泰瑞莎鐵氯砂之家-氯離子對鐵生鏽的探討 · 許多的金屬(如Al、Sn 等)會在表面上生成一層保護膜而防止金屬繼續被腐蝕，故我們也想知道若鋼筋生鏽的越嚴重，此時再加入了「氯離子」，對腐

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泰瑞莎(鐵氯砂)之家－氯離子對鐵釘氧化初速率的探討

一、研究動機：在電視報章雜誌中，常看見許多有關「盜採砂石」的報導，但這次並不是

一般的砂石，而是現今人人聞之喪膽之海砂屋所使用的海砂。家曾經是每個人心中都覺得最溫暖和舒服的地方，曾幾何時，家已經變成了殺人於無形的工具了，其主要的原因來自於不肖建商為了降低成本而使用了

未加水洗的海砂。然而海砂跟一般的砂子到底有什麼不一樣呢！在物質科學化學篇第十二章—「金屬元素及其化合物」章節中曾提及海水比淡水更易使鐵釘氧化，主要原因為海水中的「氯離子」。讓我們想到原來海砂中含有許多的「氯離子」，

而這些「氯離子」加速腐蝕了鋼筋，使得建築物的結構越來越不穩固，造成建

築物的倒塌。

我們也常在想既然「氯離子」會影響鋼筋的腐蝕速率，那麼「氯離子」的

量多寡對鋼筋腐蝕的速率造成怎樣的影響呢？

許多的金屬(如 Al、Sn等)會在表面上生成一層保護膜而防止金屬繼續被腐蝕，故我們也想知道若鋼筋生鏽的越嚴重，此時再加入了「氯離子」，對腐

蝕的速率造成怎樣的影響呢？

為了探討「氯離子」的濃度對鋼筋氧化速率的影響以及鋼筋生鏽與否會不

會影響「氯離子」對鋼筋的氧化速率，因此我們自行架設了一組實驗裝置來分

析鐵釘氧化的初速率，進一步作了一些歸納。

二、研究目的： 1.探討實驗過程中鐵釘、海砂反應攪拌次數及海砂重量對鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響。

2.探討氯離子濃度對鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響。 3.探討以不同比例的一般砂與食鹽固體混合對鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響。

4.探討海砂對不同程度生鏽之鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響。

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三、研究的設備、器材及藥品：錐形瓶(500ml)、廣口瓶(250ml)、透明塑膠管(50cm)、透明塑膠帶、計時器(倒數型)、有色溶液、注射器、燒杯、食鹽、鑷子、溫度計、白軟石蠟、滴定台、砂子、鐵釘、夾子、RO純水、玻棒、電子秤、直尺、活塞、刮勺。

四、研究的方法與步驟：

(A)研究的方法： 1.研究中砂的選定：

本實驗主要是探討含有「氯離子」的砂對鐵釘氧化之反應初速率及平衡

時間的影響。就我們所知，海邊取來的所謂海砂含有豐富的「氯離子」，其

是加快鐵釘氧化的主要原因之一而形成所謂「海砂屋」。然而我們也想知道

一般建築工地用的砂是否含有「氯離子」，因此我們也先對此作一番的檢測。 (1)一般建築用砂「氯離子」的檢測：

我們先於工地取得兩種常見的建築用砂如圖一所示，為了檢測其內是否

含有「氯離子」，因此我們分別將其置入水中，静置一段時間後取其溶液加

入硝酸鉛(Pb(NO3)2)，並無發現任何白色沉澱(PbCl2)產生 (如圖三(右)所示)，因此我們可以確定的是這些工地用砂並非取自海砂，此時我們也暗自在想，

這工地負責人還算有良心!!

(2)本實驗所用海砂「氯離子」的檢測：

由於本實驗是探討「氯離子」對鐵釘氧化速率的影響，因此我們必須確定

我們所選用的海砂確定有「氯離子」的存在，故我們同樣地將海砂置入水中，

静置一段時間後取其溶液加入硝酸鉛(Pb(NO3)2)，發現有白色氯化鉛(PbCl2)

圖一建築用砂圖二海砂



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沉澱，(如圖三(左)所示)，因此我們確定所選用的海砂有「氯離子」的存在。我們所使用的海砂取自沿海的砂子(約距海灘線 5~10m)，並用罐子裝好，

