tổng hợp câu hỏi ôn tập môn công nghệ điện hóa

tổng hợp câu hỏi ôn tập môn công nghệ điện hóa

Câu 1: Trình bày bản chất điện hóa của ăn mòn trong dung dịch nước?

- Phản ứng ở catot quan trọng đối với ăn mòn là rất ít Phản ứng đơn giản và haygặp nhất là phản ứng thoát H2 trong môi trường axit Ngoài ra còn có các phản ứngkhử khác như:

Câu 2: Nêu các khái niệm về phân cực catot, anot?

- Phân cực catot là sự dịch chuyển điện thế điện cực về phía âm hơn so với điện thế

ăn mòn, hầu như phản ứng hòa tan kim loại ngừng hẳn

Muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn 1chiềuhay nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện cực âm hơn Trong cả 2trường hợp kim loại cần bảo vệ đều đóng vai trò catot nên tốc độ ăn mòn giảm

- Phân cực anot: là sự dịch chuyển điện thế giữa cực về phía dương hơn so với điệnthế ăn mòn cho đến khi kim loại rơi vào trạng thái thụ động

Muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực dương của nguồn 1chiều hay nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện cực dương hơn.Trong cả 2 trường hợp kim loại cần bảo vệ là axit

Câu 3: Trình bày nội dung năng lượng tự do và thế điện cực?

Câu 4: Nêu khái niệm dãy điện thế điện cực tiêu chuẩn, mô tả điện cực so sánh hidro tiêu chuẩn?

- Do không thể đo giá trị tuyệt đối của thế điện cực nên phải đo sự chênh lệch thếcủa phản ứng đơn với 1 điện cực so sánh Thường sử dụng điện cực H2 làm điệncực so sánh tuy giá trị tuyệt đối của nó là khác không nhưng người ta quy ước nóbằng 0

- Điện cực so sánh H2 tiêu chuẩn gồm: 1 tấm platin nhúng trong dung dịch axit cóhoạt độ là 1, H2 được thổi vào dưới áp suất 1atm Thường điện cực Pt được phủ 1lớp bụi Pt để tăng điện tích điện cực và khống chế giải phóng H2 Thế điện cựckẽm khi nối với điện cực so sánh H2 có giá trị đo được là 0,76V

Câu 5: Trình bày nội dung và biểu thức định luật Faraday?

- Phản ứng điện hóa tạo ra electron hoặc tiêu thụ electron dòng electron được đobằng cường độ dòng điện (A) Theo định luật Faraday tỉ lệ giữa khối lượng chấtphản ứng với dòng điện được xác định như sau:

m= a I t n F (1)

a: là khối lượng nguyên tử

I: cường độ dòng điện

Câu 6: Nêu các khái niệm phân cực và phân cực hoạt hóa?

- Phân cực là sự dịch chuyển điện thế điện cực khỏi thế cân bằng gây ra do phảnứng tổng trên bề mặt đối với các phản ứng đơn

- Phân cực catot: Các electron dịch chuyển đến bề mặt do phản ứng chậm và gâynên điện thế bề mặt âm hơn do vậy phân cực catot được xác định có giá trị âm

- Phân cực anot: Electron lấy ra khỏi bề mặt sự thiếu hụt electron gây ra sự thayđổi điện thế, điện thế dịch chuyển về phía dương hơn do vậy phân cực anot có giátrị dương

* Phân cực hoạt hóa:

- Khi 1 giai đoạn nào của phản ứng chẫm sẽ khống chế tốc độ dòng electron, lúcnày ta nói phản ứng bị khống chế bởi sự chuyển điện tích và gây ra sự phân cựchoạt hóa

Xét phản ứng: 2H+ + 2e  H2 Trên bề mặt sẽ có 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: H+ phản ứng với electron trên bề mặt kim loại hình thành H hấp phụtrên bề mặt H+ +e  Hhấp phụ

