把实验小助手用于钢铁生锈实验
实验器材：铁钉10根、大号试管10个、试管架2个、氯化钠、量筒、天平。
实验准备：用细砂纸给铁钉除锈。除锈后的铁钉如图10所示。
实验条件：
（1）第1组：在5根试管中分别倒入100毫升浓度为0%（淡水）、3.5%（约等于海水浓度）、10%、20%、30%的氯化钠溶液，并分别放入一根铁钉，保持铁钉完全浸没在溶液中。5根试管分别命名为A-1、B-1、C-1、D-1、E-1。
（2）第2组：在5根试管中分别倒入50毫升浓度为0%（淡水）、3.5%（约等于海水浓度）、10%、20%、30%的氯化钠溶液，并分别放入一根铁钉，保持铁钉部分浸没在溶液中。5根试管分别命名为A-2、B-2、C-2、D-2、E-2。
图10 实验准备阶段、除锈后的铁钉
从铁钉放入试管的那一刻开始，小助手即以每分钟一张照片的频率记录实验现象，如图11所示。
图11 小助手为每组实验拍下的第一张照片（左为第1组，右为第2组）
每组实验都历时3天（即4320分钟），小助手分别为每组实验记录下4320张高清晰度的照片，如图12所示。后续的观察分析就围绕着这些数据展开。
通过整理，我将实验数据提炼成如下的图和视频，并总结出一系列典型的现象。
（1）图13反映的是两组实验在整个过程中的总体现象和对比，展现了两组铁钉分别在第360/720/1440/2880/4320分钟的照片，也就是实验进行到第6/12/24/48/72小时的现象。可以看到，在海水浓度（3.5%）的氯化钠溶液中，钢铁的腐蚀程度要高于淡水。但有趣的是，随着氯化钠浓度的提高，钢铁的腐蚀程度反而是变轻的，特别是在全浸没环境下（第1组），腐蚀程度甚至会比淡水还轻。
（2）如果把实验条件变成半浸没在液体中，腐蚀程度会不会有所不同呢？图13也回答了这个疑问：在半浸没环境中（第2组），钢铁的腐蚀程度相比全浸没下是加重的。
（3）图14、图15是以第1组实验为例，比较淡水和高浓度氯化钠溶液中对钢铁的腐蚀程度。展现的是铁钉分别浸没在0%浓度和30%浓度的氯化钠溶液中，在第6/12/24/48/72小时后的照片。可以看到，当铁钉完全浸没在液体中时，在接近饱和的氯化钠溶液中的铁钉锈蚀程度要轻得多。
（4）从图13我们已经知道了在接近海水浓度的氯化钠溶液中，铁钉的腐蚀程度要高于淡水。那么，这个现象是不是一直贯穿实验的整个过程呢？图16和图17回答了这个疑问。它以第1组实验为例，比较最开始的5小时内，淡水和3.5%的氯化钠溶液环境下铁钉的腐蚀速度。从中可以看到，从第18分钟开始，淡水中的铁钉表面已经出现了锈迹，而氯化钠溶液中的铁钉表面还观察不到锈迹。可以看到，在最开始的几小时，铁钉在淡水中的生锈速度要明显快于在海水浓度的氯化钠溶液中。
（5）图18以铁钉在3.5%氯化钠溶液中为例，展现了一个典型的铁钉生锈的动态过程。在开始阶段，溶液逐渐加剧浑浊（因为氢氧化亚铁不断被氧化成氢氧化铁），而后则是氢氧化铁不断沉积的过程，导致溶液开始变得清澈，而沉积物增多。
（6）在反应过程中，铁钉表面是什么样子呢？图19回答了这个问题。从原理知道，氢氧化亚铁跟水中的氧反应后生成氢氧化铁，氢氧化铁不溶于水，会沉淀析出。可以看到，氢氧化铁沉积于铁钉的表面，表面沉积物最多的是A（淡水）和B（3.5%氯化钠溶液），而在高浓度的氯化钠溶液（10%，20%，30%）中，表面沉积物要少很多。
（7）对于露出液体表面的铁钉，会不会生锈呢？图20回答了这个问题。可以看到，露出溶液表面的铁钉，尽管在潮湿的环境中，但并没有生锈。
（8）从图20看到的另一个典型现象是液体表面的颜色明显更深，这是因为液体表面富含氧分子，氢氧化亚铁被氧化成氢氧化铁的速度更快。实际上，这一现象在图17、图18、图19中也都存在。
（9）我将这些照片浓缩合成视频后，更清楚地看到，钢铁的锈蚀确实是一个动态变化过程。并且存在一个特别的现象：从氢氧化亚铁的生成到被进一步氧化成氢氧化铁并沉积，这一过程以像烟雾一样的形态在水中出现、扰动并最终消失。(https://www.daowen.com)
图12 小助手记录到的实验现象照片（两组各4320张）中的一部分
图13 两组实验在6/12/24/48/72小时后的腐蚀程度对比（左为第1组，右为第2组）
图14 第1组实验的A试管（铁钉浸没在淡水中）在6/12/24/48/72小时后的腐蚀情况
图15 第1组实验的E试管（铁钉浸没在30%氯化钠溶液中）在6/12/24/48/72小时后的腐蚀情况
图16 第1组实验的A试管（铁钉浸没在淡水中）在0/18/50/100/200/300分钟后的锈蚀情况
图17 第1组实验的B试管（铁钉浸没在3.5%氯化钠溶液中）在0/18/50/100/200/300分钟后的锈蚀情况
图18 铁钉在3.5%氯化钠溶液中的生锈过程
图19 第1组实验在4320分钟（即3天）后的铁钉表面情况对比
图20 第2组实验在4320分钟（即3天）后的铁钉表面情况对比
最后，探讨一下为什么观察到的腐蚀速度并不跟盐水的浓度直接相关呢？这是因为钢铁的锈蚀与多种因素有关，包括水、氧气及液体中盐的浓度等。盐易溶于水，但盐在水中的溶解会减低氧气在水中的溶解度。因为盐在水中的溶解度大于氧气，相比之下就相当于氧气溶解度变小了，也可以理解成氧气受到了竞争力更强的盐的“排挤”。溶液中的盐含量越多，氧在水中的溶解度随盐含量的增加而减少。
因此，由于在浓盐水中的氧气含量减少，抑制了吸氧腐蚀，从而观察到与很多说法认为“盐水浓度越高而腐蚀得越厉害”不一样的现象。这一解释也可以通过第2组的实验来印证。由于第2组实验采取的是半浸没的方式，铁钉跟氧气接触得更充分，吸氧腐蚀没有被太多抑制。