如圖二所示，但為減少此實驗的誤差值，因此我們每次實驗所用的海砂來源

必須相同，故一次就應該把此實驗所需的海砂量存妥。 2.研究中水的選定：

用硝酸鉛分別檢測 RO純水和自來水，可以發現在裝有 RO純水的燒杯並未發現有任何沉澱，而在裝有自來水的燒杯內可以用肉眼很明顯的看見乳白

色沉澱，雖然自來水的含氯量很小，但由於此實驗所使用的量非常的小，所

以為了避免實驗上的誤差，在此實驗中建議使用 RO純水。 3.研究中食鹽的選定：只需添購一般食用精鹽即可。 4.探討鐵氧化速率的實驗裝置：

(1)鐵生銹的條件：需要有氧氣、水、鐵同時存在。 (2)鐵生銹的過程： Å水先附著於鐵器表面時，水珠中央的鐵氧化成鐵(Ⅱ)離子(Fe2+

(aq))。 ðFe(s) àFe2+

(aq) + 2e- Ç水珠周圍則發生氧氣被還原為氫氧根離子(OH-)。 ð1/2O2(g) + H2O(l) + 2e- à2OH-

(aq) É鐵(Ⅱ)離子(Fe2+)與氫氧根離子(OH-)作用生成氫氧化鐵(Ⅱ)(Fe(OH)2)。 ðFe2+

(aq) +2OH-(aq) àFe(OH)2(s)

Ñ氫氧化鐵(Ⅱ)(Fe(OH)2)在空氣中很快地被氧化成鐵銹(Fe2O3．xH2O)。 ð4Fe(OH)2(s) + O2(g) + (2x-4)H2O(l) à2Fe2O3．xH2O(s

(3)本實驗的實驗裝置之介紹：由上述我們可知鐵釘生銹的條件之一為氧氣的存在，因此這便成為我們觀

察鐵釘氧化速率的關鍵。我們藉由氧氣的消耗速率來決定鐵釘的氧化速率。

現將實驗裝置介紹如下：

圖三右杯溶液為一般砂溶液加入硝

酸鉛，發現溶液澄清無任何沉

澱，左杯溶液為海砂溶液加入

硝酸鉛，發現白色氯化鉛沉澱



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Å我們的實驗裝置(圖五)如下所列： Ç實驗流程之說明： å先將實驗測定所需的鐵釘及探討物種(如海砂)一同置入(d)之廣口瓶中，在攪拌後，廣口瓶上的活塞及所有的孔洞皆必須密封。

ç將(c)之注射器往外拉，使(e)之藍墨水上升至毛細管(a)某一個高度，此時利用夾子(g)夾住抽氣管(h)，使外界氣體不會再度跑入廣口瓶中，而使實驗無法得以繼續進行。若沒有漏氣之情形，方可開始進行實驗，且先將一

開始的起始高度紀錄下來，此時紀錄藍墨水高度刻度為 h1。 é反應過程中，由於鐵釘氧化會消耗氧氣，故毛細管(a)中的藍墨水會上升。 è一段時間後紀錄反應後藍墨水的高度刻度為 h2。 ê計算(h2-h1)/△t即得到該時刻間氧氣的消耗速率，此即為鐵釘氧化的速率。

(a)毛細管

(b)溫度計

(c)注射器 (d)廣口瓶 (e)藍墨水

(f)導管

(g)夾子

(h)抽氣管

(p)連接管



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(B)研究的步驟： 1.實驗前的準備：

(1)準備鐵釘、海砂、一般砂(無含氯)、食鹽等四項物品 (2)調配的溶液： Å分別配製 2M、3M的食鹽水溶液。 Ç分別將一般砂與食鹽作以下重量比例的混合(砂：食鹽)：10:1、15:1、20:1、

25:1。 É將 15支鐵釘分別泡於純水中 1天、2天、7天及 21天，使鐵釘有不同程度的生銹。

2.實驗的過程：【主題一】探討實驗過程中鐵釘、海砂反應攪拌次數及海砂重量對鐵釘氧化之

反應初速率及平衡時間的影響 (1)攪拌次數對鐵釘氧化的初速率及平衡時間的影響： Å取 30克海砂及 15支鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，以平均每分鐘攪拌 156次攪拌密封後，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水高度不再升降。

Ç取 30克海砂及 15支鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，以平均每分鐘攪拌 165次攪拌密封後，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水高度不再升降。