+ Giai đoạn 2: 2 Hhấp phụ phản ứng với nhau tạo phân tử H2

na, nc lần lượt là quá thế anot, catot

- Tương tự như trên xét phản ứng:

- Kt, Kn lần lượt là hằng số cho phản ứng thuận và nghịch.

i0 là một hàm của năng lượng hoạt hóa Khi phân cực catot hay có quá thế (βc) trên

bề mặt điện cực thì tốc độ phản ứng phóng điện giảm và quá trình ion hóa tăng lên.Điều này có được bằng việc giảm năng lượng hoạt hóa cho phản ứng phóng điệnmột lượng năng lượng αn.F.nc và tăng cho phản ứng ion hóa 1 lượng (1-α).n.F.nc.Thừa số α và (1-α) là tỷ lệ của nc tham gia vào phản ứng phóng điện và ion hóa.Tốc độ phóng điện ở catot và anot sẽ trở thành:

ic = K’

t.Exp(-∆ G∗thuận−∝ n F n RT c)

ia = K’

n Exp (- ∆ G∗nghịch (1−∝) n F n RT c)

- Khi phản ứng ở catot xảy ra thuận lợi thì dòng tổng sẽ là itổng c = ic- ia

- Khi phản ứng ở anot thuận lợi thì dòng tổng sẽ là itổng a = ia- ic

Câu 7: Trình bày nội dung của phân cực nồng độ?

- Ở tốc độ phản ứng cao, phản ứng khử catot sẽ làm giảm nồng độ các hạt mangđiện trong dung dịch gần điện cực Thế của ion H+: eH+/H2 tính theo phương trìnhNest là một hàm của nồng độ ion H+ hay hoạt độ ion H+

eH+/H2 = e0H+/H2 + 2,3 R T n F log ((H +¿¿ ¿ 2 ¿ ¿P H 2) ¿ ¿

- Nồng độ ion H+ trong dung dịch bị khống chế bởi phân cực nồng độ Rỏ ràng

eH+/H2 giảm khi hoạt độ của ion H+ giảm tại bề mặt Sự giảm này gọi là phân cựcnồng độ, nnồng độ là 1 hàm của mật độ dòng điện

iL = D n F C δ B

D: Độ khuếch tán của hạt tham gia phản ứng do vậy iL tăng khi nồng độ CB trongdung dịch cao, nhiệt độ cao, khuấy trộn dung dịch

Câu 8: Nêu khái niệm và biểu thức của phân cực kết hợp?

- Phân cực catot tổng là tổng của phân cực nồng độ và hoạt hóa

ntổng, c = nhoạt hóa, c + nnồng độ, c

ntổng, c = β.C.logi c

i0+= 2,3 R T n F log [1- i i c

0]

Câu 9: Trình bày cấu trúc và hợp phần màng thụ động?

- Cấu trúc mà nhiều nhà nghiên cứu đưa ra của màng mỏng thụ động trên Fe là lớpdưới Fe3O4, lớp ngoài là γ- Fe2O3, lớp trong Fe3O4 được cho là cấu trúc khuyết tật

và vì thế dẫn được điện

- Màng thụ động thường có đặc tính của bán dẫn loại n mang các điện tích âmthừa Màng thụ động của nhiều hợp kim chứa đựng các nguyên tố hợp kim, đặcbiệt là Crom hình thành mang axit rất bền với Fe Các hợp kim và kim loại nguyênchất có những tính chất khác nhau và hay thay đổi như là 1 hàm của thế áp đặt vàothành phần của hợp kim.

