Bài 20: SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI
B. LỜI GIẢI CHI TIẾT CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
I. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CƠ BẢN.
1. Ăn mòn kim loại là gì? Có mấy dạng ăn mòn kim loại? Dạng nào xảy ra phổ biến hơn?
Trả lời:
- Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh.
- Có hai dạng ăn mòn kim loại là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học
- Trong hai dạng ăn mòn kim loại thì ăn mòn điện hóa học là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiên.
2. Hãy nêu cơ chế của sự ăn mòn điện hóa.
Trả lời:
Cơ chế của sự ăn mòn điện hóa:
- Lấy sự ăn mòn của Fe làm thí dụ. Trong không khí ẩm, trên bề mặt sắt luôn có một lớp nước rất mỏng hòa tan $O_{2}$ và khí $CO_{2}$ trong khí quyển, tạo thành một dung dịch chất điện li. Sắt và tạp chất (chủ yếu là cacbon) cùng tiếp xúc với dung dịch đó tạo nên vô số pin rất nhỏ mà sắt là anot và cacbon là catot.
+ Tại anot: Fe bị oxi hóa thành ion $Fe^{2+}$: Fe → $Fe^{2+}$ + 2e
+ Tại catot: $O_{2}$ hòa tan trong nước bị khử thành ion $OH^{-}$:
$O_{2}+2H_{2}O+4e\rightarrow 4OH^{-}$
- Các ion $Fe^{2+}$ di chuyển từ vùng anot qua dung dịch sang vùng catot và kết hợp với ion $OH^{-}$ tạo $Fe(OH)_{2}$, $Fe(OH)_{2}$ tiếp tục bị không khí oxi hóa thành $Fe(OH)_{3}$, chất này lại bị phân hủy thành $Fe_{2}O_{3}$.
- Gỉ sắt màu đỏ nâu thường thấy có thành phần chính là $Fe_{2}O_{3}$.x$H_{2}O$.
3. Nêu tác hại của sự ăn mòn kim loại và cách chống ăn mòn kim loại.
Trả lời:
- Tác hại của sự ăn mòn kim loại: Khối lượng kim loại bị ăn mòn trung bình hàng năm trên thế giới bằng 20-25% khối lượng kim loại được sản xuất. Sự ăn mòn kim loại gây tổn thất to lớn đến nền kinh tế quốc dân và đời sống của con người.
- Cách chống sự ăn mòn kim loại:
+ Phương pháp bảo vệ bề mặt: Dùng những chất bền vững đối với môi trường để phủ ngoài mặt những đồ vật bằng kim loại như bôi dầu mỡ, sơn, mạ, tráng men,...
+ Phương pháp bảo vệ điện hóa: Bảo vệ điện hóa là dùng một kim loại làm “vật hi sinh” để bảo vệ vật liệu kim loại.
Thí dụ: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép người ta gắn các lá kẽm 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 kẽm là cực âm.
+ Ở điện cực âm (anot): Zn bị oxi hóa: Zn → $Zn^{2+}$ + 2e
+ Ở điện cực dương (catot): $O_{2}$ bị khử: $2H_{2}O+O_{2}+4e\rightarrow 4OH^{-}$
Kết quả là vỏ tàu được bảo vệ và Zn là “vật hi sinh”, nó bị ăn mòn.
4. Trong hai trường hợp sau đây, trường hợp nào vỏ tàu được bảo vệ?
- Vỏ tàu thép (Fe) được nối với thanh kẽm.
- Vỏ tàu thép (Fe) được nối với thanh đồng.
Trả lời:
Trong hai trường hợp, trường hợp vỏ tàu bằng thép được nối với thanh kẽm được bảo vệ. Còn trường hợp vỏ tàu được nối với thanh Cu, vỏ tàu không được bảo vệ và bị ăn mòn, lúc đó vỏ tàu là cực âm: Fe → $Fe^{2+}$ + 2e, còn thanh đồng là cực dương.
5.Cho lá sắt vào:
a) dung dịch $H_{2}SO_{4}$ loãng.
b) dung dịch $H_{2}SO_{4}$ loãng có thêm vài giọt dung dịch $CuSO_{4}$.
Nêu hiện tượng xảy ra, giải thích và viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra trong mỗi trường hợp.
Trả lời:
a) Phương trình hóa học của phản ứng: $Fe+H_{2}SO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+H_{2}$
b)Cho lá sắt vào dung dịch $H_{2}SO_{4}$ loãng có một lượng $CuSO_{4}$ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa học.
$Fe+CuSO_{4}\rightarrow FeSO_{4}+Cu$
Lúc đó có vô số pin điện hóa được tạo thành:
+ Tại cực âm: Fe bị oxi hóa: $Fe\rightarrow Fe^{2+}+2e$
+ Tại cực dương: $O_{2}$ hòa tan trong nước bị khử thành ion $OH^{-}$:
$O_{2}+2H_{2}O+4e\rightarrow 4OH^{-}$
Như vậy, lá Fe bị ăn mòn nhanh hơn là khi không có lượng nhỏ $CuSO_{4}$.
