金属锈蚀的探究和防护

◆董恩冲

作者：董恩冲，平度市实验中学（266700）。

寒假里，笔者负责化学兴趣小组的社会实践活动。九年级下册化学课本第三节“钢铁的锈蚀与防护”给兴趣小组成员留下深刻的印象。当他们看到“世界各发达国家每年因金属腐蚀而造成的经济损失约占其国民生产总值2%～4%，每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10%～20%（图1），全世界每年因金属腐蚀造成的损失超过7000亿美元”，感到非常震撼，一种使命感油然而生。这种使命感使他们产生深入探究金属锈蚀的原理及金属防护方法的想法。根据课本，初步了解到钢铁锈蚀主要是与空气中的氧气、水蒸气等物质有关，于是笔者指导学生以铁钉为对象，按下列步骤进行探究。

图1

1 探究铁钉生锈的条件

提出问题：导致铁钉锈蚀的因素有哪些？

生活感知→提出猜想→设计实验→操作观察→得出结论→交流反思

实验设计：铁生锈的条件（表1）。

得出结论：

2 探究促进钢铁生锈的因素

促进钢铁生锈的因素：

1）离子化合物的存在（氯化钠）；

2）酸性污染物的存在（酸雨）；

3）高温（加快化学反应速度）；

4）经刮擦或凹凸扭曲表面（增加接触面积）；

5）钢铁的纯度；

6）环境的湿度。

3 探究减缓钢铁生锈的方法

如图2所示，中国腐蚀调查报告。

图2

?

图3

提出问题：如何减缓钢铁锈蚀？

生活感知→探究发现→信息交流→得出结论。

自行车防止腐蚀的方法，如图3所示。得出结论：

1）“穿外衣”——金属表面覆盖保护层（涂刷矿物油、油漆、覆盖搪瓷、塑料、镀金属）；

2）“增强体质”——改变金属的内部组织结构（制成合金）。

【资料】人类每年要向自然界索取大量的金属矿物资源，以提取数以亿吨计的金属。金属矿物的储量有限，而且不能再生。根据已探明的一些矿物的储藏量，并根据目前这些金属的消耗速度，有人估计一些矿物可供开采的年限如图4所示。

图4

4 保护金属资源

探究课题：保护金属资源的有效途径。

生活感知→宏伟蓝图。

4.1 废弃金属的危害

随意丢弃废旧金属，既造成了环境的污染，又浪费了有限的金属资源。

4.2 回收金属的重要意义

树立可持续发展的观念、加强垃圾的分类处理、回收并循环利用废旧金属，有着巨大的经济效益和社会效益。

4.3 保护金属资源的有效途径

1）防止金属锈蚀；

2）回收利用废旧金属；

3）寻找金属待用品；

4）有计划、合理开采矿。

我国在回收废金属上的成就：我国回收废金属行业成就卓越，废旧金属的回收再利用经验已经被许多发达国家高度重视。如我国铜的再生利用率在1996年占当年精炼铜产量的61%。

5 生活中可选择研究以下问题

1）每年有大量废干电池被丢弃，其中的有毒物质会污染环境，用什么办法处理干电池？废干电池所含物质：1号废旧锌锰电池的组成（约70 g）：锌皮（7 g）、碳棒（5.2 g）、锰粉（25 g）、铜帽（0.5 g）、汞（微量）、其他（约32 g）。其他电池：铅、镉、镍等。

2）调查弃置的金属。

①你在一个月中扔掉了多少金属罐头盒、易拉罐或其他金属制品？

②如果每位同学都像你一样扔掉同样数量的金属制品，那么全班每月总共抛弃了多少金属制品？

③这些废金属最终的归宿在哪里？

④弃置金属会带来哪些问题？

⑤我们应该怎么做？

3）学校的栅栏是铁条焊接在一起的，使用一段时间后会生锈。为了使其有较长的使用寿命，需要采取防锈措施。

你的假设：

铁栅栏生锈的原因：

_____________、

_____________、

_____________。

你的方案：

针对这些原因，可采取的措施：

第一步，_____________；

第二步，_____________ ；

第三步，_____________。

如表2所示，探究方案优劣。

生产、生活中的废旧金属材料回收后经加工，又可在社会生活的各个方面发挥出重要的作用，既满足了社会需要，又减轻了环境污染。废旧金属资源的再生利用肩负着提供新资源、改善环境和保护人类生存条件三大任务，是一项利在当代、功在千秋的事业。

表2