É比較上述不同攪拌次數後，鐵釘氧化的初速率及平衡時間的規律性。 (2)海砂重量對鐵釘氧化的初速率及平衡時間的影響： Å取 40克的海砂及 15支鐵釘，置入實驗裝置之廣口瓶中，以平均每分鐘攪拌 154次攪拌後密封後，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

Ç取 50克的海砂及 15支鐵釘，置入實驗裝置之廣口瓶中，再分別以平均每分鐘攪拌 78、88、160次攪拌後密封，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

É比較以不同海砂之重量與鐵釘接觸後，鐵釘氧化的初速率及平衡時間的規

律性。【主題二】探討氯離子濃度對鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響 (1)將 2M的 NaCl(aq)倒入燒杯中，並將 15支鐵釘放入，攪拌後使其靜置一分鐘，而後先將鐵釘撈起，放入廣口瓶，並倒入些許的 NaCl(aq) (使用滴管，滴四、



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五滴)，以平均每分鐘攪拌 165次攪拌，完成攪拌後，蓋上活塞。毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

(2)以 3M的 NaCl(aq)重複上述步驟後，以平均每分鐘攪拌 159次攪拌後，蓋上活塞。毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

(3)比較以不同濃度的食鹽水與鐵釘接觸後，鐵釘氧化的初速率及平衡時間的規律性。

【主題三】探討以不同比例的一般砂與食鹽固體混合對鐵釘氧化之反應初速率

及平衡時間的影響 (1)取 50克一般砂與 5克食鹽固體混合以形成(砂：食鹽)為 10：1的混合物，將此混合物連同 15支鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，以平均每分鐘攪拌 165次攪拌密封後，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

(2)取 75克一般砂與 5克食鹽固體混合以形成(砂：食鹽)為 15：1的混合物，重複上述步驟後，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

(3)分別取 40、50克一般砂與 2克食鹽固體混合以分別形成(砂：食鹽)為 20：1及 25：1的混合物，重複上述步驟後，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

(4)比較以不同比例的一般砂與食鹽固體混合再與鐵釘接觸後，鐵釘氧化的初速率及平衡時間的規律性。

【主題四】探討海砂對不同程度生銹之鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響 (1)取 50克海砂及 15支泡於純水生銹一天的鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，以平均每分鐘攪拌 45次攪拌密封後，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

(2)取 50克海砂及 15支分別泡於純水生銹二、七、二十一天的鐵釘分別置入實驗裝置之廣口瓶中，重複上述步驟後，毎隔 2分鐘紀錄藍墨水的位置，直至藍墨水的高度不再升降。

(3)比較海砂與不同生銹程度的鐵釘接觸後，鐵釘氧化的初速率及平衡時間的規律性。



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五、研究的結果與討論：【主題一】探討實驗過程中鐵釘、海砂反應攪拌次數及海砂重量對鐵釘氧化之

反應初速率及平衡時間的影響 1.表一(a)(b)所列為取30克海砂及15支鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，分別以平均每分鐘攪拌156次及165次攪拌密封後，毎隔2分鐘紀錄藍墨水的位置之實驗結果。

表一(a) 30克海砂及15支鐵釘平均每分鐘攪拌156次後反應藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8

藍墨水刻度(cm) 3.45 3.95 4.5 4.75 4.75

表一(b) 30克海砂及15支鐵釘平均每分鐘攪拌165次後反應藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 5.2 6.3 7.3 8.2 9.1 9.8 10.4 10.8 11.3

時間(min) 18 20 22 24 26 28 30

藍墨水刻度(cm) 11.6 11.9 12.1 12.3 12.4 12.4 12.4

2.表二所列為取40克海砂及15支鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，分別以平均每分鐘攪拌154次攪拌封後，毎隔2分鐘紀錄藍墨水的位置之實驗結果。

表二 40克海砂及15支鐵釘平均每分鐘攪拌154次後反應藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 3.0 4.9 6.6 7.5 8.1 8.8 9.1 9.5 9.8

時間(min) 18 20 22 24 26 28 30 32 34

藍墨水刻度(cm) 10.0 10.4 10.5 10.7 10.8 10.9 11.2 11.3 11.3

3.表三(a)(b)(c)所列為取50克海砂及15支鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，分別以平均每分鐘攪拌78、88、160次攪拌封後，毎隔2分鐘紀錄藍墨水的位置之實驗結果。



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表三(a) 50克海砂及15支鐵釘平均每分鐘攪拌78次後反應藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12

