金屬銹蝕的探究和防護

◆董恩沖

作者：董恩沖，平度市實驗中學（266700）。

寒假里，筆者負責化學興趣小組的社會實踐活動。九年級下冊化學課本第三節“鋼鐵的銹蝕與防護”給興趣小組成員留下深刻的印象。當他們看到“世界各發達國家每年因金屬腐蝕而造成的經濟損失約占其國民生產總值2%～4%，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當年鋼產量的10%～20%（圖1），全世界每年因金屬腐蝕造成的損失超過7000億美元”，感到非常震撼，一種使命感油然而生。這種使命感使他們產生深入探究金屬銹蝕的原理及金屬防護方法的想法。根據課本，初步了解到鋼鐵銹蝕主要是與空氣中的氧氣、水蒸氣等物質有關，于是筆者指導學生以鐵釘為對象，按下列步驟進行探究。

圖1

1 探究鐵釘生銹的條件

提出問題：導致鐵釘銹蝕的因素有哪些？

生活感知→提出猜想→設計實驗→操作觀察→得出結論→交流反思

實驗設計：鐵生銹的條件（表1）。

得出結論：

2 探究促進鋼鐵生銹的因素

促進鋼鐵生銹的因素：

1）離子化合物的存在（氯化鈉）；

2）酸性污染物的存在（酸雨）；

3）高溫（加快化學反應速度）；

4）經刮擦或凹凸扭曲表面（增加接觸面積）；

5）鋼鐵的純度；

6）環境的濕度。

3 探究減緩鋼鐵生銹的方法

如圖2所示，中國腐蝕調查報告。

圖2

?

圖3

提出問題：如何減緩鋼鐵銹蝕？

生活感知→探究發現→信息交流→得出結論。

自行車防止腐蝕的方法，如圖3所示。得出結論：

1）“穿外衣”——金屬表面覆蓋保護層（涂刷礦物油、油漆、覆蓋搪瓷、塑料、鍍金屬）；

2）“增強體質”——改變金屬的內部組織結構（制成合金）。

【資料】人類每年要向自然界索取大量的金屬礦物資源，以提取數以億噸計的金屬。金屬礦物的儲量有限，而且不能再生。根據已探明的一些礦物的儲藏量，并根據目前這些金屬的消耗速度，有人估計一些礦物可供開采的年限如圖4所示。

圖4

4 保護金屬資源

探究課題：保護金屬資源的有效途徑。

生活感知→宏偉藍圖。

4.1 廢棄金屬的危害

隨意丟棄廢舊金屬，既造成了環境的污染，又浪費了有限的金屬資源。

4.2 回收金屬的重要意義

樹立可持續發展的觀念、加強垃圾的分類處理、回收并循環利用廢舊金屬，有著巨大的經濟效益和社會效益。

4.3 保護金屬資源的有效途徑

1）防止金屬銹蝕；

2）回收利用廢舊金屬；

3）尋找金屬待用品；

4）有計劃、合理開采礦。

我國在回收廢金屬上的成就：我國回收廢金屬行業成就卓越，廢舊金屬的回收再利用經驗已經被許多發達國家高度重視。如我國銅的再生利用率在1996年占當年精煉銅產量的61%。

5 生活中可選擇研究以下問題

1）每年有大量廢干電池被丟棄，其中的有毒物質會污染環境，用什么辦法處理干電池？廢干電池所含物質：1號廢舊鋅錳電池的組成（約70 g）：鋅皮（7 g）、碳棒（5.2 g）、錳粉（25 g）、銅帽（0.5 g）、汞（微量）、其他（約32 g）。其他電池：鉛、鎘、鎳等。

2）調查棄置的金屬。

①你在一個月中扔掉了多少金屬罐頭盒、易拉罐或其他金屬制品？

②如果每位同學都像你一樣扔掉同樣數量的金屬制品，那么全班每月總共拋棄了多少金屬制品？

③這些廢金屬最終的歸宿在哪里？

④棄置金屬會帶來哪些問題？

⑤我們應該怎么做？

3）學校的柵欄是鐵條焊接在一起的，使用一段時間后會生銹。為了使其有較長的使用壽命，需要采取防銹措施。

你的假設：

鐵柵欄生銹的原因：

_____________、

_____________、

_____________。

你的方案：

針對這些原因，可采取的措施：

第一步，_____________；

第二步，_____________ ；

第三步，_____________。

如表2所示，探究方案優劣。

生產、生活中的廢舊金屬材料回收后經加工，又可在社會生活的各個方面發揮出重要的作用，既滿足了社會需要，又減輕了環境污染。廢舊金屬資源的再生利用肩負著提供新資源、改善環境和保護人類生存條件三大任務，是一項利在當代、功在千秋的事業。

表2