关于此实验
比较铁在干燥空气、无氧水、水和空气共存、或盐水和空气共存条件下的情况。在该模型中，必要条件决定是否发生生锈，而盐会改变设定的速率。密闭空间中的氧气可能耗尽，从而将化学变化与有限的反应物供应联系起来。
学习目标
- 检验在这个受限模型中，水和氧气是否都不可或缺。
- 区分速率变化与基于化学计量关系的氧气限量。
- 解释铁钉增重是因为氧被纳入，而不是铁被创造出来。
使用方法
- 1在干燥空气和无氧水中开始暴露，并比较它们的质量变化。
- 2让铁钉接触水和开放空气，然后与同时置于盐水中的情况进行比较。
- 3留出一小段气相空间并密封，运行至结束。检查剩余的氧气。
- 4保持使用同一根铁钉，同时增大气相空间的体积，并比较可能达到的最大氧化量。
模型
假设
- 该模型按每摩尔铁消耗0.75摩尔O₂，将铁转化为干燥的Fe₂O₃替代物。实际锈蚀物是水合氧化物和羟基氧化物按不同比例组成的混合物。水是模型反应的必要条件，但称量干燥氧化物时不计入水的质量。
- 规定的反应速率为每天0.025，再乘以盐度系数和相对氧气含量。这仅用于说明，不用于预测真实物体的寿命或腐蚀速率。
- 密封罐内是温度为298.15 K、压力为101.325 kPa的理想气体。开放空气会补充氧气。模型不考虑保护膜、pH、原电池接触、蒸发以及水的质量变化。
在课堂上试试这个实验
- Q1为什么铁钉的质量会增加，而密封罐的总质量却保持不变？
- Q2氧气耗尽后，为什么再加盐也不会影响最终量？
常见问题
显示的天数能预测真实铁钉生锈的速度吗？
不能。速率定律是为教学而选用的模型。实际速率取决于材料表面和环境条件。
敞口容器中的氧气浓度是无限的吗？
氧气会不断补充，因此其比例保持在所选数值。随着时间推移，消耗的氧气量可能超过该气相空间中的初始氧气量。