藍墨水刻度(cm) 3.7 6.15 7.49 8.2 9.25 9.4 9.4

表三(b) 50克海砂及15支鐵釘平均每分鐘攪拌88次後反應藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 1.9 3.21 4.8 6 7.1 7.6 7.8 8.0 8.2

時間(min) 18 20 22 24

藍墨水刻度(cm) 8.4 8.5 8.7 8.7

表三(c) 50克海砂及15支鐵釘平均每分鐘攪拌160次後反應藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 3.4 4.7 5.6 6.4 7.0 7.4 7.8 8.1 8.5

時間(min) 18 20 22 24 26 28 30 32 34

藍墨水刻度(cm) 8.8 9.0 9.2 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.8

4.我們計算每一組實驗中0~2分鐘內藍墨水刻度的上升速率此即為鐵釘氧化氧氣的消耗速率，我們以此來表示鐵釘氧化之初速率。現將不同質量的海砂及

15支鐵釘以不同攪拌次數攪拌後鐵釘氧化的初速率及平衡時間整理如表四所示。

表四不同質量的海砂及15支鐵釘以平均每分鐘不同攪拌次數攪拌後鐵釘

氧化的初速率及平衡時間的結果

平均每分鐘攪拌次數 (次/min )

0~2分氧化初速率 (cm / min)

平衡時間(min)

156 0.25 6 (a)海砂 30g 165 0.55 26

(b)海砂 40g 154 0.95 32

78 1.225 10 88 0.655 22 (c)海砂 50g

160 0.65 32



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Å由表四的結果我們可知若取海砂30克，分別以平均每分鐘攪拌156、165次與鐵釘作用後鐵釘的氧化的平衡時間分別為6、26分鐘，若取海砂50克，分別以平均每分鐘攪拌78、88、160次與鐵釘作用後鐵釘的氧化的平衡時間分別為10、22、32分鐘，由此結果可知單位時間內所攪拌的次數越多，則所需達平衡的時間越久。 Ç分別取30克、40克、50克海砂以約平均每分鐘攪拌160次與鐵釘作用後，測得鐵釘氧化的初速率分別為0.22、0.95、0.65 cm/min，平衡時間分別為6、32、32分鐘，此結果顯示海砂重量多少對鐵釘氧化的初速率及平衡時間好像沒有明顯的規律性，我們猜想可能每次所取出來的海砂很難控制其「氯離子」的

量，因此我們才進一步利用不同方法來探討「氯離子」量對鐵釘氧化的初速

率及平衡時間的影響。【主題二】探討氯離子濃度對鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響

1.表五(a)(b)所列為15支鐵釘分別與2M、3M的NaCl(aq)作用後毎隔2分鐘紀錄藍墨水的位置之實驗結果。

表五(a) 15支鐵釘分別與2M NaCl(aq)作用後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 1.5 2.5 3.3 3.9 4.4 4.4 4.5 4.65 4.9

時間(min) 18 20 22 24

藍墨水刻度(cm) 5.0 5.15 5.15 5.15

表五(b) 15支鐵釘分別與3M NaCl(aq)作用後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 0.95 2.1 3.3 3.8 4.0 4.25 4.65 5.0 5.2

時間(min) 18 20

藍墨水刻度(cm) 5.3 5.3

2.我們將15支鐵釘分別與2M、3M的NaCl(aq)作用攪拌後鐵釘氧化的初速率及平

衡時間整理如表六所示。



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表六 15支鐵釘分別與2M、3M的NaCl(aq)作用攪拌後鐵釘氧化的初速率結果

食鹽水濃度單位時間內攪拌次數(次/min ) 0~2分氧化初速率(cm / min)

2M 168 0.5

3M 159 0.575

我們的實驗結果顯示將15支鐵釘分別與2M、3M的NaCl(aq)作用攪拌後鐵釘

氧化的初速率分別為0.5、0.575 cm/min，此結果顯示氯離子濃度越多確實會使鐵釘氧化的初速率越快。

【主題三】探討以不同比例的一般砂與食鹽固體混合對鐵釘氧化之反應初速

率及平衡時間的影響 1.表七(a)(b)所列分別為50克、75克一般砂與5克食鹽固體混合以形成(砂：食鹽)為10：1及15：1的混合物，將此混合物連同15支鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，攪拌密封後，毎隔2分鐘紀錄藍墨水的位置之實驗結果。

