 根据设备列表收集所有设备。
3. 用钢羊毛完全抛光铁钉
4. 将一个钉子放在每个小型测试管内部
5. 将所有小型测试管放入试管架中
6. 在小型测量圆柱体中测量10ml 0％氯化钠溶液，然后倒入试管中。
7. 将步骤6重复为1,3,10和30％氯化钠解决方案加上第二种试验的9次
8. 观察的初始物理条件的钉子记录在一个数据表。
9. 根据其浓度的盐溶液和TRAIL编号，为每个试管制造标签。
10. 标签放在小型试管上
11. 实验在室温下进行了9天。观测分别在第0、2、3、6、7和9天进行。

数据采集​​：

腐蚀等级钥匙

0 =根本没有生锈。溶液清晰，无色，没有沉淀物。没有悬浮颗粒。

1 =在钉子上的锈的最小迹象。溶液清晰，无色，没有沉淀物。没有悬浮颗粒。

2 =钉子上的一些生锈迹象。溶液清澈，用一丝橙黄色，没有沉淀物。一些悬浮液颗粒但几乎没有明显。

3 =在钉子上部分覆盖。沉淀物和溶液的迹象是淡黄色的橙色。悬浮液中的一些颗粒非常明显。

4 =几乎一半的钉子被锈蚀。在试管中发现一些橙色沉淀物。溶液具有淡黄色橙色。橙色颗粒是悬浮液。

钉子有一半都锈了。在试管底部，橙色沉淀物明显且占优势。这种溶液带有明显的橙黄色。溶液混浊，有悬浮的橙色颗粒。

6 =钉子被大量的生锈覆盖，覆盖一半以上的钉子。溶液是橙色的，暗示黄色。棕色沉淀物覆盖管的底部。溶液悬浮在悬浮液中棕色颗粒浑浊。

7 =钉子大多被锈迹所覆盖。解决方案很清晰，具有明确的橙色。深棕色沉淀物覆盖底部并厚。溶液是悬浮液中浑浊颗粒的混浊。

8 =几乎完全在整个钉子上全部生锈，用原始金属的迹象。溶液是悬浮液中浑浊颗粒的混浊。深棕色原理层层测试管的底部并建立起来。

9 =几乎完全在整个钉子上生锈，最小的原始金属迹象。．溶液在悬浮液中是浑浊的棕色颗粒混浊。深棕色原理层层测试管的底部并建立起来。

10 =完全在整个钉子上生锈，没有原始金属的迹象。．溶液在悬浮液中是浑浊的棕色颗粒混浊。深棕色原理层层测试管的底部并建立起来。

NaCl浓度％	天
	2	3.	6	7	9
控制0%氯化钠		3.	3.5	5	5.5	5.5
1％NaCl溶液		3.	3.5	3.5	6	6
3％NaCl溶液		3.	4	4	6	6
10％NaCl溶液		3.5	4	4	7	7．5
30％NaCl溶液		2	2.5	2.5	2.5	2.5

数据分析

图1：腐蚀等级与时间

让section 1是x轴上从0到3的任意值，以及y轴上从0到4的任意值。

让第2部分在X轴上从6到9.5的任何东西，y轴上的任何东西从2到6。

图2：最大腐蚀等级与％NaCl

让第1节在X轴上是0％至10％之间的任何东西，y轴上的任何东西从5.5到7.5。

让第2部分在X轴上是10％至30％的任何东西，并且Y轴的任何东西从7.5到2.5。

每个图中的每个部分的梯度可以通过以下计算：

因此，第1部分的梯度，图2等于0.2。每行和每个图的部分重复这一点：

图形	部分	行	坡度
1	1	1(控制)	1.16666666666667
2(1%氯化钠)	1.16666666666667
3（3％NaCl）	1.3333333333333
4(10%氯化钠)	1.3333333333333
5（30％NaCl）	0.8333333333333
2	1(控制)	0.16666666666667
2(1%氯化钠)	0.8333333333333
3（3％NaCl）	0.66666666666667
4(10%氯化钠)	1.16666666666667
5（30％NaCl）	0.000000000000000
2	1	1	0.2000000000000
2	1	-0.2500000000000.

为了计算r中的百分比误差²值将使用以下公式：

讨论

图1展示了腐蚀等级和时间（观察天）之间的电力关系。每个线路（独立变量）相同，该电源关系是相同的，并且可以通过r验证²所有线路的值高于0.89。它可以进一步被证明为所有没有权力关系的其他线路，都有r²值低于图表的值。

记录的结果都表示R²值为11％或低于1.00的预期结果。这意味着存在实验误差或错误或铁钉上的腐蚀量和时间（天）无法在数学上进行绘制。对于控制，可以看出r²值为0.9905，预期结果为0.95％，表明在线上的所有点几乎是完美的。

与这种精确度和精密度相反，百分之一的氯化钠溶液有一个R²值0.8981，与其他另一个r相比，这是一个异常²图1中的值，可以进一步证明其预期结果为10.19％。对于氯化钠的三个溶液，它有一个r²值为0.938，这是相当准确的，只有6.2％的折扣。

和1%和3%的氯化钠溶液一样，10%的氯化钠溶液有一个R²值为0.9336。这也显示了非常准确的结果，因为它是6.64%的预期结果。最后，30%的氯化钠溶液有第二精确的R²值为0.9823。这表明，它只比预期结果差1.77%，而且这条线上的所有点几乎都是完美匹配的。

图1中的功率关系说明了除了氯化钠溶液的30％溶液外，对于耐腐蚀键，铁钉上的腐蚀量增加，增加了预期的正梯度。然而，对于30％的氯化钠溶液，该系列保持相对平坦，因此意味着钉子在30％的氯化钠溶液中的钉子最少。