- Nhà bác học Evans đóng góp những công trình đầu tiên trong việc đưa ra lýthuyết màng axit thụ động đã tách màng, cách ly màng axit dày khỏi bề mặt sắttrong hợp kim với Crom Cả 2 có cùng cấu trúc và thành phần nhưng màng Cromatđược hình thành do phá màng thụ động trong suốt quá trình cách ly

- Một đồng nghiệp của Evans đã nhấn mạnh: Tầm quan trọng của oxi hấp phụ chấthóa học trong việc hình thành màng thụ động, màng hấp phụ không chỉ là 1 ràongăn cản sự hòa tan anot mà giới hạn động học giảm mật độ dòng trao đổi i0 chophản ứng hòa tan oxi hấp phụ hóa học thuận lợi khi có mặt các electron phân lớp dchưa ghép đôi trong kim loại chuyển tiếp Trong hợp kim Fe-Cr Crom là hợp chấtnhận electron phân lớp d chưa ghép đôi từ Fe Hợp kim với Crom < 12%, khoảngtrống electron d chưa ghép đôi trong Crom bị lấp đầy từ Fe dư và hợp kim giốngnhư Fe Không hợp kim, không bị thụ động trong dung dịch loãng đã tách khí Nếutrong hợp kim > 12% Crom hợp kim bị thụ động trong dung dịch như thế vì cácelectron phân lớp d chưa cặp đôi luôn sẵn có cho hấp phụ thuận lợi, màng dày lên,cation kim loại được giả sử đi vào màng từ kim loại nằm dưới cũng như ion H+ từdung dịch Ion H+ hay OH- đóng vai trò trong việc hình thành màng thụ động Do

Fe trong dung dịch amoniac, các dung dịch tương tự không phải nước không thấythụ động hoạt động Mặc dù điện thế oxi hóa khử có thể đo được cho oxi Hiệntượng hoạt động không có trong các dung dịch tương tự khác

- Hấp phụ là giai đoạn đầu trong quá trình hình thành và phát triển màng Tốc độ

ăn mòn bị ức chế trong vùng thế thụ động là vì màng oxit hay giới hạn động học là

1 trong những vấn đề đang thảo luận hiện nay Màng oxit có thể giảm và màng hấpphụ có thể hình thành rào cản

Câu 10: Trình bày nội dung của phương pháp ngoại suy Tafel?

- Phương pháp này được giới thiệu để mô tả lý thuyết điện thế hỗn hợp ăn mòntrong dung dịch nước Để ngoại suy đúng yêu cầu phản ứng đơn phải được khốngchế bằng quá trình chuyển điện tích Trên đường cong phân cực phải có 1 đoạnthẳng để có độ chính xác, cách xác định: iam bằng ngoại suy Tafel Điều này thật sựkhó đạt được trong dung dịch loãng lúc này phân cực nồng độ và điện trở ohm ảnhhưởng giống nhau ở mật độ dòng cao hơn Tuy nhieenn 1 cách tương đối trong giớihạn của ngoại suy tafel iam luôn bằng mật độ dòng giới hạn iL trong phân cực nồng

độ khi khuếch tán khống chế quá trình, thế phân cực nói chung phụ thuộc vào thờigian và cần xem xét cẩn thận để có được đường cong phân cực ổn định phản ảnhphân cực ăn mòn thưc Trong một chừng mực nào đó thì phân cực catot nhanh vàthuận nghịch hơn phân cực axit

Câu 11: Trình bày nội dung của phương pháp điện trở phân cực?

- Có được từ lý thuyết điện thế hỗn hợp Xét đường cong phân cực với quá trìnhanot, catot bị khống chế bởi quá trình chuyển điện tích:

βa, βc hằng số Tafel.

Iam tốc độ ăn mòn

εc εa quá thế catot, anot

Khi ε 0 lấy đi vi phân ta có:

Câu 12: Để bảo vệ nhôm và hợp kim nhôm người ta cần phải làm gì?

- Để bảo vệ nhôm và hợp kim nhôm người ta tạo trên bề mặt nó 1 lớp axit bằng

phương pháp hóa học hoặc điện hóa Màng oxit dày hoặc mỏng tùy theo điều kiệnoxi hóa Màng có thể dày đến hằng trăm muycromet Màng có độ rắn cao có khảnăng hấp thụ màu, thấm dầu mỡ tốt nên có thể làm việc ở nơi có ma sát cao Saukhi oxi hóa màng được đem đi nhuộm màu vô cơ hoặc hữu cơ Màng oxit nhôm cóthể hình thành trên bề mặt nhôm bằng phương pháp điện hóa hay hóa học

Câu 13: Trình bày nội dung phương pháp điện hóa trong quá trình oxi hóa nhuộm màu nhôm?