表七(a) 50克一般砂與5克食鹽固體混合以形成(砂：食鹽)為10：1的混合物及

15支鐵釘反應後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 0.6 2.7 4.7 6.1 7.5 8.6 9.5 10.3 11.0

時間(min) 18 20 22 24 26 28 30 32 34

藍墨水刻度(cm) 11.65 12.1 12.5 12.8 13.0 13.1 13.3 13.3 13.3

表七(b) 75克一般砂與5克食鹽固體混合以形成(砂：食鹽)為15：1的混合物及15支鐵釘反應後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 0.2 1.6 3.3 4.9 6.0 7.0 7.8 8.7 9.3

時間(min) 18 20 22 24 26 28 30 32 34

藍墨水刻度(cm) 9.8 10.4 10.8 11.1 11.3 11.7 11.9 12.1 12.2

時間(min) 36 38 40 42 44

藍墨水刻度(cm) 12.3 12.5 12.6 12.6 12.6



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2.表七(c)(d)所列分別為40克、50克一般砂與2克食鹽固體混合以形成(砂：食鹽)為20：1及25：1的混合物，將此混合物連同15支鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，攪拌密封後，毎隔2分鐘紀錄藍墨水的位置之實驗結果。表七(c) 40克一般砂與2克食鹽固體混合以形成(砂：食鹽)為20：1的混合物及

15支鐵釘反應後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 1.15 3.9 5.85 7.5 8.7 9.5 10.0 10.5 10.75

時間(min) 18 20 22 24 26 28

藍墨水刻度(cm) 11.0 11.2 11.6 11.7 11.7 11.7

表七(d)50克一般砂與2克食鹽固體混合以形成(砂：食鹽)為25：1的混合物及15支鐵釘反應後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 2.15 4.0 5.85 7.4 8.5 9.3 9.9 10.5 10.9

時間(min) 18 20 22 24 26 28 30

藍墨水刻度(cm) 11.2 11.5 11.7 11.8 12.0 12.0 12.0

3.我們將15支鐵釘分別與(砂：食鹽)為10：1、15：1、20：1、25：1的混合物攪拌作用後測得鐵釘氧化的初速率及平衡時間整理如表八所示。

表八 15支鐵釘分別與(砂：食鹽)為10：1、15：1、20：1、25：1的混合

物攪拌作用後測得鐵釘氧化的初速率及平衡時間的結果

鐵釘 15枝單位時間內攪

拌次數(次/min ) 0~2分氧化初速率(cm / min)

平衡時間(min)

一般砂(50克)：食鹽(5克) = 10:1 165 1.05 30

一般砂(75克)：食鹽(5克) = 15:1 169 0.7 40

一般砂(40克): 食鹽(2克) = 20:1 152 1.375 24

一般砂(50克): 食鹽(2克) = 25:1 167 0.925 26



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Å我們分別取一般砂 50克、75克及食鹽 5克調配成成 10：1及 15：1的混合物，但要調配成 20：1時需取 100克一般砂，將此量放入廣口瓶後會導致毛細管堵塞住，所以在作完 10：1與 15：1後，我們將食鹽換為 2克並調配出 20：1與 25：1的比例。此導致由於食鹽重量的不同，所含的氯離子多寡也有所差異，因此我們分為 10：1、15：1及 20：1、25：1兩組來討論。

Ç我們的實驗結果顯示將一般砂與食鹽以10：1及15：1混合後再與鐵釘進行氧化，其氧化初速率分別為1.05及0.7 cm/min，平衡時間為30、40 min，此結果說明了食鹽的比例越少(亦即可產生氯離子的比例越少者)鐵釘的氧化速率便越慢，而其氧化平衡時間則越長。

É同樣的情形也發生在另一組實驗，將一般砂與食鹽以20：1及25：1混合後再與鐵釘進行氧化，其氧化初速率分別為1.375及0.925 cm/min，平衡時間為24、26 min，此結果也說明了食鹽的比例越少(亦即可產生氯離子的比例越少者)鐵釘的氧化速率便越慢，而其氧化平衡時間則越長。

【主題四】探討海砂對不同程度生銹之鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響 1.表九(a)(b)(c)(d)所列分別為50克海砂及15支泡於純水生銹一天、二天、七天、二十一天的鐵釘置入實驗裝置之廣口瓶中，攪拌密封後，毎隔2分鐘紀錄藍墨水的位置之實驗結果。

表九(a) 50克海砂及15支泡於純水生銹一天鐵釘作用後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 2.3 3.8 5.3 6.2 7.0 7.4 7.7 8.2 8.5

