關於此實驗
比較鐵在乾燥空氣、無氧水、水和空氣共存，或鹽水和空氣共存條件下的情況。在此模型中，必要條件決定是否會生鏽，而鹽會改變設定的速率。密封空間中的氧氣可能耗盡，將化學變化與有限的反應物供應連結起來。
學習目標
- 檢驗在這個受限模型中，水和氧氣是否都不可或缺。
- 區分速率變化與依化學計量關係而定的氧氣限量。
- 解釋鐵釘增重是因為氧被納入，而不是鐵被創造出來。
使用方法
- 1在乾燥空氣和無氧水中開始暴露，並比較它們的質量變化。
- 2讓鐵釘接觸水和開放空氣，接著與同時置於鹽水中的情況比較。
- 3留出一小段氣相空間並密封，運行至結束。檢查剩餘的氧氣。
- 4保持使用同一根鐵釘，同時增加氣相空間的體積，並比較可能達到的最大氧化量。
模型
假設
- 此模型按每莫耳鐵消耗0.75莫耳O₂，將鐵轉化為乾燥的Fe₂O₃替代物。實際鏽蝕物是水合氧化物和羥基氧化物以不同比例組成的混合物。水是模型反應的必要條件，但稱量乾燥氧化物時不計入水的質量。
- 規定的反應速率為每天0.025，再乘以鹽度係數和相對氧氣含量。這僅供說明，不用於預測真實物體的壽命或腐蝕速率。
- 密封罐內是溫度為298.15 K、壓力為101.325 kPa的理想氣體。開放空氣會補充氧氣。模型不考慮保護膜、pH、電化學接觸、蒸發以及水的質量變化。
在課堂上試試這個實驗
- Q1為什麼鐵釘的質量會增加，而密封罐的總質量卻保持不變？
- Q2氧氣耗盡後，為什麼再加鹽也不會影響最終量？
常見問題
顯示的天數能預測實際鐵釘生鏽的速度嗎？
不能。速率定律是為教學而選用的模型。實際速率取決於材料表面和環境條件。
敞口容器中的氧氣濃度是無限的嗎？
氧氣會不斷補充，因此其比例維持在選定的數值。隨著時間推移，消耗的氧氣量可能超過該氣相空間中的初始氧氣量。