0250103燃燒和生鏽03鐵生鏽－數位閱讀與測驗

燃燒和生鏽

03鐵生鏽

3-1鐵生鏽的原因

我們四周有許多鐵製的物品，經過一段時間，有些鐵製品會生鏽。你曾經在生活中看過哪些生鏽的物品？

生活中從腳踏車、鐵門、鐵窗、鐵釘、鎖鏈、鐵欄杆等，都可能觀察到鐵生鏽的現象。

▲生鏽的欄杆

▲生鏽的鐵門和鎖鏈

▲生鏽的腳踏車

▲生鏽的鐵釘

　鐵本來是堅固又有光澤的金屬，生鏽後，表面產生棕色、易碎的鐵鏽。

鐵製品在什麼環境中容易生鏽？造成生鏽的原因有哪些？

長期放在戶外的鐵製品比較容易生鏽，和淋雨有關嗎？

放在戶外、水池邊、海邊的鐵製品比較容易生鏽，可以假設潮溼的環境容易使鐵生鏽。

放在室內的鐵製品也會生鏽，和暴露在空氣中有關嗎？

放在室內桌上、抽屜裡的鐵製品也會生鏽，可以假設常接觸空氣的環境容易使鐵生鏽。

　讓我們利用科學研究方法，設計實驗來了解影響鐵生鏽的原因。

　參考上述方法，或根據你們這一組設計的方法做做看。

實驗的變因

實驗過程中會影響實驗結果的因素，稱為變因，有下列三種：

1.操縱變因：為了達到實驗目的，必須改變的變因。每次實驗只能有一個操縱變因。

2.控制變因：實驗時，除了操縱變因可以改變之外，其他變因都要保持不變。每次實驗不只有

一個控制變因。

3.應變變因：實驗的結果。為了了解操縱變因對實驗的影響，設計實驗時，必須有實驗組及對照組。

酸雨會使戶外的鐵製品更快生鏽。如果將鐵製品浸泡在酸性水溶液中，酸性水溶液對鐵生鏽速度有什麼影響呢？

小華這一組的做法

形成假設 : 鐵製品在酸性水溶液中生鏽的速度比較快。

設計實驗 : 觀察「酸性水溶液」對鐵製品生鏽的影響。

1.準備兩個大小相同的鋼絲絨球。

一個浸泡醋，當作實驗組；另一個浸泡清水，當作對照組。

2.分別將兩個鋼絲絨球放入夾鏈袋裡，再封緊袋口。

3.一段時間後，觀察鋼絲絨球的變化，並記錄下來。

討論

1.在這個實驗中，哪一個因素必須改變？哪些因素要保持不變？

必須改變的因素（操縱變因）：酸性水溶液，也就是鋼絲絨球浸泡醋或浸泡清水。

保持不變的因素（控制變因）：如鋼絲絨球大小、重量、浸泡時間、放置的環境溫度、夾鏈袋裡的空氣量等。

2.一段時間後，浸泡過醋的鋼絲絨球和浸泡過清水的鋼絲絨球，有什麼不一樣？

大約經過20分鐘後觀察，浸泡過醋的鋼絲絨球出現大片棕色鐵鏽；浸泡過清水的鋼絲絨球接觸夾鏈袋的部位會出現一點鐵鏽。

從實驗中發現，浸泡過醋的鋼絲絨球，生鏽的速度比浸泡過清水的鋼絲絨球快。酸性水溶液會加快鐵生鏽速度。

從日常生活中可以發現，鐵製品接觸水後容易生鏽，而酸性水溶液會使鐵生鏽速度加快。想一想，鐵製品暴露在空氣中比較容易生鏽嗎？

小旻這一組的做法

形成假設 : 鐵製品在充滿空氣的環境中比較容易生鏽。

設計實驗 : 觀察「空氣」對鐵製品生鏽的影響。

1.準備兩個大小相同的鋼絲絨球，將兩個鋼絲絨球都浸泡醋後取出。

2.將兩個鋼絲絨球分別放入夾鏈袋裡。

3.將一個夾鏈袋內充滿空氣，並封緊袋口，當作實驗組；另一個夾鏈袋裡的空氣擠出，並封緊袋口，當作對照組。

4.一段時間後，觀察鋼絲絨球的變化，並記錄下來。

討論

1.在這個實驗中，哪一個因素必須改變？哪些因素要保持不變？

必須改變的因素（操縱變因）：空氣，也就是鋼絲絨球接觸空氣量的多寡。

保持不變的因素（控制變因）：如鋼絲絨球大小、重量、醋的濃度及浸泡時間、放置環境的溫度和光線等。

2.一段時間後，哪一個鋼絲絨球生鏽情形較嚴重？

大約經過30分鐘後，夾鏈袋內充滿空氣的鋼絲絨球出現大片的棕色鐵鏽；夾鏈袋內擠出空氣的鋼絲絨球在接觸夾鏈袋的部位出現一點棕色鐵鏽。

從實驗中發現，鐵在充滿空氣的環境中比較容易生鏽，鐵生鏽需要空氣。

　想一想，鐵生鏽會用掉空氣中的哪一種氣體？我們來檢驗看看。

檢驗鐵生鏽所需要的氣體

1.將鋼絲絨球浸泡醋。

2.將鋼絲絨球夾起，輕輕甩乾後，放入廣口瓶內，並固定在廣口瓶底部。

3.將底部固定有鋼絲絨球的廣口瓶，垂直倒過來，放在紅色水中，當作實驗組；另取一個空廣口瓶，垂直倒放在紅色水中，當作對照組。