時間(min) 18 20 22 24 26 28 30 32 34

藍墨水刻度(cm) 8.7 8.9 9.1 9.2 9.4 9.6 9.7 9.8 9.8



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表九(b) 50克海砂及15支泡於純水生銹二天鐵釘作用後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 2.5 4.1 5.3 6.1 6.6 7.0 7.4 7.7 8.0

時間(min) 18 20 22 24 26 28 30

藍墨水刻度(cm) 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.6

表九(c) 50克海砂及15支泡於純水生銹七天鐵釘作用後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 5.4 7.0 7.7 8.3 8.8 9.1 9.3 9.5 9.7

時間(min) 18 20 22 24

藍墨水刻度(cm) 9.9 10.1 10.2 10.2

表九(d) 50克海砂及15支泡於純水生銹二十一天鐵釘作用後藍墨水在毛細管之刻度

時間(min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

藍墨水刻度(cm) 1.0 2.5 3.6 4.4 5.0 5.3 5.5 5.7 5.8

時間(min) 18 20

藍墨水刻度(cm) 5.9 5.9

2.我們將50克海砂及15支泡於純水生銹一天、二天、七天、二十一天的鐵釘攪拌作用後測得鐵釘氧化的初速率整理如表十所示。

表十 50克海砂及15支泡於純水生銹一天、二天、七天、二十一天的鐵釘

攪拌作用後測得鐵釘氧化的初速率之結果

浸泡天數 (鐵釘生銹天數)

單位時間內攪拌次數 (次/min )

0~2分氧化初速率(cm / min)

1天 45 0.75 2天 57 0.8 7天 66 0.8

21天 62 0.75



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我們的實驗結果顯示將50克海砂及15支泡於純水生銹分別一天、二天、七天、二十一天的鐵釘攪拌作用後，此時鐵釘氧化的初速率分別為0.75、0.8 、0.8、0.75 cm/min，此結果說明了無論鐵釘原來生銹程度如何，海砂對其造成的氧化初速率幾乎相同。因此我們推想海砂中的氯離子對不同程度生銹

的鐵釘所造成的氧化速率是相同的。也就是說，無論鐵釘生銹與否，海砂

中的「氯離子」對其所造成的氧化速率是相同的。

六、歸納實驗結果：我們利用圖一的實驗裝置來探討四個主題：Å探討實驗過程中鐵釘、海

砂反應攪拌次數及海砂重量對鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響 Ç探討氯離子濃度對鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響 É探討以不同比例的一般砂與食鹽固體混合對鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響 Ñ探討海砂對不同程度生鏽之鐵釘氧化之反應初速率及平衡時間的影響，現

將結果推納如下： 1.我們的實驗結果顯示若取海砂30克，分別以平均每分鐘攪拌156、165次與鐵釘作用後鐵釘的氧化的平衡時間分別為6、26分鐘，若取海砂50克，分別以平均每分鐘攪拌78、88、160次與鐵釘作用後鐵釘的氧化的平衡時間分別為10、22、32分鐘，由此結果可知單位時間內所攪拌的次數越多，則所需達平衡的時間越久。

2.我們的實驗結果也顯示將15支鐵釘分別與2M、3M的NaCl(aq)作用攪拌後鐵釘

氧化的初速率分別為0.5、0.575 cm/min。此結果顯示氯離子濃度越多確實會使鐵釘氧化的初速率越快。

3.我們的實驗結果顯示將一般砂與食鹽以10：1及15：1混合後再與鐵釘進行氧化，其氧化初速率分別為1.05及0.7 cm/min，平衡時間為30、40 min，此結果說明了食鹽的比例越少(亦即可產生氯離子的比例越少者)鐵釘的氧化速率便越慢，而其氧化平衡時間則越長。

4.我們的實驗結果顯示將50克海砂及15支泡於純水生銹分別一天、二天、七天、二十一天的鐵釘攪拌作用後，此時鐵釘氧化的初速率分別為0.75、0.8 、0.8、0.75 cm/min，此結果說明了無論鐵釘生銹與否，海砂中的「氯離子」對其所造成的氧化速率是相同的。



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七、結論：由我們的實驗結果得知：「氯離子」的存在確實會造成鐵釘進一步的氧