* Cơ cấu màng oxit:

- Màng có 2 lớp: lớp mỏng sít chặt sát bề mặt nhôm cấu tạo từ oxit nhôm ngậmnước chiều dày 0,01-0,1μm lớp bên ngoài ngậm nước nhiều hơn khi nhúng nhômm lớp bên ngoài ngậm nước nhiều hơn khi nhúng nhômvào dung dịch ở anot nhôm có quá trình hòa tan điện hóa nhôm

Al Al3+ +3e

Đồng thời nhôm tác dụng với dung dịch điện phân theo phản ứng:

Al2O3 + 3H2SO4  Al2(SO4)3 + 3H2O

- Hòa tan màng này sẽ tạo ra các lỗ xốp Ở catot xảy ra quá trình khử:

2H+ + 2e  H2

Khi hình thành lỗ xốp O2-, O khuếch tán qua màng ở đáy các lỗ xốp và hình thành

Al2O3 Phần này sẽ tiếp tục phát triển làm dày them màng oxit Đồng thời phầnmàng ở phía trên sẽ bị hòa tan do vậy chiều dày của màng hầu như không đổi, phầntrên các lỗ xốp có dạng hình côn

- Trong các lỗ xốp có các phản ứng hidrat hóa:

Al2O3 + H2O  Al2O3.H2O

Al2O3 + 3H2O  Al2O3.3H2O

Al2O3.nH2O + H2SO4  Al2(SO4)3 + (n+3)H2O

* Dung dịch và chế độ điện phân:

- Dung dịch H2SO4 từ 180-200g/l để ở nhiệt độ phòng, mật độ dòng anot từ 1,5-2A/

dm2, thời gian oxi hóa từ 40-50 phút

* Nhuộm màu nhôm:

- Màng oxit nhôm xốp nên có khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ đôi khi cácchất màu tác dụng với màng oxit tạo các hợp chất hóa học Các chất màu vô cơhình thành do các phản ứng tạo chất màu

Câu 14: Để nhuộm vàng da cam nhôm người ta tiến hành như thế nào?

- Xử lý bề mặt nhôm trước khi oxi hóa

- Oxi hóa điện hóa nhôm trong axit rồi nhúng vào dung dịch K2Cr2O4 trong 30phút Sau đó lại nhúng vào dung dịch AgNO3

- Màu vàng da cam có được do phản ứng:

AgNO3 + K2Cr2O4  Ag2CrO4 + KNO3

Câu 15: Nêu khái niệm photphat hóa kim loại?

- Phốt phát hóa kim loại là quá trình tạo màng bảo vệ trên bề mặt chi tiết Mànggồm các muối phốt phát của Fe, Mn, Zn hay hỗn hợp các muối này Màng phốtphát có độ bền không cao do xốp nên độ bền ăn mòn kém nhưng lại có khả nănghấp phụ tốt nên làm nền để sơn hoặc gia công thêm trong dung dịch Cr2O4 rồi thấmdầu để bịt kín các lỗ xốp sẽ tăng độ bền ăn mòn, màng phốt phát hóa rẽ tiền tạo nềntốt cho sơn Tính bảo vệ của màng phốt phát phụ thuộc nồng độ muối phốt pháttrong dung dịch, thời gian, thành phần thép và trạng thái bề mặt trước khi phốt pháthóa Lớp phốt phát tan trong nước ở nhiệt 250C là 1,5 mg/l, ở 900C là 10,6g/l tanmạnh trong axit và kiềm

Câu 16: Nội dung của phốt phát hóa thường?

