易懂分析:鐵的性質,鐵鏽成分是什麼,都在這了

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對於金屬，初中就定好了我們整個中學階段要接觸哪些，比如我們都會背誦金屬活動順序表：k鉀 Ca鈣 Na鈉 Mg鎂 Al鋁 Zn鋅 Fe鐵 Sn錫 pb鉛 （H氫） Cu銅 Hg汞 Ag銀 pt鉑 Au金。

今天我們來研究研究這個Fe鐵。

@Dr. B: 先來看一個問題：純鐵的抗腐蝕能力非常強，鐵在乾燥的空氣裡不易被氧化。這個說法是正確的還是錯誤的。

@王二狗：錯誤，身邊的鐵基本是生鏽的，就是說鐵是容易被氧化的。

@邱酷：只說對了後半句，鐵在乾燥的環境下是不易被氧化的，但是抗腐蝕能力不可能很強吧。不是有個什麼疏鬆多孔嗎？保護不了裡面的金屬，因此抗腐蝕能力肯定不強。

@Dr. B: 答案我們待會兒再揭示。

我們知道一塊鈉放置在空氣中會發生一系列的變化:

鈉在空氣中的變化

首先是和空氣中含量較高的氧氣反應，生成氧化鈉（鈉和氧氣加熱生成過氧化鈉），之後和空氣裡的水反應生成氫氧化鈉，再和空氣裡的二氧化碳反應生成碳酸鈉，碳酸鈉易和空氣的水結合生成帶結晶水的碳酸鈉晶體，最後經過風化變成碳酸鈉固體。

@Dr. B:那麼一塊純鐵在空氣中是怎麼變化的呢？

純鐵是不會直接和氧氣反應的，就是說你把鐵放置在集滿氧氣的集氣瓶中，鐵是沒有任何變化的，不像是鈉會由銀白色變成白色（氧化鈉），畢竟鐵沒有鈉活潑。

然而鐵要和氧氣反應，是必須加熱到一定溫度的，比如說下面兩個反應，不同的溫度生成的產物也是不一樣的：

3Fe+2O2==點燃（溫度低於570℃）==Fe3O4

4Fe+3O2==點燃（溫度高於570℃）==2Fe2O3

鐵絲在純氧中劇烈燃燒

現象大家都知道：鐵絲在純氧中劇烈燃燒，火星四射，生成黑色物質，放出大量的熱。

@Dr. B: 我們一看金屬活動順序表，鐵排在H氫的前面，我們猜測：鐵該會和水反應。

就像鈉一樣

鈉與水反應

和水反應其實原理和酸反應是一樣的，都是金屬失去電子氫離子得到電子變成氫氣，只不過水當中的氫離子含量極少。

如果說鐵會和水反應那麼排在鐵前面的鋁和鎂定也會和水反應。

有這樣一個實驗：

鎂與水反應

一開始滴入酚酞是看不到紅色的，但是給試管加熱之後，你會發現出現了紅色，因為鎂和冷水不反應和沸水反應生成了氫氧化鎂，這是個中強鹼。

對於鋁和水反應，其實這個反應我們認為是很微弱的，但是我們從一個反應可以看出，鋁是會和水反應的，那就是鋁和氫氧化鈉溶液的反應：

2Al + 2H2O + 2NaOH == 2NaAlO2 + 3H2↑

上面是人教版的版本，還有其他教材的版本：

2Al+2NaOH+6H2O==2Na[Al(OH)4] +3H2↑

當然了，兩個版本其實本質上是一樣的：鋁先和水反應生成了氫氧化鋁然後再和鹼反應，氫氧化鋁都是作為一種兩性氫氧化物會和鹼反應。（只不過鐵在這一步就沒那麼複雜了，因為生成的氫氧化亞鐵不和鹼反應）我們以人教版教材為主。

@Dr. B: 那麼老師要問了，既然鋁在氫氧化鈉溶液中是這樣一個反應過程，那麼在這個反應當中：2Al + 2H2O + 2NaOH == 2NaAlO2 + 3H2↑充當氧化劑的是哪一個？

@王二狗：水和氫氧化鈉裡邊都有+1價的氫，應該都有可能吧？

@邱酷：學理科的學生，怎麼能說出這麼不嚴謹的結論呢？虧你還是物理課代表。

@王二狗：那你知道是哪個？

@邱酷：我...我...我拒絕回答這個問題。

此時，坐在第一排的眼鏡小個字男生說到：氧化劑是水。

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老師：化學課代表說得不錯，那麼由你來告訴大家為什麼是水？

化學課代表：這個反應是分步進行的，先是鋁和水反應，生成氫氧化鋁和氫氣，這個反應類似於鈉和水的反應，這一步才發生了氧化還原反應，後面那一步是個複分解反應，沒有化合價的升降，因此氫氧化鈉裡邊的氫是沒有得電子的。

老師：此處該有掌聲。

我們把注意力轉回到鐵的身上，鐵也是會和水反應的。

因此純鐵放置在空氣中，先是和空氣裡的水發生反應：由於氫離子的氧化性不是很強，鐵和水反應被氧化成氫氧化亞鐵Fe(OH)2，氫氧化亞鐵在空氣當中很容易被氧化成氫氧化鐵，我們知道，氫氧化鐵又可以寫成氧化鐵的水合物，即2Fe(OH)3==Fe2O3·3H2O。最後經風化就形成了氧化鐵。

這個氧化鐵的水合物便是鐵鏽的主要成分。

我們說鐵鏽疏鬆多孔，因此空氣中的水和氧氣不斷的從孔「鑽入」繼續氧化裡面的鐵，直到鐵被完全鏽蝕。

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回到一開始提的問題：純鐵的抗腐蝕能力非常強，鐵在乾燥的空氣裡不易被氧化。這個說法是正確的。因為，純鐵的還原性並不強，並且純鐵是沒有什麼雜質的。我們平常看見的很容易被鏽蝕的鐵，都是含有很多雜質的，不純的鐵本身也會發生電化學腐蝕，就是說構成了原電池。

註：文中提到鋁會和水反應，鐵會和水反應，這個不能應用在大夥做高中試卷上，也就是說試卷出先鎂溶於水和鋁溶於水鐵溶於水，你不能給打個勾認為這是正確的。只是幫助理解，它們的反應是很微弱的。