铁的生锈

生锈是铁的腐蚀，课程标准把它当作一个电化学（氧化还原）反应，而不是简单的燃烧。它出现在中五氧化还原一章，并直接连到金属活性顺序、牺牲保护和日常防锈，所以考官喜欢这个课题，一个情境可以同时考好几个概念。

生锈是氧化还原反应

在一块潮湿的铁上，某些区域表现为阳极、另一些表现为阴极，水膜充当电解质。铁原子失去电子而溶解，氧气取走这些电子，两种产物相遇形成铁锈。

• 在阳极（氧化）：Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e-
• 在阴极（还原）：O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e- → 4OH⁻(aq)

铁(II)离子随后被溶解的氧气进一步氧化成铁(III)离子，铁(III)离子与氢氧根离子和水结合，生成水合氧化铁(III)。总变化可写成：

4Fe(s) + 3O₂(g) + 2xH2O(l) → 2Fe₂O₃.xH2O(s)

化学式 Fe₂O₃.xH2O 表明铁锈是水合氧化物，这正是为什么水和氧气都不可缺少。

所需条件

• 水和氧气必须同时存在。 缺少其中一样，生锈就停止。
• 生锈会被电解质（如盐，这就是海边的车更快生锈的原因）、酸（酸雨），以及与较不活泼金属（如锡或铜）的接触所加速。
• 生锈会被与较活泼金属的接触（牺牲保护），以及任何隔绝空气和水的屏障所减慢。

现象

铁表面形成棕色或棕橙色的片状固体。铁锈是多孔的，会剥落并露出下方新鲜的金属，使腐蚀持续进行，直到物件变弱或被蚀穿。

经典实验与防锈

标准实验把干净的铁钉放进不同的试管：普通水（生锈）、煮沸并用油封住而没有氧气的水（不生锈），以及放在无水氯化钙上方、没有水的干燥空气（不生锈）。这证明水和氧气都是必需的。

另一组用锌、镁、锡或铜缠绕铁钉：较活泼的金属（锌、镁）通过代替铁被腐蚀来保护铁，而较不活泼的金属（锡、铜）使铁生锈更快。你应能解释的防锈方法包括：油漆、涂油、镀锌（镀锌层）、电镀、合金化成不锈钢，以及在船只和管道上装上牺牲用的镁块。

常见错误

不要把生锈只说成「铁与氧气反应」，评分方案要的是水和氧气。不要把产物只写成氧化铁(III)，Fe₂O₃；铁锈是水合氧化物，Fe₂O₃.xH2O。

解释牺牲保护时，要说明较活泼的金属更容易失去电子，因而代替铁被氧化，这就是为什么即使涂层被刮花，铁仍受保护。

在 SPM 考试中的出现方式

在 试卷二 (4541/2) 里，你可能被要求写出铁在阳极的半反应式、解释一个铁钉实验，或用金属活性顺序比较缠在铁上的各种金属。用电子转移来论证每个答案，生锈题就成了轻松的分数。