在图1中，第一个控制和1％氯化钠溶液的梯度为1.6重复。这意味着在实验开始时的反应速率存在差异。

的梯度3%和10%氯化钠溶液1.3重复也证明实验开始时并没有太多的差异在反应的速度,然而,这很可能是由于大部分异常区别这两个浓度。

30％氯化钠溶液的梯度为0.833333，说明开始时存在缓慢的反应速率。在图1中的第二节中，可以看出，结果有更广泛的结果。第2节控制的梯度保持不变;然而，1％的氯化钠溶液的梯度降至0.8333，反应速率下降50％。

至于3％氯化钠溶液的梯度，梯度在第2节中重复0.6，反应速率下降50％。对于10％的氯化钠溶液，第2部分中的梯度为1.16重复，反应速率下降12.5％。30％的氯化钠溶液在第2节中的梯度为0，因此它的减少100％，因此腐蚀等级保持在每个观察日相同，因为没有发生反应。

图2显示了氯化钠溶液的最大腐蚀和百分比之间的多项式关系。通过氯化钠溶液百分比的最大腐蚀等级的增加和降低，可以通过增加和降低来证明这种多项式关系。它也可以通过r验证²价值为0.9867，这意味着几乎完美适合线路上的所有点。r.²价值极为精确，准确，因为它仅为预期的r次数仅为1.33％²价值1。

图2中的多项式关系证明了可能发生最大腐蚀的峰，然后在较大浓度的氯化钠降低腐蚀速率之后。多项式关系表明，从0％到10％的氯化钠随着时间的推移而增加，这意味着腐蚀量也增加了。

然而，在10％氯化钠溶液后，30％的氯化钠的低腐蚀等级导致该线落下，因此说明氯化钠溶液接近10％标记后的腐蚀速率降低。图2中独立和依赖变量之间的多项式关系的原因是可以溶解在溶液中的氯化钠的浓度。

太多的氯化钠降低了可以溶解在水中的氧气量，从而降低了腐蚀的速度，因为当存在过多的氯化钠时，空气中的氧气有太大的空间来溶解，因此减少过程发生得更慢because there aren’t many oxygen molecules that can be decreased.

与此相反的氯化钠增加了电解质的电导率，因为溶液中有更多的离子;然后增加腐蚀速率。这可以被证明，因为氧气在海水中的溶解度比室温下的淡水下降17％至21％，因为淡水（免费饮用水，N.D）

在曲线图2中，第1部分的梯度为0.20，然而，在图中的第二部分中，随着线开始坡度的梯度为-0.25，如前所述，通过在氯化钠10％溶液溶液10％溶液溶液溶液溶液的降低降低．部分和第二部分之间的梯度差异为10.25％差异。因此，意味着10至30％氯化钠溶液之间的腐蚀速率差异10.25％。

与1%氯化钠溶液的最大腐蚀等级差值为9.09%。这是预期的，因为事实上，控制不包含氯化钠，因此没有物质增加的电导率的溶液。在1%和3%的氯化钠溶液中，最大腐蚀等级没有差异;这将被认为是一种反常现象。

与氯化钠的三个溶液相比，10％氯化钠溶液溶液的最大腐蚀等级是腐蚀等级的25％增加。由于10％的解决方案非常接近氯化钠的最佳百分比，这将是预期的。最后，腐蚀等级最大的差异来自氯化钠的10％溶液和氯化钠的30％溶液，因为腐蚀等级的负降低了66.6％。

由于直线的梯度是负的，这是一个负的下降。令人惊讶的是，所有试验的腐蚀等级都与已经记录的腐蚀等级相同。唯一的其他异常是3%的氯化钠溶液，试验1出现绿锈，而试验2出现棕锈(这是预期的)。

可以发现，由于在溶液中的还原反应中形成的氢氧化物离子与溶液中的氯离子之间的比例形成的绿色锈，在图1中发现了另一个异常，其中10％和1％的腐蚀第6天的评分并未遵循各自的行的趋势模式。这可能是由于观察中的错误和腐蚀等级所记录的腐蚀等级而引起的。

我们的实验中的错误是腐蚀等级和溶液量测量中的视差误差。腐蚀等级是实验中的误差，因为它的大部分是基于意见的，并且是一个定性测量。为了尝试量化钉子上的腐蚀量，进行了腐蚀量表，与记录的定性观察有关。

这个错误本可以通过更多的人检查每个钉子的腐蚀程度来改善，这样就不会有太多的偏差。另一种提高腐蚀等级的方法是进行更多的试验并为每次试验制定平均腐蚀等级。最后，还可以通过称重沉淀物来量化每个试管中的锈量。视差的产生是由于氯化钠溶液被注入到每个试管中。

这可能是通过观察者在测试管的相同高度处改进，以准确地看出10ml适当的氯化钠在每个烧杯中。

证明假设是正确的，并且将含有更高浓度的氯化钠的铁指甲最多;尽管在图1和2中，与所有其他独立变量相比，氯化钠的30％溶液的腐蚀等级较低。

这是由于溶液中盐的比例过大，并没有提高溶液的电导率，反而使氧气更难溶解在溶液中，因为已经溶解了大量的盐。如果有一个新的假设，它会是:这是假设,如果铁钉被安置在氯化钠溶液中不到11%氯化钠的铁钉放在最高浓度氯化钠会腐蚀率最高,因此会腐蚀更快比低浓度的氯化钠的铁钉。

总之，目的是实现的，因此发现将铁钉在较高浓度的氯化钠中腐蚀。然而，一旦铁被置于大于11％的浓度，那么腐蚀速率开始减少，如30％的氯化钠溶液所见。

参考书目：

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