6. Một dây phơi quần áo gồm một đoạn dây đồng nối với một đoạn dây thép. Hiện tượng nào sau đây xảy ra ở chỗ nối hai đoạn dây khi để lâu ngày?
A.Sắt bị ăn mòn.
B. Đồng bị ăn mòn.
C.Sắt và đồng đều bị ăn mòn.
D. Sắt và đồng đều không bị ăn mòn.
Trả lời:
Chọn A. Đoạn dây sắt ở chỗ nối hai đoạn dây khi để lâu ngày sẽ bị ăn mòn.
II. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO
1.Chất nào sau đây trong khí quyển không gây ra sự ăn mòn kim loại?
A.Oxi.
B.Cacbonic.
C.nước.
D.nitơ.
Trả lời:
Chọn A. Trong các chất trên thì chỉ có oxi không gây ra sự ăn mòn kim loại.
2.Phản ứng hóa học nào sau đây xảy ra trong sự ăn mòn kim loại?
A.Phản ứng trao đổi.
B.Phản ứng oxi hóa - khử.
C.Phản ứng thủy phân.
D.Phản ứng axit - bazơ.
Trả lời:
Chọn B. Phản ứng hóa học xảy ra trong sự ăn mòn kim loại là phản ứng oxi hóa - khử.
3. Đinh sắt bị ăn mòn nhanh nhất trong trường hợp nào sau đây?
A. Ngâm trong dung dịch HCl.
B. Ngâm trong dung dịch $HgSO_{4}$.
C. Ngâm trong dung dịch $H_{2}SO_{4}$ loãng.
D. Ngâm trong dung dịch $H_{2}SO_{4}$ loãng có nhỏ thêm vài giọt dung dịch $CuSO_{4}$.
Trả lời:
Chọn D. Đinh sắt bị ăn mòn nhanh nhất trong trường hợp ngâm trong dung dịch $H_{2}SO_{4}$ loãng có nhỏ thêm vài giọt dung dịch $CuSO_{4}$ (xem bài 5 phần Câu hỏi và bài tập cơ bản).
4. Sau một ngày lao động, người ta phải làm vệ sinh bề mặt kim loại của các dụng cụ, thiết bị máy móc. Việc làm này có mục đích chính là gì?
A. Để kim loại sáng bóng đẹp mắt.
B. Để không gây ô nhiễm môi trường.
C. Để không làm bẩn quần áo khi lao động.
D. Để kim loại đỡ bị ăn mòn.
Trả lời:
Chọn D. Việc làm vệ sinh bề mặt kim loại của các dụng cụ, thiết bị máy móc có mục đích chính là để kim loại đỡ bị ăn mòn.
5. Kim loại nào sau đây có khả năng tự tạo ra màng oxit bảo vệ khi để ngoài không khí ẩm?
A.Zn.
B.Fe.
C.Ca.
D.Na.
Trả lời:
Chọn A. Zn có thể tự tạo ra màng oxit bảo vệ khi để ngoài không khí ẩm.
6. Một hợp kim có cấu tạo tinh thể hỗn hợp Cu-Zn để trong không khí ẩm. Hãy cho biết hợp kim bị ăn mòn hóa học hay điện hóa học.
Trả lời:
Hợp kim Cu-Zn để trong không khí ẩm sẽ bị ăn mòn điện hóa học, Zn là cực âm bị ăn mòn và Cu là cực dương không bị ăn mòn.
7. Khi lắp đặt các đường ống bằng thép trong lòng đất thì cứ khoảng vài chục mét người ta lại nối ống thép với một tấm kim loại nhôm hoặc kẽm. Giải thích việc làm này.
Trả lời:
Mục đích là bảo vệ các ống thép bằng phương pháp điện hóa: các lá Zn hoặc Al là cực âm và bị ăn mòn (vật hi sinh) còn ống thép là cực dương không bị ăn mòn điện hóa học.
8. Ngâm 9g hợp kim Cu-Zn trong dung dịch axit HCl dư thu được 896ml khí $H_{2}$ (đktc). Xác định thành phần phần trăm khối lượng của hợp kim.
Giải:
- Phương trình hóa học khi ngâm hợp kim Cu-Zn trong dung dịch HCl (chỉ có Zn phản ứng):
$Zn+2H^{+}\rightarrow Zn^{2+}+H_{2}$
- Ta có: $n_{Zn}$ = $n_{H_{2}}$ = $\large \frac{0,896}{22,4}$ = 0,04mol
- Khối lượng Zn trong hợp kim là: $m_{Zn}$ = 0,04.65 = 2,6g.
- Thành phần phần trăm của Zn trong hợp kim là:
%$m_{Zn}$ = $\large \frac{2,6}{9}$.100% = 28,89%
%$m_{Cu}$ = 100%-28,89% = 71,11%.