实验室解释：海水和蒸馏水对铁的影响

介绍

铁锈是一种氧化铁，通常是铁和氧在水或空气中发生氧化还原反应形成的红色氧化物。^[1]虽然生锈本身比其他任何东西都更麻烦，但它也会导致严重的问题。众所周知，它能促进一种导致破伤风的特定细菌的生长;一种严重的、可传染的、可能威胁生命的疾病。^［2］

2004年节礼日海啸之后，印度尼西亚亚齐省发生了破伤风流行。由于大多数人财产损失、缺乏疫苗接种和每天都暴露在锈病中，破伤风爆发了。在疫情得到控制后得出的结论是，在自然灾害的情况下，应定期采取预防破伤风的措施，包括伤口清洁和主动和被动免疫。^［3］

考虑到这些事件和发现，预防措施可能包括在破伤风有机会形成之前阻止金属生锈可能是一种有效的解决办法。在这个实验室里，有人提出了这样一个问题：“与蒸馏水中的腐蚀速度相比，海水对铁的腐蚀速度有什么影响？”对此，有人假设，由于酸性条件鼓励氧化，铁在盐水中的氧化速度比在蒸馏水中快。

Pre-Lab问题

• 什么是锈形成的化学方程式?

铁锈形成的化学方程式为4Fe+3O2->2Fe2O3^［4］

• 金属腐蚀时，是被氧化了还是被还原了?

当一种金属被腐蚀时，它就被氧化了。

• 描述独立变量、相依变量和控制变量的含义。
  1. 因变量是在实验中被测试的，并且“依赖”于自变量。^［5］
  2. 自变量决定因变量的反应。^［6］
  3. 控制变量是实验中用于比较的恒定不变的标准。^［7］

材料

• 防护手套（手上的伤口会增加破伤风的几率）
• 烧杯(每烧杯47.458克)
• 铁钉
• 蒸馏水
• 氯化钠(中性)
• 氧化镁（碱性）
• 硫化锌
• 碳酸钙（一种盐，强碱）
• 氯化钾（中性，由强酸和强碱组成）
• Scoopula
• 比例尺
• 重的船
• 磁带
• 标记

观察

水	盐水
水是黄色/绿色的 黄色沉淀漂浮在烧杯底部 没有气味 钉子底部和顶部都生锈了，中间少了 锈很容易掉 铁锈在钉子凹痕中积聚 指甲尖端被腐蚀得很厉害 搅拌时沉淀物保持形状 玻璃上没有薄膜	水是橙色 形成大量沉淀物 在液体和烧杯上形成的混浊膜 铁锈是红色的，在钉子的水线周围形成 铁锈有酸味 解决方案的气味金属 烧杯底部是白色的 溶液在搅拌时变得不透明 胶片像冰一样掉在玻璃上

过程

1. 称一下烧杯的重量并记录下它们各自的重量
2. 称一下每个钉子的重量并记录它们的重量
3. 在每个烧杯中测量100毫升水
4. 一个烧杯标上“水”，另一个标上“海水”
5. 测量所需的盐、氧化镁等的量。
6. 将氧化镁，盐，硫化锌，碳酸钙，氯化钾，烧杯标记为“海水”。
7. 搅动“海水”，直到它变成不透明的白色
8. 在每个烧杯里放一颗钉子
9. 放置两天
10. 观察结果

讨论

• 你实验中的对照组是什么？为什么是控制？

在这个实验中，蒸馏水中的钉子是对照品，因为它显示了在不向水中添加任何物质的情况下发生的平均氧化量。通过与海水的反应来对比指甲在海水中的氧化速度。

• 你选择调查的因素对腐蚀速率有影响吗？

与控制组相比，它对腐蚀速率有极端的影响。

• 写出这个反应的化学方程式。哪个元素被氧化了?

水：4Fe+3O2->2Fe2O3.->铁在这里被氧化

盐水:生理盐水+分别以+ H₂O+ZnS+KCl+CaCO_3.+铁

• 解释为什么海水指甲上的锈比蒸馏水指甲上的锈多。

盐水中含有大量离解离子，因此盐水中的腐蚀比蒸馏水或自来水中的腐蚀要快得多。^［8］

• 你的结果有什么影响？

因为这个实验证明了铁在海水中的氧化速度比蒸馏水快，而且即使在蒸馏水中铁也氧化得快，任何暴露在海水中的金属都应该受到保护，以防止生锈。任何阻止电子移动的东西都有助于防止氧化。^［9］

结论

这个实验室相当成功。这个假设被证明是正确的，海水氧化铁的速度比蒸馏水快，但原因与预测的不同。结果是戏剧性的和信息丰富的，这个实验室是简单的执行。今后要做的一些不同的事情将是仔细注意每种物质添加到海水中的量，并测量每个烧杯中形成的沉淀物的量，因为海水烧杯中有很多沉淀物。这个实验室强调了防止铁锈氧化的重要性，这不仅是为了防止产品的意外事故，也是为了防止破伤风的传播。防止生锈可以通过油漆、电镀金属和使用不易腐蚀的金属来实现，这应该成为全世界制造商和消费者的惯例。

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^[1]生锈．(2012)。en.wikipedia.org.．2019年6月15日，来自https://en.wikipedia.org/wiki/Rust

^［2］生锈的危险汉基律师事务所。(2019)。Hankeylawoffice.com。2019年6月15日，来自https://www.hankeylawoffice.com/articles/the-dangers-of-rust/

^［3］A组(2019).印尼亚齐省海啸后爆发破伤风病例–PubMed–NCBI．Ncbi.nlm.nih.gov．2019年6月15日，来自https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19153905

^［4］生锈．(2012)。en.wikipedia.org.. 2019年6月16日检索自https://en.wikipedia.org/wiki/Rust

^［5］控制变量定义| Dictionary.com．(2019)。www.dictionary.com. 2019年6月16日检索自https://www.dictionary.com/browse/control-variable

^［6］控制变量定义| Dictionary.com．(2019)。www.dictionary.com. 2019年6月16日检索自https://www.dictionary.com/browse/control-variable

^［7］控制变量定义| Dictionary.com．(2019)。www.dictionary.com. 2019年6月16日检索自https://www.dictionary.com/browse/control-variable

^［8］（2019）.Sciencing.com．2019年6月16日，来自https://sciencing.com/salt-water-rust-metals-5150093.html

^［9］氯化钠(NaCl)对锈蚀的影响:实验室解释．(2019)。作业助手. 2019年6月19日检索自//www.chadjarvis.com/effect-of-sodium-chloride-on-rust-lab-explained/