この実験について
乾燥空気中、酸素を含まない水中、水と空気の両方がある状態、または塩水と空気がある状態での鉄を比較してください。このモデルでは、必要条件によってさびが発生するかどうかが決まり、塩分によって設定された速度が変化します。密閉された空間では酸素が尽きることがあり、化学変化と有限量の反応物供給が結びつきます。
学習目標
- 制約されたモデルで、水と酸素の両方が必要かどうかを確かめてください。
- 速度の変化と、化学量論に基づく酸素の上限を区別してください。
- 釘の質量増加は鉄が生成されたためではなく、酸素が取り込まれたためだと説明してください。
使い方
- 1乾燥した空気中と酸素を含まない水中で反応を開始し、それぞれの質量変化を比較します。
- 2くぎを水と外気にさらし、同時に食塩水の場合と比較します。
- 3小さな気相部分を残して密閉し、最後まで実行します。残っている酸素を調べます。
- 4同じくぎを使ったまま気相部分の体積を増やし、酸化が到達しうる最大量を比較します。
モデル
前提条件
- このモデルでは、鉄1モルあたり酸素0.75モルを使って、鉄を乾燥Fe₂O₃相当物に変換します。実際のさびは、水和酸化物やオキシ水酸化物がさまざまな割合で混ざったものです。水はモデルの反応条件となりますが、乾燥酸化物の一部として質量には含めません。
- 指定された反応速度は、1日あたり0.025に塩分係数と相対酸素分率を掛けた値です。これは説明用のものであり、実物の寿命や腐食速度を予測するものではありません。
- 密閉容器内には、298.15 K、101.325 kPaの理想気体が入っています。外気中では酸素が補給されます。保護膜、pH、電気化学的接触、蒸発、水の質量変化は考慮していません。
授業で試してみましょう
- Q1密閉容器全体の質量は一定のままなのに、なぜくぎの質量は増えるのでしょうか？
- Q2酸素がなくなると、なぜ塩を追加しても最終量に影響しなくなるのですか？
よくある質問
表示されている日数は、実際の釘がさびる速さを予測していますか？
いいえ。反応速度の法則は、学習用に選ばれたモデルです。実際の速度は、材料の表面や環境条件によって異なります。
開いた容器では、酸素濃度は無限にありますか？
酸素が補充されるため、その割合は選択した値に保たれます。時間の経過とともに消費される量は、その気相部分に最初に含まれていた量を超えることがあります。