Giải bài tập Hóa 12 Bài 20: Sự ăn mòn của kim loại

§20. Sự ĂN MÒN KIM LOẠI
A. TÓM TẲT LÍ THUYẾT
KHÁI NIỆM
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng cùa các châl trong môi trường.
Hậu quả là kim loại bị oxi hóa thành các ion dương bởi các quá trình hóa học hoặc điện hóa.
CÁC DẠNG ĂN MÒN KIM LOẠI
Có hai dạng ăn mòn kim loại là ăn mòn hóa học và ãn mòn diện hóa.
Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa -khử. trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các châì trong mòi trương.
Ví dụ: Các thiết bị bằng gang, thép bị ăn mòn hóa học khi liếp xúc vơi khí clo: 2Fc + 3CL —L-> 2FcCb
Hoặc tiêp xúc vơi hơi nươc ơ nhiệt độ cao:
3Fc + 4H2O —---> Fc,O4 + 4H2
Ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa -khử. trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng cua dung dịch chât điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đốn cực dương.
DIỀU KIỆN XẢY RA ĂN MÒN DIỆN HÓA HỌC
Kim loại không tinh khiết, trong dó có thể kì:
Những linh the kim loại khác chàt nhau. Ví dụ: tinh the Cu. Zn.
Những tinh thể kim loại và phi kim. Ví dụ: linh thể Fc, c.
Những tinh thể kim loại và hợp chất hóa học.
Ví dụ: linh the Fc, Fc’iC (xcmcntit).
Các điện cực phải tiếp xúc vơi nhau, có thể tiếp xúc trực tiếp nltiỉcác tinh thể khác trong kim loại, hoặc gián tiếp qua vật dẩn như trong pin điện.
Các điện cực cùng tiếp xúc vơi một dung dịch điện li
Ví dụ: Các tinh thể Fc và linh the c trên bề mặt cùa gang, thép được bao phủ bằng lơp dung dịch chất điện li.
co' CHẾ CỦA ĂN MÒN DIỆN HÓA HỌC
Xét cơ chế ăn mòn điện hóa một vật bằng gang, thép:
Ó’ điện cực âm (tinh the Fc): Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành ion Fe2+:
Fe—» Fe2+ + 2e. Những ion này tan vào dung dịch điện li và bị oxi hóa tiếp thành ion Fc',+. Gí sắt là hỗn hơp các hợp chát Fc'+.
0 điện cực dương (tinh thể C): Các ion H* trong dung dịch điện li (nêu dung dịch là axit) bị khử thành khí H2: 2H+ + 2e —>H2_
Nếu nước có hòa tan oxi hoặc dung dịch điện li trung tính, ... cũng gây ra sự ăn mòn điện hóa đối với nhiều kim loại. Trong trường hợp này, ó điện cực dương sẽ xảy ra sự khử oxi và nước: 2FFO + o2 + 4e —>4OH'.
Kết quả là Fc bị ăn mòn điện hóa.
BẢN CHẤT CỦA ĂN MÒN ĐIỆN HÓA HỌC
Bản chát ăn mòn điện hóa là một quá trình oxi hóa-khử xãy ra trên bề mặt kim loại. Ớ điện cực âm xảy ra quá trình oxi hóa kim loại. Ớ diện cực dương xảy ra quá trình khử.
CAC BIỆN PHÁP CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI
Cách li kim loại vơi môi trương: Sơn chông gỉ, tráng mạ diện tạo màng...
Chế tạo hợp kim không gỉ (hợp kim inox).
Dùng chât chống ăn mòn (chât kìm hãm, châl ức chê).
Dùng phương pháp điện hóa.
B. BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Ăii mòn kim loại là ỊÒ'.' Có mấy dụnx ăn mòn kim loại '.' Dụtií! Iiùoxũy ru phổ biến lum '.'
Hãy nêu co chẽ' cùu sự ăn mòn diện Itoú.
Nêu lúc liụi cửu sự ăn mòn kim loụi vù cúcli cIiốuị; ÙII mòn kim loỊÍi.
Tronị! lull irưừtlK họp SIIII dây. Irưòiiỉỉ họp nào VII lùn dưọc háo vệ:'
Vó làu thép dưọc nối với tliunh kẽm.
vỏ làu thép được Iiốĩ vói thunh đồniỊ.
Cho lú sắt vùn :
u) Duiiịí dịcli H;SOj Ioũiiịị.
h) 1)1111)1 dịch H:SO4Ioũiiịị có cho them vùi ỊỊÍọl dull); dịch CuSOj.
Nêu hiện tuinifi xiiy ru. ịiiủi thích vù viết phtfililfi Itìnli lioii học Clio cúc phùn IĨII); Xíiy ru irtỉitK mồi trưìniK họp.