4.20分鐘後，觀察廣口瓶內的水位變化。

5.在紅色水中，用透明板蓋緊有鋼絲絨球的廣口瓶瓶口，並取出廣口瓶直立放在桌上。

6.在紅色水中，用另一個透明板蓋緊空廣口瓶瓶口，並取出廣口瓶直立放在桌上。

7.同時將兩支點燃的線香，分別伸入兩個廣口瓶中，觀察線香燃燒的情形。

討論

1.在這個實驗中，哪一個因素是必須改變的？哪些因素要保持不變？

必須改變的因素（操縱變因）：廣口瓶內是否有鐵生鏽，即廣口瓶內是否有鋼絲絨球。

保持不變的因素（控制變因）：如放置的環境的溫度、光線、放置時間等。

2.步驟4中，有鋼絲絨球的廣口瓶與空廣口瓶中，水位分別有什麼變化？與什麼原因有關？

有鋼絲絨球的廣口瓶內的水位上升，空廣口瓶內的水位不會上升，由此推想有鋼絲絨球的廣口瓶中有部分氣體被用掉了。

3.將點燃的線香分別伸入有鋼絲絨球的廣口瓶與空廣口瓶中，線香有什麼變化？

有鋼絲絨球的廣口瓶內的線香較空廣口瓶內的線香快熄滅，表示有鋼絲絨球的廣口瓶中可助燃的氣體（氧氣）較少。

根據實驗結果證明，鐵生鏽和線香燃燒，都會用掉空氣中的氧氣。

3-2如何防止鐵生鏽

鐵生鏽和氧氣、水有關，鐵製品生鏽，不但會使外觀變得不美觀，甚至會造成物品零件或器具損壞，影響安全。

你知道生活中有哪些防鏽的方法嗎？

在鐵窗上塗油漆；鐵製刀具用完擦乾，保持乾燥；在物體表面包覆塑膠皮或電鍍；製成合金等，都可以避免接觸水和空氣，防止生鏽。

▲在鐵窗上塗油漆並加裝遮雨棚

▲刀具清洗後要擦乾

▲在迴紋針表面包覆塑膠皮

▲晒衣架包覆塑膠皮

有些鐵製品會利用在表面電鍍、包覆塑膠皮或製成合金等方法來防鏽。

▲在物體表面電鍍

▲不鏽鋼是由數種物質製成的合金

保持乾燥、減少與空氣接觸，都可以避免鐵製品生鏽。

電鍍和合金

電鍍是利用電流，將物體放入特殊的水溶液中，通電後，水溶液中的物體表面會鍍上一層金屬，例如鍍鋅或鍍鋁來防鏽，而鍍金或鍍銀可以使飾品變得更好看。

合金是將兩種或兩種以上的物質（其中至少有一種為金屬）熔在一起，形成和原本性質不同的物質。例如不鏽鋼是由鐵、鉻、鎳等不同物質所組成的合金，使其表面產生一層保護膜。其中鉻是形成保護膜的重要成分，如果鉻含量不足，就無法形成保護膜，而失去防鏽功能。

百年絕響的頭腦——拉瓦節

　拉瓦節（Antoine-Laurent de Lavoisier，西元1743～1794年）出生在法國巴黎一個富有的律師家庭。他大學主修法律，並獲得律師資格，可是卻對自然科學富有濃厚興趣。拉瓦節25歲時，便成為法國皇家科學院的院士，另外還從事替政府收稅的徵稅代理人。優渥的財富與對科學的熱情，促使拉瓦節將家裡改裝成當時設備最完善的實驗室。

西元十八世紀時，化學家對於物質的燃燒過程並不很清楚，當時廣泛被接納的理論是燃素說（phlogiston theory），燃素說認為物質可以燃燒，是因為含有「燃素」，且物質在燃燒過程中會逐漸釋放燃素。英國化學家卜利士力（Joseph Priestley，西元1733～1804年）便是這個學說的擁護者。卜利士力實驗發現，有一種氣體可以讓物質燃燒得更劇烈，這就是後來被命名為「氧」的氣體。

　後來拉瓦節重新做了卜利士力的實驗，並加入自己的見解，證明物質燃燒時不是釋放燃素，而是與空氣中的某種氣體結合。

西元1777年，拉瓦節提出了他最著名的氧化理論，他認為燃燒（氧化）是物質與氧氣結合的反應，否定了燃素的存在，這個對燃燒現象的解釋徹底改變當時被普遍接受的化學觀念。拉瓦節同時還證實金屬生鏽和動物呼吸都與氧氣有關。由於拉瓦節在科學上有許多重大貢獻，被尊稱為近代化學之父。

但拉瓦節最後卻因為替政府收稅的工作，命喪於法國大革命的斷頭臺上，法國數學家拉格朗日（Joseph Lagrange，西元1736～1813年）曾惋惜的說：「砍下拉瓦節的腦袋只需幾秒鐘，但要出現這樣的頭腦，幾百年都不一定能找到！」

想一想

有近代化學之父美稱的拉瓦節，他有哪些特質是值得我們學習的？

拉瓦節對於探究自然科學的興趣及熱情，以及努力不懈的實驗精神，值得我們學習。

物質燃燒時，是與空氣中的什麼氣體產生反應？

氧氣

是非第一關 (25題)