Bài 20 : Sự ăn mòn kim loại - Giải Bài tập Sách giáo khoa Hóa học 12

Đang tải...

Bài 20 : Sự ăn mòn kim loại

I. KIẾN THỨC CẦN NHỚ

1. Khái niệm

Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh.

2. Các dạng ăn mòn kim loại

Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân thành hai dạng chính: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.

a. Ăn mòn hóa học

Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường.

b. Ăn mòn điện hóa học

Ăn mòn điện hóa học là ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiên.

– Ăn mòn điện hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương.

– Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm.

Sự ăn mòn điện hóa học các hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm có ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng đối với nền kinh tế của các quốc gia. Đây là một quá trình rất phức tạp, có thể mô tả một cách giản lược như sau: Gang, thép là hợp kim Fe – C gồm những tinh thể Fe tiếp xúc trực tiếp với tinh thể C (graphit). Không khí ẩm có hòa tan khí $CO_2$ , $O_2$ .. tạo ra lớp dung dịch chất điện li phủ lên bề mặt gang, thép, làm xuất hiện vô số pin điện hóa mà Fe là cực âm, C là cực dương.

+ Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe —> $Fe^{2+}$ + 2e.

+ Ở cực dương xảy ra sự khử: $O_2$ + $2H_2O$ + 4e —> $4OH^{-}$

lon $Fe^{2+}$ tan vào dung dịch chất điện li có hòa tan khí oxi. Tại đây, ion $Fe^{2+}$ tiếp tục bị oxi hóa, dưới tác dụng của ion $OH^{-}$ tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là $Fe_2O_3$ . $nH_2O$ .

– Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học:

+ Các điện cực phải khác nhau về bản chất, có thể là cặp hai kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại – phi kim, hoặc cặp kim loại – hợp chất hóa học,…

+ Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn.

+ Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li.

Thiếu một trong ba điều kiện trên sẽ không xảy ra ăn mòn điện hóa học. Trong thực tế, các quá trình ăn mòn kim loại diễn ra rất phức tạp, có thể bao gồm cả sự ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. Nhưng ăn mòn điện hóa thường đóng vai trò chủ yếu.

3. Chống ăn mòn kim loại

Khối lượng kim loại bị ăn mòn trung bình hằng năm trên thế giới khoảng 20 – 25% khối lượng kim loại được sản xuất. Sự ăn mòn kim loại đã gây tổn thất to lớn về nhiều mặt cho nền kinh thế quốc dân và đời sống con người. Có nhiều phương pháp bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn. Phổ biến hơn cả là phương pháp bảo vệ bề mặt và bảo vệ điện hóa.

a. Phương pháp bảo vệ bề mặt

Phương pháp bảo vệ bề mặt là phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng, mạ bằng một kim loại khác. Lớp bảo vệ bề mặt kim loại phải bền vững với môi trường và có cấu tạo đặc khít không cho không khí và nước thấm qua. Nếu lớp bảo vệ bị hư hỏng, kim loại sẽ bị ăn mòn.

b. Phương pháp điện hóa

Phương pháp bảo vệ điện hóa là dùng một kim loại làm vật hi sinh để bảo vệ vật liệu kim loại. Ví dụ: để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn các lá Zn vào phía ngoài vỏ tàu ở phần chìm trong nước biển (nước biển là dung dịch chất điện li). Phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, các lá Zn là cực âm.

– Ở anot (cực âm): Zn bị oxi hóa: Zn —> $Zn^{2+}$ + 2e.

– Ở catot (cực dương): $O_2$ bị khử: $2H_2O$ + $O_2$ + 4e —> $4OH^{-}$

Kết quả là vỏ tàu được bảo vệ, Zn là vật hi sinh, nó bị ăn mòn. Nhưng tốc độ ăn mòn điện hóa của kẽm trong điều kiện này tương đối nhỏ và vỏ tàu được bảo vệ trong thời gian dài. Sau một thời gian nhất định, người ta thay những lá Zn bị ăn mòn bằng những lá Zn khác.

II. HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP (SGK)

Bài 1 (Trang 95, SGK)

Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh.

Đó là một quá trình hóa học hoặc quá trình điện hóa trong đó kim loại bị oxi hóa thành ion dương.

M → $M^{n+}$ + ne

Có hai dạng ăn mòn kim loại: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.

Trong hai dạng ăn mòn trên thì ăn mòn điện hóa xảy ra phổ biến hơn.

Bài 2 (Trang 95, SGK)

Cơ chế của sự ăn mòn điện hóa;

– Ở anot (cực âm): kim loại bị oxi hóa: M —> $M^{2+}$ + 2e.

– Ở catot (cực dương): $O_2$ bị khử thành $H_2O$ : $2H_2O$ + $O_2$ + 4e —> $4OH^{-}$ .

Bài 3 (Trang 95, SGK)

Xem chi tiết tại phần I. 3, Kiến thức cần nhớ.

Bài 4 (Trang 95, SGK)

– Vỏ tàu thép được nối thanh kẽm sẽ bảo vệ được vỏ tàu vì Zn bị ăn mòn điện hóa.

– Vỏ tàu thép được nối với thanh đồng thì thép (Fe) bị ăn mòn điện hóa. Do đó, vỏ tàu không được bảo vệ.

Bài 5 (Trang 95, SGK)

a. Cho lá sắt vào dung dịch $H_2SO_4$ loãng, thấy khí thoát ra và bọt khí bám trên bề mặt thanh sắt, bọt khí bám trên bề mặt thanh sắt tăng dần làm giảm diện tích tiếp xúc giữa thanh sắt với dung dịch $H_2SO_4$ , do đó khí thoát ra giảm dần và ngừng hẳn.

Fe + $H_2SO_4$ → $FeSO_4$ + $H_2$

b. Khi cho lá sắt vào dung dịch $H_2SO_4$ loãng có thêm vài giọt dung dịch $CuSO_4$ , đầu tiên xảy ra phản ứng:

Fe + $CuSO_4$ → $FeSO_4$ + Cu

Đồng (Cu) tạo thành bám trên bề mặt thanh sắt được nhúng trong dung dịch $H_2SO_4$ loãng nên xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa học.

– Ở điện cực âm, Fe bị ăn mòn theo phản ứng:

Fe → $Fe^{2+}$ + 2e

– Ở điện cực dương, ion $H^{+}$ của dung dịch $H_2SO_4$ nhận electron:

$2H^{+}$ + 2e → $H_2$ ↑

Bài 6 (Trang 95, SGK)

Một dây phơi quần áo gồm một đoạn dây đồng nối với một đoạn dây thép. Chỗ nối xảy ra ăn mòn điện hóa trong không khí ấm. sắt bị oxi hóa nên bị ăn mòn.

Vì vậy, chúng ta chọn A.

>> Xem thêm Bài 21 : Điều chế kim loại tại đây.

Tags:Giải Bài tập Sách Giáo khoa Hóa học 12 · Sự ăn mòn kim loại

Bài 20 : Sự ăn mòn kim loại – Giải Bài tập Sách Giáo khoa Hóa học 12

I. KIẾN THỨC CẦN NHỚ