化，且「氯離子」的濃度或含量比率越高會造成鐵釘的氧化初速率越快，且

我們也發現無論鐵釘生銹與否，海砂中的「氯離子」對其所造成的氧化速率

是相同的。

八、未來展望與一些迷思： 1.在我們實驗中，我們發現「氯離子」對鐵釘氧化其最終氧化速率都會達一定值，也就是鐵釘氧化會達平衡，故我們在想，如果「氯離子」對鐵釘的氧化

會達平衡，那生活中就不怕因為海砂含有「氯離子」而造成海砂屋而造成房

屋的倒塌，因此我們再想這可能是因為我們的系統是密閉系統或者是因為氧

化用完，因此我們進一步去檢測使否因為氧化用完之故，我們步驟如下： (1)當氧化達平衡時，假定氧氣用完，此時用夾子夾住連接管(p)。 (2)將注射器之導管打開，讓外界氧氣可以再度跑入。 (3)再用夾子重新夾住抽氣管(h) (4)再打開連接管(p)之夾子，再繼續觀察，其藍墨水高度之變化。我們在想，如果真的是氧氣用完，那經過上述步驟，則毛細管的藍墨水應該

會再度上升，但是我們結果顯示沒有再度上升，表示平衡並非因為氧氣用完，

那麼到底是什麼原因?值得我們繼續探討。 2.我們在實驗過程遇到的迷思：

(1)由實驗中可以觀察出，將海砂單獨放在廣口瓶中亦會進行氧化反應。故問：如果鐵釘本身會與空氣進行氧化反應的話，那麼與海砂亦會單獨與

空氣進行氧化反應。這方面來看的話，那麼把兩者加在一起時，最後反

應平衡時到底是誰的反應平衡。如果是鐵釘，那麼又有一些疑問了，在

實驗中可以發現，若是單獨將鐵釘放在廣口瓶中進行氧化反應的話，則

需要 30分鐘左右的時間,但將海砂與鐵釘一起時，反應時間則平均只需要 20分鐘左右，這樣一來即會形成矛盾的結果。

(2)自來水中氯離子的存在，在此檢定中，我們可以很明顯的看見自來水中有乳白色的沉澱假設除了氯離子的差別外，那麼其兩者間還有什麼的分

別呢? 以上問題，或許值得我們再仔細的探討吧!



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九、參考文獻及書目： 1.住都雙月刊 116期，「鋼筋混凝土使用海砂氯離子之腐蝕原理探討及檢測方法」，李謙偉、蘇宗得/材料試驗室。

2.檢驗雜誌 409期，「海砂屋之鹽害」，翁俊民/檢驗處化學科技佐。 3.營建資訊 1994.11，「海砂資源的應用技巧及防止海砂屋的自保策略」，黃兆龍。

4.教育部暨台大化學系之高中教學資詢問答留言版 5.新觀念雜誌 6.《中國時報》1998.09.20 7.《聯合報》1998.12.12

(ps：實驗觀察紀錄及參考文獻於參展當天帶到現場) 十、後記：

在這半年裡，我們常常被實驗搞得頭暈眼花。一開始我們真的不知怎麼進

行，鐵釘放多少，砂要用幾克，還有實驗目的要怎擬定，但經過一番努力也得

到一些結果，雖然僅作了一點點的探討，但我們都盡最大的努力去解釋觀察到

的現象。

我們從一開始尋找題目就花了很多時間，而且還換過題目呢!當確定題目

開始進行實驗時，我們對每一步驟都很謹慎，一點差錯都不容許存在，從作實

驗到打報告常常利用午休時間，放學時間，雖然很辛苦，但之中卻也學到了一

些實驗技巧，實驗的思考程序，以及對海砂屋也更進一步的認識。

在實驗一開始我們遇到很多挫折，也遇到很多問題，其中最難克服的是漏

氣的問題，若沒完全密封，則藍墨水會無法保持一定高度，所以這是一個要先

克服的問題。



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泰瑞莎 鐵氯砂 之家-氯離子對鐵生鏽的探討 · 許多的金屬(如Al、Sn 等)會在表面上生成一層保護膜而防止金屬繼續被 腐蝕，故我們也想知道若鋼筋生鏽的越嚴重，此時再加入了「氯離子」，對腐

泰瑞莎鐵氯砂之家-氯離子對鐵生鏽的探討 · 許多的金屬(如Al、Sn 等)會在表面上生成一層保護膜而防止金屬繼續被腐蝕，故我們也想知道若鋼筋生鏽的越嚴重，此時再加入了「氯離子」，對腐