Một dây phoi 1/uiỉn úo nồm một doụn dây dồttn nối với IIIỘI doụn dũy thép. Hiện tưọit); IIÌIO suit diiy xuy ru d chỗ nô'i Itui đoạn dây khi dê lâu HịỊÙy '!
,-\. Siil bị iín mòn.	II.	bị ŨII mòn.
c. Sul và dồitỊỊ dều bị ÌÍII mòn.	I). Slit vù dồnn đều khũiiỊỊ bị ŨII mòn.
Hướng dẫn giải
1. • Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trương.
Hậu quá là kim loại bị oxi hóa thành các ion dương bơi các quá trình hóa học hoặc điện hóa.
• *
• cơ hai dạng ăn mòn kim loại là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. Ăn
mòn điện hóa phổ biến hơn.
Ăn mòn hóa học là quá trình 0X1 hóa -khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực liếp đên các chât trong môi trường.
Ví dụ: Các thiết bị bằng gang, thép bị ăn mòn hóa học khi liếp XÚC' với khí clo: 2Fe + 3C12 —> 2FeClj
Hoặc tiếp XÚC với hơi nước ỏ nhiệt độ cao: 3Fe + 4H2O —> Fe3O4 + 4H2
Ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa -khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do lác dụng của dung dịch chài điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương.
Xét cơ chế ăn mòn điện hóa một vật bằng gang, thép:
/. ơ điện cực âm (linh thể Fe): Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành ion Fe2+: Fe-> Fe2+ + 2e. Những ion này tan vào dung dịch điện li và bị oxi hóa tiếp thành ion Fe'+. Gí sắt là hồn hợp các hợp chât Feì+.
Ớ điện cực dươniỊ (tinh thể C): Các ion H+ trong dung dịch điện li (nếu dung dịch là axit) bị khử thành khí H2: 2H+ + 2e -» H2 Nếu riươc có hòa tan oxi hoặc dung dịch điện li trung tính,... cũng gây ra sự ăn mòn điện hóa đối vơi nhiều kim loại. Trong trương hợp này, ở điện cực dương sẽ xảy ra sự khử oxi và nước: 2H2O + 02 + 4e —> 40HL Kết quả là Fe bị ăn mòn diện hóa.
• Tác hại cửa sự ăn mòn kim loại
Sự ăn mòn kim loại gây ra tổn thất lo lớn cho nền kinh tế quốc dân, phải sửa chữa, thay thế nhiều thiết bị máy móc, phương tiện giao thông vận tài, vật liệu xây dụhg...
Cách chống ăn mòn kim loại
Cách li kim loại vơi môi trương: sơn chống gí, tráng mạ điện lạo màng...
Chế lạo hợp kim không gí (hợp kim inox).
Dùng chât chông ăn mòn (chất kìm hãm. chât ức chế).
Dùng phương pháp điện hóa.
• Vơ làu bằng thép được nôi vơi thanh kẽm => vỏ tàu được bão vệ. Vì tính
khử của Zn > Fe, nên Zn —> Zn2+ + 2e => Zn bị ăn mòn (vật hi sinh).
Vỏ tàu bằng thép nối vơi thanh đồng => Vỗ làu không được báo vệ.Vì tính khử của Fe > Cu, nén Fe —> Fe2+ + 2e => Fe bị ăn mơn.
a) Khi cho lá Fe vào dung dịch H2SO4 loãng :
Lúc đầu xuâl hiện bọt khí thoát ra lừ lá sắt, lá sắt tan dần. Sau đơ bọt khí thoát ra chậm dần do bọt khí bám trên bề mặt lá sắt ngăn cản sự tiếp xúc của Fe vơi dung dịch H2SO4: Fe + H2SO4 loãng —» FeSO4 + H2t
b) Khi cho lá sắt vào dung dịch H2SO4 loãng có cho thêm vài giọt dung dịch CuSO4. Lúc đầu bề mặt lá sắt có kim loại màu dơ bám vào, sau đó khí thoát ra nhanh hơn. sắt bị hòa lan nhanh do cơ sự ăn mòn điện hóa
Fe + CuSO4 -» FeSO4 + Cuị
Trong dung dịch H2SO4 lá sắt là cực âm. kim loại Cu là cực dương.
Tại cực âm: Fe bị oxi hóa Fe —> Fe2+ + 2e
Tại cực dương: lon H+ bị khử 2H+ + 2e —» HịT
Chọn A. Vì hội đủ ba điều kiện để ăn mòn điện hoá xảy ra :
Có điện cực Fc-Cu.
Hai điện cực tiếp xúc trực tiếp nhau (nối vơi nhau)
Hai điện cực để ngoài trời lâu ngày (không khí ẩm, co2, H2O) (dung dịch chất điện li).
Vì sắt có tính khử mạnh hơn Cu nên sắt bị ăn mòn. Fe -> Fe2+ + 2e