- Nhúng mấu thép vào dung dịch muối phốt phát ở dạng hòa tan như Zn, Mnthường dùng là muối majep hay dạng mon phốt phát ở nhiệt độ thường muối monophốt phát có phân hủy nhưng không đáng kể:

Me(H2PO4)2 MeHPO4 + H3PO4

- Khi đun nóng: Me(H2PO4)2 (xúc tác t0) MeHPO4 + Me3(PO4) + H3PO4

- Nhúng thép vào dung dịch phốt phát hóa sẽ xảy ra 2 quá trình:

- Nhiệt độ cao thì mono phốt phát dễ phân hủy do đó MeHPO4 và Me3(HPO4)2 cóthế kết tủa trên bề mặt thép và gang ngay cả trong dung dịch Nếu khống chế nhiệt

độ thấp thì thời gian phốt phát hóa kéo dài Thời gian phốt phát hóa phụ thuộc vào:+ Thành phần kim loại

+ Phương pháp gia công bề mặt trước khi phốt phát hóa

+ Tỷ số axit chung và axit tự do

+ Nhiệt độ

- Thành phần và chế độ phốt phát hóa:

[nFe(H2PO4)2.[mMn(H2PO4)2] : 30-35g/l

Nhiệt độ: 97 -990C, thời gian 40-80 phút

Câu 17: Trình bày nội dung của phương pháp Crôm mát hóa bề mặt kim loại?

- Lớp Crôm mát bề mặt kim loại: Al, Mg, Zn, Cd, Sn, Cu, Ag bám tốt, bền ăn mòn.Màu sắc: xanh lam, vàng, xanh lục, đen là những hợp chất của Cr3 có mặt Cr6 Khảnăng chống ăn mòn của lớp Crôm mát không phải do sự thụ động về mặt kim loại

mà khi có mặt Crôm mát tác dụng của độ ẩm môi trường Hàm lượng trong lớp bềmặt càng cao, chiều dày càng dày thì độ bền ăn mòn cao Cường dộ màu của lớpCrom mát phụ thuộc tỷ lệ Cr3/Cr6

- Phương pháp Crom mát có 2 giai đoạn:

Câu 18: Trình bày cấu trúc của hạt keo vô cô trong dung dịch Tính chất của hạt keo?

* Cấu trúc hạt keo:

- Hạt keo gồm 3 phần:

+ Nhân hạt keo: Là tập hợp nhiều phần tử rắn liên kết với nhau, được bao bọc bởi 1lớp vỏ ion Sựu hấp phụ 1 loại ion nào đó trong dung dịch tạo nên lớp vỏ ion này.+ Lớp điện tích kép: Hình thành bởi các ion trái dấu với lớp vỏ ion

+ Lớp ion khuếch tán: Hình thành ở phần ngoài của lớp điện tích kép

* Tính chất của hạt keo:

- Các hạt keo tồn tại lơ lững trong dung dịch chịu tác động bởi 2 lực đối nhau Lựchút phân tử Vander Waals có khuynh hướng kết hợp các hạt keo lại khi chúng ở 1khoảng cách phân tử rất gần nhau Lực đẩy tĩnh điện ngăn cản sự kết hợp các hạtkeo tinh điện cùng dấu

- Tồn tại một điện thế điện động Zê ta: là điện thế tính từ mặt trượt của hạt vàtrong lòng dung dịch

Câu 19: Trình bày nội dung của sự tạo thành keo nhôm bằng hòa tan anot?

