2012年一级结构工程师考试专业知识点分析六

会计考友

●实验室中的铁制品
基本是用钢铁制成的仪器：方座支架、物理支架、钢制黑板、真空泵、手摇抽气机、多功能实验支架、仪器车、升降台、钩码、砝码、镊子、液压机模型、离心水泵模型、手摇离心转台、马德堡半球……。
另外，还有许多仪器的部件采用了钢铁材料；例如显微镜、恒温箱、干燥箱、生物模型等等。
如何防止钢铁部件生锈，延长仪器使用寿命，是实验室管理的重要内容。
●铁的物理与化学性质
铁为银白色的金属，元素符号Fe原子序数26；
相对原子质量55.847；
熔点1535℃；
沸点2750℃；
相对密度7.86.磁化和去磁快；有延展性，是可锻金属中除钴、镍以外最坚韧的，在液态空气的温度下变脆。铁在红热时变软，可锻造和拉长；在白热时可锻接。
铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面。
常温时，铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应，在高温时，则剧烈反应。铁在氧气中燃烧，生成Fe3O4，赤热的铁和水蒸气起反应也生成Fe3O4.铁易溶于稀的无机酸和浓盐酸中，生成二价铁盐，并放出氢气。
铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。
铁溶于热的或较浓的硝酸中，生成硝酸铁并释放出氮的氧化物。在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时，表面生成一层氧化物保护膜，使铁“钝化”，故可用铁制品盛装浓硫酸或浓硝酸。铁是一变价元素，常见价态为+2和+3.铁与硫、硫酸铜溶液、盐酸、稀硫酸等反应时失去两个电子，成为+2价。与Cl2、Br2、硝酸及热浓硫酸反应，则被氧化成Fe3+.铁与氯在加热时反应剧烈。铁也能与硫、磷、硅、碳直接化合。铁与氮不能直接化合，但与氨作用。
●生锈原因
普通钢铁制品在潮湿的空气中，渐渐变色，并在表面生成一种红褐色的物质，这种现象叫做钢铁的生锈。
让我们先从一个事故来探讨钢铁生锈的原因。
外国某化学公司的一家工厂，有一贮存氯化镁的钢质容器，有一次，因容器需要维修而停止工作，厂方排空了容器中的氯化镁，并将容器冲洗了几遍。而后两个工人进入钢质容器维修，一下去就晕倒了，当人们发现后，立即将人救出并送到医院，一人经抢救脱险，另一人不幸死亡。是什么原因导致人员死亡呢？难道容器中含有有毒气体？人们对钢质容器内的空气进行了测定，并没有发现任何有毒气体，但却惊奇地发现容器中空气里的氧气含量远远低于正常标准。为什么容器中会缺氧呢？经分析，发现问题原来出在容器本身，是因为容器生锈的缘故。
实验证明——只有水或者只有氧气，铁都不生锈；既有水也有氧气，但没有盐，而铁生锈，说明铁生锈的必要条件只是水和氧气；有水也有氧气，还有盐，生锈的速度比只有氧和水快，说明盐在铁生锈的过程中起到加速生锈的作用。
其实质是铁和空气中的氧气、水蒸气等起作用，生成铁的多种氧化物的水合物。
铁锈的成分比较复杂，通常简略用Fe2O3.xH2O表示。铁锈是一种松脆多孔的物质，它不能保护里层的铁不被锈蚀，铁锈是一种棕红色的物质，它不像铁那么坚硬，很容易脱落，一块铁完全生锈后，体积可胀大8倍。如果铁锈不除去，这海绵状的铁锈特别容易吸收水分，铁也就烂得更快了。
因此时间久了，钢铁制品就可能锈蚀成一堆无用的废品。尤其严重的是，钢铁在含有酸气、氯气的水蒸气中，或接触电解质溶液时，锈蚀得特别快。据统计，每所世界上都有几千万吨钢铁变成了铁锈，而钢铁制品遭破坏而引起的停工减产、产品质量下降、环境污染、危害人体健康，甚至造成严重事故的损失是无法估量的。因此，钢铁的防锈具有重要的经济意义和社会意义。