Phương pháp chống an mòn kim loại Hóa 12

2.1. Khái niệm về Ăn mòn kim loại

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

• Kim loại bị oxi hoá thành ion dương

  M → Mn+ + ne

2.2. Các dạng ăn mòn

Ví dụ: Cổng sắt bị rỉ sét do ăn mòn hóa học:

\[3Fe+2O_{2}\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}\]

\[3Fe+2H_{2}O\overset{t^{0}}{\rightarrow}Fe_{3}O_{4}+2H_{2}\]

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

b. Ăn mòn điện hóa học

• Thí nghiệm: Ăn mòn điện hóa với 2 điện cực là Zn và Cu
  • ​
  • Giải thích hiện tượng:

    • Điện cực âm [anot]; Zn bị ăn mòn theo phản ứng: Zn → Zn2+ + 2e. Ion Zn2+ đi vào dung dịch, các electron theo dây dẫn sang điện cực Cu.

    • Điện cực dương [catot]: ion H+ của dung dịch H2SO4 nhận electron biến thành nguyên tử H rồi thành phân tử H2 thoát ra. 2H+ + 2e → H2

  • Ăn mòn điện hoá là quá trình oxi hoá – 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 hoá học hợp kim sắt trong không khí ẩm
  • Tại anot: Fe → Fe2+ + 2e; Tại catot: O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

• ​Điều kiện để xảy ra ăn mòn điện hóa học

  • Các điện cực phải khác nhau về bản chất. Cặp KL – KL; KL – PK; KL – Hợp chất hoá học 

  • Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn.

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

2.3. Chống ăn mòn kim loại

• Dùng những chất bền vững với môi trường để phủ mặt ngoài những đồ vật bằng kim loại như bôi dầu mỡ, sơn, mạ, tráng men,…
• Ví dụ: Mạ tượng, sơn phủ bên ngoài đồ vật,...

 

    ​

b. Phương pháp điện hóa

• Nối kim loại cần bảo vệ với một kim loại hoạt động hơn để tạo thành pin điện hoá và kim loại hoạt động hơn sẽ bị ăn mòn, kim loại kia được bảo vệ.

• Ví dụ: Bảo vệ vỏ tàu biển làm bằng thép bằng cách gán vào mặt ngoài của vỏ tàu [phần chìm dưới nước] những khối Zn, kết quả là Zn bị nước biển ăn mòn thay cho thép.

3.1. Bài tập Sự ăn mòn kim loại - Cơ bản

Cho các hợp kim sau: Cu-Fe [I]; Zn-Fe [II]; Fe-C [III]; Sn-Fe [IV]. Khi tiếp xúc với dung dịch chất điện li thì các hợp kim mà trong đó Fe đều bị ăn mòn trước là:

Hướng dẫn:

- Trong cặp điện cực: kim loại – kim loại thì kim loại nào có tính khử mạnh hơn đóng vai trò là cực âm [anot] thì kim loại đó bị ăn mòn khi tiếp xúc với dung dịch chất điện li. [Mẹo: Dựa vào dãy điện hóa của kim loại. .Cái nào càng mạnh thì càng bị ăn mòn. Ví dụ như cặp Cu - Fe. Fe là kim loại mạnh hơn Cu nên Fe bị ăn mòn]

- Trong cặp điện cực: kim loại – phi kim thường hay gặp nhất là Fe – C thì kim loại đóng vai trò là cực âm và bị ăn mòn khi tiếp xúc với dung dịch chất điện li.

- Do vậy các cặp hợp kim thỏa mãn là: I, III, IV. 

Bài 2:

Có 4 dung dịch riêng biệt: CuSO4, ZnCl2, FeCl3, AgNO3. Nhúng vào mỗi dung dịch một thanh Ni. Số trường hợp xuất hiện ăn mòn điện hoá là 

Hướng dẫn:

Ăn mòn điện hóa

điều kiện: 2 kim loại, kim loại - phi kim [gang, thép]

Ni + Cu2+ \[\rightarrow\] Ni2+ + Cu\[\downarrow\]

Ni + Fe3+ \[\rightarrow\] Ni2+ + Fe2+

Ni + Ag+ \[\rightarrow\] Ni2+ + Ag\[\downarrow\]

Vậy số trường ăn mòn điện hóa là 2.