- Đối với dung dịch có pH= 5-7 khi điện phân trên anot có sự thoát khí oxi, trêncatot thoát khí hidro, ion nhôm bị thủy phân nên pH dung dịch thấp thành phần chủyếu là Al(OH)2+ và Al(OH)+ ngoài ra còn có Al3+ và Al(OH)3

- Nếu dung dịch có tính axit hàm lượng phức hidroxo tích điện dương khá caochúng nằm phân tán chậm liên kết lại để tạo thành keo lớn hơn

- Khi tăng pH lên >6 thì ion Al3+ vừa hình thành sẽ bị thủy phân hoàn toàn phứchidroxo Al(OH)2+ và Al(OH)2+ liên tục thủy phân, sản phẩm thủy phân cuối cùng làAl(OH)3 đến khi pH nằm trong khoảng 7-8 thì Al(OH)3 đạt nồng độ cực đại, nhưvậy khi tăng pH hàm lượng các hạt keo dương giảm dần, các sản phẩm thủy phân

dễ liên kết với nhau lại hơn tạo thành các hạt keo lớn hơn Thứ tự các phản ứngthủy phân xảy ra như sau:

Al3+.6H2O + H2O  Al(OH)2+.5H2O + H3O+

Al(OH)2+.5H2O + H2O  Al(OH)+.4H2O + H3O+

Al3+.6H2O + 2H2O  Al(OH)2+.4H2O + 2H3O+

Al(OH)2+.4H2O + H2O  Al(OH)3.3H2O + H3O+

- Trong quá trình điện phân pH của lớp dung dịch sát anot giảm dần do tạo ra keonhôm và thoát oxi nên các hidroxo tích điện dương có độ phân tán rất cao Trongđiện trương ion H+ chuyển về catot sẽ trung hòa các ion OH- chuyển từ catot sanganot Giúp cho quá trình thủy phân hình thành các hidroxo dễ dàng Trong khoảng

pH chày từ 5,7-7 các thành phần chính là Al(OH)2+, Al(OH)2+ và Al(OH)3 Tăng

pH và thời gian điện phân các phân tử đó liên kết tạo các hạt đa nhân

Câu 20: Trình bày tính chất keo của chất màu hữu cơ?

- Đa số các chất màu tồn tại trong nước dạng keo hoặc bán keo tùy thuộc vào bảnchất, cấu tạo kích thước và khối lượng phân tử của chất màu hữu cơ mà nó ở dạnghòa tan hay phân tán trong dung dịch Khi các phân tử có phần không phân cực lớn

và phần phân cực nhỏ thì phân tử thuốc nhuộm riêng lẻ có thể tạo thành misen keo

Sự liên kết xảy ra đối với những thuốc nhuộm mà phân tử chứa nhiều nhóm kịnước ví dụ như thuốc nhuộm polymethin Một vài loại của thuốc nhuộm này khôngliên kết trong rượu nhưng liên kết trong nước tạo thành các misen làm cho độ nhớttăng, dải phổ hấp phụ màu bị thay đổi Các phân tử thuốc nhuộm có nhiều vòngcacbua hidro kị nước và một số nhóm phân cực ưa nước như: SO3Na, OH,COONa Có thể tan trong nước, rượu, axeton….Tùy khối lượng và cấu tạo phân tử

mà chúng có thể tồn tại dạng keo ưa nước hay hòa tan tạo thành dung dịch thực.Các phân tử khá nhỏ như metyl da cam mà bao gồm 1 số ít vòng thơm và nhiềunhóm phân cực mạnh như OH, SO3Na thì không tạo thành misen Các điều kiệnkhác như nồng độ chất màu chất điện ly nhiệt độ dung dịch có thể ảnh hưởng đến

độ bền của chất màu: Nồng độ chất màu tăng thì làm giảm độ bền của keo- sự cómặt của các chất điện ly có thể làm thay đổi độ bền của hệ keo màu, nhiệt độ tănglàm tăng độ hòa tann của chất màu nên độ bền của keo tăng lên Sự tạo thànhmisen phụ thuộc vào nồng độ thuốc nhuộm, muối NaCl, khi nồng độ NaCl lớn thìnhững misen khổng lồ của benzo purpurin xuất hiện, nhiệt độ cao hơn 600C thìkhông thấy tạo thành misen Sự tạo thành misen được nhận nhận thấy với cácthuốc nhuộm có màu vàng Tóm lại sự liên kết tạo thành misen của các thuốcnhuộm khác nhau dường như được khống chế bởi các quá trình tương tự như sự