Title Bài 22. Ăn mòn kim loại - GV.pdf ✅

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 1 1. Khái niệm: Thép để lâu ngoài không khí ẩm thường tạo thành gỉ sắt có màu nâu đỏ (Hình 22.1a); Vật bằng đồng để lâu trong tự nhiên có thể tạo thành gỉ đồng màu xanh (Hình 22.1 b). Nhiều kim loại và hợp kim để lâu trong tự nhiên cũng có hiện tượng tương tự như vậy. Hiện tượng này được gọi là sự ăn mòn kim loại. Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của các chất trong môi trường, trong đó kim loại bị oxi hoá. 2. Các dạng ăn mòn kim loại trong tự nhiên: Tuỳ theo cơ chế của sự ăn mòn, người ta chia ăn mòn kim loại thành hai loại: ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá. a) Ăn mòn hoá học: Khi để kim loại trong không khí, có thể xảy ra hiện tượng ăn mòn hoá học. Nguyên nhân của hiện tượng trên là do xảy ra phản ứng oxi hoá - khử trực tiếp giữa kim loại với các chất oxi hoá có trong môi trường. Ví dụ: Bộ phận của thiết bị lò đốt bằng sắt bị ăn mòn bởi khí oxygen: 3Fe(s) + 2O2(g) o ⎯⎯→t Fe3O4(s) b) Ăn mòn điện hoá: Sự ăn mòn điện hoá kim loại xảy ra khi có sự tạo thành pin điện. Ví dụ: Sự ăn mòn điện hoá kim loại trong không khí ẩm. Trong không khí ẩm, trên bề mặt của gang thép luôn có một lớp nước mỏng đã hoà tan khí oxygen và carbon dioxide tạo thành dung dịch chất điện li. Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) cùng tiếp xúc với dung dịch đó, tạo nên vô số pin điện hoá rất nhỏ mà anode là sắt và cathode là carbon. Ở anode, xảy ra quá trình oxi hoá: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e Ở cathode, xảy ra quá trình khử: 1 2 O2(g) + H2O(l) + 2e → 2OH – (aq)
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 2 Fe2+ tiếp tục bị oxi hoá bởi oxygen không khí, tạo thành gỉ sắt có thành phần chính là Fe2O3nH2O. Điều kiện của quá trình ăn mòn điện hoá: Hai kim loại khác nhau hoặc một kim loại và một phi kim; Chúng tiếp xúc với nhau trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua dây dẫn điện và cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li. Ví dụ 1. Sự phá huỷ kim loại hay hợp kim do kim loại tác dụng trực tiếp với các chất oxi hoá trong môi trường được gọi là A. sự khử kim loại. B. sự biến đổi của kim loại. C. sự ăn mòn kim loại. D. sự nhận electron của kim loại. Ví dụ 2. Hãy tìm hiểu và cho biết các yếu tố nào có thể gây nên sự ăn mòn kim loại. Cho biết bản chất của quá trình này. Đáp án: - Các yếu tố có thể gây nên sự ăn mòn kim loại: các chất trong môi trường như O2, hơi nước, các acid yếu có trong nước mưa, các muối có trong nước biển ... - Bản chất của quá trình ăn mòn kim loại là phản ứng oxi hoá – khử. Ví dụ 3. Phân biệt ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá. Đáp án: So sánh Ăn mòn hoá học Ăn mòn điện hoá Điều kiện Kim loại tiếp xúc trực tiếp với các tác nhân oxi hoá như oxygen, acid, muối ... Hai kim loại khác nhau (hoặc kim loại và phi kim) tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau thông qua dây dẫn và cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li. Bản chất Là quá trình oxi hoá – khử trong đó electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường. Là quá trình ăn mòn kim loại do sự tạo thành pin điện hoá. Ví dụ 4. Thí nghiệm: Sự ăn mòn điện hoá sắt Chuẩn bị: Hoá chất: Đinh sắt mới, nước. Dụng cụ: Ống nghiệm (hoặc cốc thuỷ tinh), giá ống nghiệm. Tiến hành: - Cho đinh sắt vào ống nghiệm. Thêm tiếp khoảng 3 mL nước. - Để ống nghiệm trong không khí khoảng 3 ngày. Thực hiện yêu cầu sau: Hãy nêu hiện tượng quan sát được ở ống nghiệm và giải thích. Đáp án: Hiện tượng: đinh sắt bị gỉ, có lớp chất rắn màu nâu đỏ lắng dưới đáy ống nghiệm. Giải thích: Nước có hoà tan khí oxygen và khí carbon dioxide tạo thành dung dịch chất điện li. Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) cùng tiếp xúc với dung dịch đó tạo nên vô số pin điện hoá rất nhỏ mà anode là sắt và cathode là carbon. Ở anode, xảy ra quá trình oxi hoá: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e Ở cathode, xảy ra quá trình khử: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- Do đó, đinh sắt bị ăn mòn tạo thành gỉ sắt. Ví dụ 5. Tiến hành thi nghiêm theo các bước sau: Bước 1: Cho 1 viên kẽm (zinc, Zn) vào ống nghiêm chứa 5 mL dung dịch H2SO4 1 M. Để yên khoảng 2 phút
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 3 Bước 2: Sau bước 1, nhỏ tiếp 5 giọt dung dịch CuSO4 1M vào ống nghiệm trên. Mỗi phát biểu sau đây là đúng hay sai? a. Ở bước 1, viên kẽm tan và có khí không màu thoát ra. b. Ở bước 2 , xuất hiện chất rắn màu trắng bám trên viên Zn. c. Ở bước 2 , tốc độ thoát khí tăng lên so với thời điểm cuối bước 1. d. Ở bước 1, nếu thay dung dịch H2SO4 1M bằng dung dịch HCl 1 M thì tốc độ hoà tan Zn vẫn không đổi. Đáp án: Bước 1: xảy ra ăn mòn hóa học: Zn + 2H+ ⎯⎯→ Zn2+ + H2 Bước 2: xảy ra ăn mòn điện hóa: Zn + Cu2+ ⎯⎯→ Zn2+ + Cu, đồng sinh ra bám vào thanh Zn tạo thành cặp điện cực Zn-Cu. Tốc độ ăn mòn điện hóa nhanh hơn ăn mòn hóa học. a. Đúng. b. Đúng. c. Đúng. d. Sai. Tốc độ hòa tan Zn giảm do nồng độ H + (HCl) < H+ (H2SO4). Ví dụ 6. Một số hiện tượng ăn mòn thép trong đời sống: (a) Thép bị gỉ trong không khí khô. (b) Thép bị gỉ trong không khí ẩm. (c) Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển. Hãy cho biết các hiện tượng ăn mòn thép trên thuộc loại ăn mòn hóa học hay ăn mòn điện hóa. Giải thích. Đáp án: (a) Thép bị gỉ trong không khí khô thuộc loại ăn mòn hoá học vì thép bị oxi hoá trực tiếp bởi O2 trong không khí. (b) Thép bị gỉ trong không khí ẩm thuộc loại ăn mòn điện hoá vì trong không khí ẩm, trên bề mặt thép luôn có lớp nước mỏng đã hoà tan khí oxygen và carbon dioxide tạo thành dung dịch chất điện li. Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) thành phần của thép tiếp xúc với dung dịch đó, tạo nên vô số pin điện hoá rất nhỏ mà anode là sắt và cathode là carbon. (c) Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển thuộc loại ăn mòn điện hoá vì trong nước biển chứa nhiều muối (chủ yếu NaCl) đóng vai trò là dung dịch chất điện li. Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) thành phần của thép tiếp xúc với dung dịch đó, tạo nên vô số pin điện hoá rất nhỏ mà anode là sắt và cathode là carbon. Ví dụ 7. Những trường hợp nào sau đây có xảy ra ăn mòn điện hoá? Giải thích. (a) Cho một mẩu sodium vào dung dịch copper(II) sulfate. (b) Nhúng một thanh kẽm vào dung dịch silver nitrate. (c) Nhúng một thanh sắt vào dung dịch iron(III) chloride. (d) Cho nước vào hỗn hợp bột magnesium, sắt và muối ăn. (e) Trộn bột Zn vào bột CuSO4. (g) Nối một sợi dây nhôm với một sợi dây đồng rồi để lâu trong không khí ẩm. Đáp án: (a) Không có ăn mòn điện hoá. (b) + 2+ Zn(s)+2Ag (aq) Zn (aq)+2Ag(s) ⎯⎯→ Anode: Zn ⎯⎯→ Zn2+ + 2e Cathode: Ag+ +1e ⎯⎯→ Ag (c) 3+ 2+ Fe(s)+2Fe (aq) 3Fe (aq) ⎯⎯→ , không có cặp hai kim loại hay kim loại phi kim nên không xảy ra ăn mòn điện hoá. (d) Mg đóng vai trò là anode, Fe đóng vai trò là cathode, nước hoà tan NaCl tạo thành dung dịch chất điện li, nên xảy ra ăn mòn điện hoá. (e) Ở dạng rắn, hai chất không phản ứng với nhau, không đủ điều kiện xảy ra ăn mòn điện hoá.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 6. ĐẠI CƯƠNG KIM LOẠI 4 (g) Khi sợi dây đồng được nối với một dây nhôm để ngoài không khí ẩm sẽ hình thành một pin điện hoá, trong đó nhôm (Al) là cực âm (anode); đồng (Cu) là cực dương (cathode). Ở anode xảy ra quá trình: Al → Al3+ + 3e Ở cathode xảy ra quá trình: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- Do đó Al bị ăn mòn điện hoá. Ví dụ 8. Trong không khí ẩm, các vật dụng, thiết bị làm bằng gang, thép rất dễ bị ăn mòn và bị phá huỷ ở điều kiện thường. Mỗi phát biểu sau đây đúng hay sai là đúng hay sai? a. Gang, thép carbon bị phá huỷ chủ yếu do ăn mòn điện hoá học. b. Chất oxi hoá trong quá trình ăn mòn là oxygen trong không khí. c. Khi để trong không khí ẩm, trên bề mặt gang và thép xuất hiện vô số pin điện hoá. d. Các electron của sắt (iron) được chuyển trực tiếp cho oxygen trong không khí. Đáp án: a. Đúng. b. Đúng. c. Đúng. d. Sai. Electron di chuyển từ cực âm (anode) là sắt đến cực dương (cathode) là carbon thông qua dung dịch điện li. Có hai phương pháp phổ biến bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn là phương pháp điện hoá và phương pháp phủ bề mặt. 1. Phương pháp điện hoá: Nguyên tắc bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn bằng phương pháp điện hoá là gắn lên kim loại cần bảo vệ một kim loại khác hoạt động hoá học mạnh hơn. Khi đó, kim loại hoạt động hoá học mạnh hơn bị ăn mòn. Ví dụ: Để bảo vệ tàu biển làm bằng thép, người ta gắn các tấm kẽm lên vỏ tàu (phần chìm dưới nước). 2. Phương pháp phủ bề mặt: Phương pháp phủ bề mặt ngăn kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường bằng cách: Phủ kim loại cần bảo vệ bằng các kim loại khác không bị gỉ như Au, Sn, Zn. Ví dụ: Vỏ đồng hồ mạ vàng; tráng thiếc lên lá thép (sắt tây); tráng kẽm lên lá thép (tôn). Phủ kim loại cần bảo vệ bằng các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ như sơn, dầu, mỡ,... Ví dụ: Các đồ vật bằng sắt thường được sơn hoặc tra dầu, mỡ. EM CÓ BIẾT Ăn mòn kim loại xảy ra phổ biến và gây thiệt hại kình tế, nhất lằ ăn mòn thép tạo gỉ sắt. Gỉ sắt làm thay đổi tính chất cơ học vốn có của thép, gây mất an toàn. Khoảng 25% thép được sản xuất tai Mỹ chỉ để thay thế thép bị ăn mòn khi sử dụng.