铁入水为什么会生锈
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- 2025-05-05 20:23:46
铁在与水和氧气共存时，会经历一系列复杂的化学反应，导致铁制品生锈。这个过程可以通过原电池反应来解释。在原电池中，铁通常作为负极，在反应中失去电子，形成亚铁离子（Fe2+）。这是因为铁失去两个电子后，形成的亚铁离子较为稳定。如果铁失去三个电子，形成的三价铁离子（Fe3+）会与铁金属本身发生反应，生成亚铁离子，这不利于原电池反应的进行。
反应方程式可以表示为：
\[ \text{Fe} + \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe(OH)}_2 \]
这里的氢氧化亚铁（Fe(OH)2）是不稳定的，容易被氧气氧化成氢氧化铁（Fe(OH)3）：
\[ \text{4Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{4Fe(OH)}_3 \]
氢氧化铁进一步脱水生成氧化铁（Fe2O3），这就是铁锈的主要成分：
\[ \text{2Fe(OH)}_3 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{3H}_2\text{O} \]
整个过程中，亚铁离子和氢氧化铁的反应需要通过电荷守恒来进行配平。每个亚铁离子失去一个电子，每个氧气分子得到四个电子。因此，配平后的反应方程式为：
\[ \text{12Fe}^{2+} + \text{6H}_2\text{O} + \text{3O}_2 \rightarrow \text{8Fe}^{3+} + \text{4Fe(OH)}_3 \]
氢氧化亚铁在空气中迅速被氧化，变成灰绿色，最后变成棕红色的氢氧化铁沉淀。这种沉淀在低于500摄氏度时可以完全脱水生成氧化铁。氢氧化铁在烘干时容易分解，但温度不高时分解不完全，逐渐失水。在低于500摄氏度时能达到完全脱水成氧化铁。这个过程中没有明确的失水分解温度。
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