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为什么干燥的液氯不与钢铁反应?

红热的铁丝能在Cl2中燃烧,反应剧烈,生成红棕色的烟!那么常温下,液氯是怎么可以储存在钢瓶中的呢?

首先铁是一种较活波的金属,如钠镁铝等一样,暴露在空气中会在金属的表面形成一层复杂的氧化膜。

为什么干燥的液氯不与钢铁反应?

钢铁加工过程中表面形成的氧化膜(中间银白色区域为纯铁表面)

为什么干燥的液氯不与钢铁反应?

钢发生大气腐蚀后形成的氧化膜

铁在570℃以上氧化时,生成由FeO、Fe3O4和Fe2O3三层组成的氧化膜,其分布状况是:靠近基体的是灰色的FeO,中间层是蓝黑色的Fe3O4,最外层是少量的红棕色的Fe2O3,其中以α-Fe2O3为主。FeO层最厚,约占整个氧化膜厚度的90%。然而,铁在空气中温度低于570℃氧化时,生成由蓝黑色的Fe3O4和少量Fe2O3两层组成的氧化膜,此处的Fe2O3是由α-Fe2O3和γ-Fe2O3组成的混合物,其中以γ-Fe2O3为主。分别如下a、b图所示。

为什么干燥的液氯不与钢铁反应?           为什么干燥的液氯不与钢铁反应?

(a)570℃以上                 (b)570℃以下

不同温度下钢铁表面氧化膜结构-组成示意图

在潮湿空气中腐蚀所生成的铁锈。它以电化学腐蚀为主,这种情况下生成疏松的铁锈。

从酸中溶解性来看,α-Fe2O3容易溶解于各类无机酸和有机酸中,但γ-Fe2O3极难溶解在各种酸中,是酸不溶物质。

从晶体结构来看,Fe3O4氧化膜也是P型半导体氧化物,它具有晶尖石型复杂立方晶格结构。从室温至熔点(1538℃),其相结构非常稳定,是钢铁表面几种氧化膜中结构最致密、抗氧化性最佳的氧化膜。

FeO是一种具有保护性的氧化膜,可有效地抑制腐蚀环境对钢铁的腐蚀。

所以,钢铁的氧化膜结构是由好几层不同铁的氧化物组成的。盛放在钢瓶中的液氯显然没有直接跟铁质直接接触,而是被这层氧化膜相隔,氧化膜中的Fe2O3又不跟Cl2反应,即使部分FeO起反应,生成的最终产物也是FeCl3的固体,附着在容器表面而保护了内部的铁单质。这就是液氯为什么可以存贮在钢瓶中的原因。

(责任编辑:化学自习室)
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