Bài 3:

Nhúng thanh kim loại Fe vào các dung dịch sau: FeCl3; CuCl2; H2SO4 [loãng] + CuSO4; H2SO4 loãng; AgNO3. Số trường hợp thanh kim loại sắt tan theo cơ chế ăn mòn điện hóa là:

Hướng dẫn:

CuCl2; H2SO4 loãng + CuSO4; AgNO3

3.2. Bài tập Sự ăn mòn kim loại - Nâng cao

Cho hỗn hợp X gồm 0,56 gam Fe và Mg tác dụng với 250 ml dung dịch CuSO4. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,92 gam kim loại. Nồng độ mol/l của dung dịch CuSO4 là: 

Hướng dẫn:

Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng :

 \[\begin{array}{l} {n_{Mg}}.\Delta {M_{Cu - Mg}} + {n_{Fe[p/u]}}.\Delta {M_{Cu - Fe}} = {m_{ran}} - {m_{Fe,Mg[ban{\rm{ d}}au]}}\\ \Leftrightarrow 0,005.40 + 8{\rm{x}} = 0,24\\ \Rightarrow x = 0,005 \end{array}\]

Bảo toàn electron:

\[{n_{CuS{O_4}}} = {n_{Mg}} + {n_{Fe[p/u]}} = 0,01[mol] \Rightarrow {C_M} = 0,04M\]

Bài 2: 

Cho một thanh sắt có khối lượng m gam vào dung dịch chứa 0,012 mol AgNO3 và 0,02 mol Cu[NO3]2, sau một thời gian khối lượng của thanh sắt là [m + 1,04] gam. Tính khối lượng của kim loại bám trên thanh sắt?

Hướng dẫn:

Fe + 2Ag+ → Fe2+ + 2Ag
Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
Nếu chỉ có Ag phản ứng ⇒ mKL tăng = 0,012 × 108 - 0,006 × 56 = 0,96 g Có x mol Cu2+ phản ứng
⇒ mKL tăng = 1,04 = [0,012 × 108 + 64x] - [0,006 + x] × 56 ⇒ x = 0,01 mol

⇒ mKL bám = mAg + mCu = 1,936 g

4. Luyện tập Bài 20 Hóa học 12

Sau bài học cần nắm:

• Ăn mòn là gì
• các dạng ăn mòn kim loại gồm những loại nào?
• Biện pháp chống ăn mòn

4.1. Trắc nghiệm

Bài kiểm tra Trắc nghiệm Hóa học 12 Bài 20 có phương pháp và lời giải chi tiết giúp các em luyện tập và hiểu bài.

Câu 3- Câu 5: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

4.2. Bài tập SGK và Nâng cao 

Các em có thể hệ thống lại nội dung bài học thông qua phần hướng dẫn Giải bài tập Hóa học 12 Bài 20.

Bài tập 20.12 trang 45 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.13 trang 45 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.14 trang 45 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.15 trang 45 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.16 trang 45 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.17 trang 45 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.18 trang 45 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.19 trang 45 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.20 trang 46 SBT Hóa học 12

Bài tập 20.21 trang 46 SBT Hóa học 12

Bài tập 1 trang 136 SGK Hóa học 12 nâng cao

Bài tập 4 trang 136 SGK Hóa học 12 nâng cao

5. Hỏi đáp về Bài 20 Chương 5 Hoá học 12

Trong quá trình học tập nếu có bất kì thắc mắc gì, các em hãy để lại lời nhắn ở mục Hỏi đáp để cùng cộng đồng Hóa HOC247 thảo luận và trả lời nhé.

♦  Dùng những chất bền vững với môi trường để phủ mặt ngoài những đồ vật bằng kim loại như bôi dầu mỡ, sơn, mạ, tráng men,… 

Thí dụ: 

Sắt tây là sắt được tráng thiếc, tôn là sắt được tráng kẽm. Các đồ vật làm bằng sắt được mạ niken hay crom. 

2. Phương pháp điện hoá là gì?

 Định nghĩa

♦  Nối kim loại cần bảo vệ với một kim loại hoạt động hơn để tạo thành pin điện hoá và kim loại hoạt động hơn sẽ bị ăn mòn, kim loại kia được bảo vệ.

 Thí dụ: 

Bảo vệ vỏ tàu biển làm bằng thép bằng cách gán vào mặt ngoài của vỏ tàu [phần chìm dưới nước] những khối Zn, kết quả là Zn bị nước biển ăn mòn thay cho thép.

Trung tâm gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng xin giới thiệu KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ BIỆN PHÁP CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI nhằm hỗ trợ cho các bạn có thêm tư liệu học tập. Chúc các bạn thành công trong học tập.

 

I. KHÁI NIỆM

 

 - Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường.
      M  → Mn+ + ne 

II. PHÂN 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.

1. Ăn mòn hóa học

 - Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại phản ứng trực tiếp với các chất oxi hóa trong môi trường [các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường] và không có xuất hiện dòng điện.

 - Ăn mòn hóa học thường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên tiếp xúc với hơi nước và khí oxi…

Ví dụ:
  3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

  2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

  3Fe + 2O2 → Fe3O4

2. Ăn mòn điện hóa học

a. Thí nghiệm

- Rót dung dịch H2SO4 loãng vào cốc thủy tinh rồi cắm hai lá kim loại khác nhau, một lá Zn và một lá Cu vào cốc. Nối hai kim loại bằng một dây dẫn có mắc nối tiếp với một điện kế. 

b. Hiện tượng

 - Khi chưa nối hai dây dẫn, lá Zn bị hòa tan và bọt hiđro thoát ra ở bề mặt lá Zn.

 - Khi nối dây dẫn, lá Zn bị ăn mòn nhanh trong dung dịch điện li, kim điện kế bị lệch, bọt khí H2 thoát ra cả ở lá Cu.

c. Giải thích
 - Khi chưa nối dây dẫn, Zn bị ăn mòn hóa học do phản ứng: 

   Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

   nên bọt khí H2 sinh ra trên bề mặt thanh Zn
 - Khi nối hai thanh Cu và Zn bằng một dây dẫn, một pin điện hóa Zn – Cu được hình thành [pin Vôn-ta], trong đó Zn đóng vai trò cực âm. Các electron đã di chuyển từ cực âm [Zn] đến cực dương [Cu] tạo ra dòng điện một chiều làm kim điện kế bị lệch và làm tăng mật độ electron trên thanh Cu. Nhờ đó một phần H+ đến nhận electron trên thanh Cu và bị khử thành H2 làm sủi bọt khí trên thanh Cu:

    2H+ + 2e → H2
 - Phản ứng điện hóa chung xảy ra trong pin: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2
* Kết luận: 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 có sự xuất hiện dòng điện

d.  Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học: đồng thời cả 3 điều kiện sau:  - Các điện cực phải khác nhau về bản chất. Có thể là cặp hai kim loại khác nhau, kim loại – phi kim hay kim loại – hợp chất. Kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn là cực âm  - 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

e. Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt [gang, thép] trong không khí ẩm

 - 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 chứa H2O, CO2, O2…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 → Fe2+ + 2e
 - Ở cực dương xảy ra sự khử: 2H+ + 2e → H2 

                                                 O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
 - Tiếp theo: Fe2+ + 2OH- → Fe[OH]2
                    4Fe[OH]2 + O2[kk] + 2H2O → 4Fe[OH]3
 - Theo thời gian Fe[OH]3 sẽ bị mất nước tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe2O3.xH2O

III. CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

1. 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. Nếu lớp bảo vệ bị hư, kim loại sẽ bị ăn mòn.

  Ví dụ: Sắt tây là sắt tráng thiếc dùng làm hộp đựng thực phẩm vì thiếc là kim loại khó bị oxi hóa ở nhiệt độ thường, màng oxit thiếc mỏng và mịn cũng có tác dụng bảo vệ thiếc và thiếc oxit không độc lại có màu trắng bạc khá đẹp. Thiếc là kim loại mềm, dễ bị sây sát. Nếu vết sây sát sâu tới lớp sắt bên trong thì sẽ xảy ra ăn mòn điện hóa học, kết quả là sắt bị ăn mòn nhanh.

2. Phương pháp điện hóa

 - Phương pháp bảo vệ điện hóa là dùng một kim loại có tính khử mạnh hơn làm vật hi sinh để bảo vệ vật liệu kim loại. Vật hi sinh và kim loại cần bảo vệ hình thành một pin điện, trong đó vật hi sinh đóng vai trò cực âm và bị ăn mòn Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn chặt những tấm kẽm vào phần vỏ tàu ngâm trong nước biển. Vì khi gắn miếng Zn lên vỏ tàu bằng thép sẽ hình thành một pin điện, phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, các lá Zn là cực âm và bị ăn mòn theo cơ chế:

 - Ở anot [cực âm]:

               Zn → Zn2+ + 2e
 - Ở catot [cực dương]:

               2H2O + O2 + 4e → 4OH-
* Kết quả là vỏ tàu được bảo vệ, Zn là vật hi sinh, nó bị ăn mòn.

Trung tâm luyện thi, gia sư - dạy kèm tại nhà NTIC Đà Nẵng

LIÊN HỆ NGAY VỚI CHÚNG TÔI ĐỂ BIẾT THÊM THÔNG TIN CHI TIẾT

ĐÀO TẠO NTIC  

Địa chỉ: Đường nguyễn lương bằng, P.Hoà Khánh Bắc, Q.Liêu Chiểu, Tp.Đà Nẵng
Hotline: 0905540067 - 0778494857 

Email: