BT hóa lý 1 điện hóa ăn mòn

NMHoàng Page 1 Câu 1 Có một chiếc pin như sau HgClHgKClddHClPHPt bhH ,)1(, 222 2  1 Viết các phản ứng xảy ra trong pin (gồm phản ứng trên các cực và phản ứng tổng quát) 2 Xác định pH Cho biết sức đ.Tính tốc độ ăn mòn của kẽm trong nước biển ở 250C. Cho biết thế ăn mòn bằng 0,85 V, nồng độ Zn2+ bằng 106moll, thế điện cực chuẩn của kẽm bằng 0,76 V, hệ số Tafel bằng 0,045 V và io,Zn = 102Acm2 .

Câu 1: Có một chiếc pin như sau: Pt,H2(P H 1 )ddHCl KCl bh Hg2Cl2,Hg

2 

1/ Viết các phản ứng xảy ra trong pin (gồm phản ứng trên các cực và phản ứng tổng quát)

2/ Xác định pH Cho biết sức điện động của pin ở 18 0 C bằng 0,332 V và ở nhiệt

độ này thế của điện cực calomel bão hòa bằng 0,250 V (R = 8,314 J/K.mol; F =

Câu 2: Trong số các kim loại sau đây, kim loại nào bị ăn mòn trong không khí

ẩm có pH = 7 và nhiệt độ 25 0 C: Fe, Cu, Pb, Ag? Cho biết thế điện cực chuẩn của kim loại tương ứng bằng 0,44; +0,34; 0,126; +0,799 V Cho biết áp suất riêng phần của oxy trong không khí ẩm bằng 0,21 atm và E O0 /H O 1.23V

Fe ⇌ Fe 2+ + 2e

[ ]

[ ]

Pb ⇌ Pb 2+ + 2e

[ ]

[ ]

Do tất cả các EKL < Ekk ẩm nên tất cả các kim loại đều bị ăn mòn

Câu 3: Tính tốc độ ăn mòn của kẽm trong nước biển ở 25 0 C Cho biết thế ăn mòn bằng -0,85 V, nồng độ Zn 2+ bằng 10 -6 mol/l, thế điện cực chuẩn của kẽm bằng - 0,76 V, hệ số Tafel bằng 0,045 V và i o,Zn = 10 -2 A/cm 2

[ ] Suy ra {

}

Câu 4: Hai tấm sắt và thiếc tiếp xúc trực tiếp với nhau trong dung dịch có pH

= 4, và đã đuổi hết oxy hòa tan (P H2 = 1atm) Sắt và thiếc có bị ăn mòn trong dung dịch này không? Tính sức điện động của pin? Chấp nhận rằng nồng độ ion tối thiểu

để gây ăn mòn là 10 -6 mol/l Cho biết thế chuẩn của sắt và thiếc là – 0,44 và – 0,14

[ ]

Cathode:

1/2O 2 + 2H + + 2e ⇌ H 2 O

[ ]

([ ] ) ( )

[ ]

[ ]

E pin =

Câu 5: Thiết lập pin rồi tính sức điện động của nó (ở 25 0 C), viết phản ứng xảy ra trong pin và phản ứng tổng quát từ các điện cực sau: ) 34 0 ( ,    Br C Br AgBr Ag E0 0.07V Pt C Fe C Fe ( Fe3 0.1), ( Fe2 0.02) 2 3       V E0 0.77 Giải: | ‖ |

Ở Anode: Ag + Br ⇌ AgBr + 1e Ở Cathode: Fe 3+ + 1e ⇌ Fe 2+ Ở trên pin: Ag + Br + Fe 3+ ⇌ AgBr + Fe 2+

[ ]

[ ]

[ ]

Suy ra: E pin = +   = 0,811 – 0,098 = 0,713 (V) Câu 6: Dựa vào sự đo ăn mòn sắt trong môi trường có pH = 3 ở 25 0 C, không có sự hòa tan oxy song lại bão hòa khí 3ydro, ta thấy thế ăn mòn bằng -0,398 V 1/ Hãy tính tốc độ hòa tan sắt 2/ Tính mật độ dòng trao đổi đối với phản ứng thoát Hydro trên sắt Cho biết thế điện cực chuẩn của sắt bằng -0,44 V; nồng độ Fe 2+ bằng 0,02 mol/l; mật độ dòng trao đổi của sắt bằng 9.10 -7 A/cm 2 ; R = 8,14 J/K.mol; F = 96500 C; hệ số chuyển điện tích  = 0,5 Giải: Ta có: {

( )}

Fe ⇌ Fe 2+ + 2e [ ]

Suy ra: {

( )} {

}

2H + + 2e ⇌ H 2 Ta có: | | {

( )}

Suy ra:

{

( )}

{ }

Câu 7: Tính tốc độ ăn mòn đối với phản ứng xảy ra giữa một kim loại và một chất khử cực biết rằng hiệu giữa hai điện thế Nernst tương ứng bằng 0,45 V, hệ số Tafel b c b a 0.1V ; mật độ dòng trao đổi của quá trình anốt và cathode bằng nhau và bằng 10 -1 A/m 2 Giải: Ta có: | | {

( )} {

( )}

Mà

và

α a = α c √ | | √ {

( )} √ {

}

Câu 8: Khi tiến hành đo tốc độ ăn mòn của thép CT3 trong nước biển bằng phương pháp ngoại suy Tafel người ta thu được phương trình biểu diễn đoạn thẳng trên nhánh anốt có dạng như sau: E anode = -0,4183 + 0,050logi (E anode : Volt; i : mA/cm 2 ) Hãy xác định: 1/ Hệ số chuyển điện tích thực nghiệm của quá trình anốt (thực nghiệm ) 2/ Điện thế điện cực cân bằng của quá trình anốt ( cb Fe Fe E 2 / ) Biết trong quá trình đo người ta sử dụng điện cực so sánh calomel bão hòa Với 2 9 , 0 10 / ; 24 0 V i mA cm E calomel  Fe  Giải: Ta có: E anode = 0,4183 + 0,05logi

(

)

Từ ( ) và ( ) suy ra: {

1

2

Câu 9:

Có một chiếc pin như sau: Pt,H (P H 1 )ddHCl(a 0 15 )KCl bh AgCl,Ag

2

1/ Viết các phản ứng xảy ra trên các điện cực và phản ứng tổng quát

2/ Xác định sức điện động của pin ở 25 0 C Cho biết thế điện cực chuẩn của bạc-bạc clorua bằng 0,222 V

Giải:

-2 Ở 25 0 C:

[ ]

Câu 10: Một tấm sắt có tổng diện tích 1000 cm 2 được nhúng vào dung dịch muối kẽm, đóng vai trò là cathode của bình điện phân (anốt của bình điện phân là một điện cực trơ) Xác định bề bày của lớp kẽm bám vào cathode sau 25 phút biết mật độ dòng trung bình bằng 2,5 A/dm 2 Tỷ trọng của kẽm là 7,15 g/cm 3 , trọng lượng nguyên tử của kẽm là 65 Giải: ở Cathode: Zn 2+ + 2e ⇌ Zn Ta có: I = i.A = 2,5.1000.10 -2 = 25 (A) Theo định luật Faraday:

Thể tích Zn bám vào Cathode:

Độ dày Zn bám vào Cathode:

Câu 11: 1/ Dựa vào tiêu chí nhiệt động lực nào để tiên đoán khả năng bị ăn mòn hay bền vững của vật liệu bằng kim loại khi tiếp xúc với dung dịch? Viết phương trình phản ứng cho phép tiên đoán một kim loại có bị ăn mòn khi tiếp xúc với dung dịch trong các trường hợp sau:

a/ H + tham gia phản ứng cathode

b/ Oxi tham gia phản ứng cathode

2/ Cho biết tại pH = 3 sắt có bị ăn mòn không (xét cả hai trường hợp trên)? Chấp nhận ở điều kiện ăn mòn P H2 =1atm, P O2 = 0,21atm, thế tiêu chuẩn của sắt bằng

0,44 V, E O0 /H O 1.23V

2

2  , và nồng độ của Fe 2+ bằng 10 -6 mol/l

3/ Tính sức điện động của pin ăn mòn trong cả hai trường hợp trên

Giải:

1 thì KL bị ăn mòn và ngược lại

[

]

[ ]

b Oxy tham gia phản ứng ở Cathode:

[

]

[ ]

Ta thấy:

b Oxy tham gia vào Cathode:

[

Câu 12: Viết các phản ứng xảy ra khi cho một tấm sắt vào trong dung dịch

H 2 SO 4 0,1M Xác định tốc độ ăn mòn sắt trong dung dịch trên, tính theo các đơn vị sau: g/cm 2 s; m/s; và mm/năm

Cho biết mật độ dòng ăn mòn bằng 7,9410 -4 A/cm 2 , khối lượng riêng của sắt là 7,8g/cm 3 , trọng lượng nguyên tử của sắt bằng 56

Câu 13: 1/ Dựa vào những tiêu chí nhiệt động lực học nào để tiên đoán khả năng ăn mòn hay bền vững của vật liệu bằng kim loại khi tiếp xúc với dung dịch?

Hãy viết những phương trình cho phép tiên đoán một kim loại có thể bị ăn mòn khi tiếp xúc với dung dịch trong các trường hợp sau:

a/ H + tham gia phản ứng cathode

b/ Oxi tham gia phản ứng cathode

2/ Dựa vào các tiêu chí nhiệt động ở trên hãy cho biết khả năng ăn mòn của thiết (thế tiêu chuẩn bằng -0,136) trong dung dịch “nước” có pH = 7 và có sự hòa tan oxy ở P O2 = 0,21 atm, chấp nhận thế chuẩn của oxy bằng +0,41V và nồng độ Sn 2+ bằng 10 -6 mol/l

Giải:

1 thì KL bị ăn mòn và ngược lại

[

]

[ ]

b Oxy tham gia phản ứng ở Cathode:

Ở Cathode: O 2 + 4H + + 4e ⇌ 2H 2 O

[

]

([ ] )

Nếu thì KL bị ăn mòn và ngược lại 2 Ở anode: Sn ⇌ Sn 2+ + 2e Cathode: O 2 + H 2 O + 2e ⇌ 2OH -

[

]

(

[ ] )

( )

Ta thấy:

nên ở điều kiện này Sn bị ăn mòn Câu 14: Tính cường độ dòng ăn mòn (I corr ) và điện thế ăn mòn (E corr ) của một tấm kẽm diện tích 9 cm 2 tiếp xúc với một tấm sắt có diện tích 100 cm 2 , trong môi trường nước ở 25 o C Cho biết mật độ dòng trao đổi bằng nhau và bằng 10 -6 A/cm 2 , nồng độ các ion bằng 10 -6 mol/l và các thế chuẩn của kẽm và sắt tương ứng bằng -0,76V và -0,44V Giải: Zn ⇌ Zn 2+ + 2e

[ ]

Fe ⇌ Fe 2+ + 2e

[ ]

Ta thấy:

nên Fe là Cathode còn Zn là Anode Ta có: | | √ | |

{ {

(

)}

| | | | {

(

)}

√ √ {

( )}

√ √ {

}

{

(

)}

(

) (

)

Câu 15: Khi nhúng một thanh kim loại vào dung dịch có pH = 5,5, điện thế bề mặt của thanh kim loại đo được là -0,3 Volt (SHE) Thanh kim loại có bị ăn mòn trong dung dịch trên hay không? Khi các trường hợp sau đây xảy ra:

1/ Dung dịch đã đuổi hết khí hòa tan (cho P H2 = 1atm)

2/ Dung dịch không đuổi khí (cho P O2 = 0,21atm; E O0 /H O 1.23V

2

2  ) 3/ Tính sức điện động của pin ăn mòn

Câu 16: Có một chiếc pin được viết sau: Sn Sn2  (a 0 35 ) Pb2  (a 0 , 001 )Pb

1/ Xác định dấu của các điện cực và viết các phản ứng xảy ra trên các điện cực và phản ứng tổng quát

2/ Xác định sức điện động của pin ở 25 0 C Cho biết thế điện cực chuẩn của thiếc và chì là -0,14V và -0,1265V

Câu 17: Sử dụng giản đồ đường cong phân cực dưới đây Hãy cho biết:

1/ Ý nghĩa của các điểm A, B, C, D

2/ So sánh tốc độ ăn mòn của kim loại M trong dung dịch axit khi có mặt của chất oxy hoá trên

3/ Xác định gần đúng điện thế ăn mòn và tốc độ ăn mòn của hệ

Giải:

Câu 18: Sử dụng giản đồ đường cong phân cực dưới đây Hãy cho biết:

1/ Ý nghĩa của các điểm A, B, C

2/ Nhận xét sự ảnh hưởng của chất oxy hoá đến tốc độ ăn mòn của Fe

3/ Xác định gần đúng i corr,Fe trong dung dịch axit không có chất oxy hoá

Giải:

2 Khi có mặt chất oxy hóa thì tốc độ ăn mòn của Fe tăng

A

B

C

Câu 19: Sử dụng giản đồ đường cong phân cực dưới đây Hãy cho biết:

1/ Ý nghĩa của diểm A, B, C, D

2/ Xác định gần đúng tốc độ ăn mòn của kim loại M khi ghép đôi với kim loại N

Giải:

1 A: Tốc độ ăn mòn của thanh kim loại M

B: Tốc độ ăn mòn của thanh kim loại N

C: Tốc độ ăn mòn của hệ khi ghép 2 thanh kim loại M với N

D: Tốc độ ăn mòn của thanh kim loại N khi đã ghép với thanh kim loại M

2 log i corr,M = log i corr, hệ = 4 i corr = 10 4 (mA/cm 2 )

Câu 20: Dựa trên giản đồ E-pH của hệ Fe-H 2 O ở 25 0 C và 1atm cho dưới đây:

1/ Hãy thiết lập phương trình đường (chỉ ra mối quan hê giữạ E-pH) của phản ứng: Fe  2 H2O Fe ( OH )2  2 H  2 e

Cho: C Fe C Fe C HFeO 10 6mol/l;C Fe2 (C OH )2 1.9 10 15;E Fe02 /Fe 0.44V

2 3

2/ Ý nghĩa của giản đồ trên

2 Ý nghĩa của giản đồ:

trường nước và cụ thể là:

so với thế ăn mòn của sắt thì sắt đi vào vùng an toàn không bị ăn mòn Đó

chính là nguyên tắc bảo vệ cathode chống ăn mòn kim loại (bằng cách phân cực cathode bằng dòng ngoài, hoặc dùng anode hi sinh)

phía dương so với thế ăn mòn (phân cực anode) sẽ làm cho kim loại bị thụ động

động

HFeO2-

Fe Fe2+

Câu 21: Dựa vào các đồ thị dưới đây hãy cho biết:

1/ Ý nghĩa các điểm A, B, C, D, E và X

2/ So sánh sự ảnh hưởng của chất oxy hóa được thêm vào

3/ Có nhận xét gì khi sử dụng chất oxy hóa để đưa kim loại vào trạng thái thụ

Câu 22: Cho hai hợp kim A và B (có khả năng thụ động) có các thông số điện hóa

ở bảng sau:

E corr (V) i corr (A/m 2 ) a E pass (V) i pass (A/m 2 ) E quá thụ

động (V) Hợp

1/ Vẽ đường cong phân cực của quá trình ăn mòn của hai hợp kim trên

2/ Hợp kim nào sẽ dễ dàng được bảo vệ bằng phương pháp bảo vệ anốt hơn? Tại sao?

Giải:

Hợp kim A dễ dàng được bảo vệ bằng phương pháp Anode hơn vì hợp kim A có thế bắt

E(V)

log i (A/cm 2 )

Hợp kim A Hợp kim B

Câu 23:

Hãy trình bày cơ chế hình thành màng oxyt nhôm (γ – Al 2 O 3 ) bằng phương pháp anôt hoá; và cơ chế nhuộm màu màng nhôm Muốn tăng chiều dày của màng oxyt nhôm cần phải thay đổi các thông số kỹ thuật nào? Tại sao?

Cơ chế nhuộm màu màng nhôm:

Do màng Oxide có nhiều lỗ xốp nên có khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ, vô cơ, đôi khi các chất màu này tác dụng với màng Oxide tạo thành các hợp chất hóa học Ngoài

ra, các phản ứng tạo màu có thể xảy ra trên lỗ xốp làm cho màng Oxide có màu

Muốn tăng chiều dày của màng Oxyt nhôm cần thay đổi thông số:

QT Anode:

mặt kim loại

Thêm chất phụ gia, chất oxy hóa

Sử dụng bể than Anode hóa có 2 lớp vỏ Hạ nhiệt độ của dung dịch điện ly

QT hòa tan:

giảm)

/ , 0

H

H 0.12 ; 10 6 / 2; 0.25

/ , 0

SHE V E

SHE V E

SHE V E

SHE V E

Ni Ni Cd

Cd

Zn Zn Al

Al Fe

Fe

/230.0

;/402.0

;/763.0

;/660.1

;/440

0

0 / 0

/

0 / 0

/ 0

/

2 2

2 3

Phương pháp bảo vệ bằng Protector là phân cực Cathode bằng cách nối kim loại cần bảo

vệ với kim loại khác có thế điện cực âm hơn

Ta thấy: -1,66 < -0,763 < -0,44 < -0,402 < -0,23

Nên Al được dùng làm protector tốt nhất do Al có thế điện cực âm nhất nên dễ dàng bị

ăn mòn và bảo vệ tốt cho vật liệu cần được bảo vệ

Câu 26:

Dựa vào các dữ kiện sau để vẽ đồ thị E-logi của phản ứng ăn mòn sắt trong dung dịch bảo hoà hydro và không chứa oxy, với pH=3

* Đối với quá trình anốt: Fe = Fe 2+ + 2e

Nồng độ của ion Fe 2+ trong dung dịch: C Fe2+ =210 -6 mol/l

Mật độ dòng trao đổi của Fe trong dung dịch trên: i o,Fe =10 -8 A/cm 2

Điện thế điện cực chuẩn của Fe: E Fe02 /Fe 0.44V

* Đối với quá trình cathode: 2H + +2e = H 2

Mật độ dòng trao đổi của ion H + trong dung dịch trên: i o,H2(Fe) =10 -7 A/cm 2

Cho biết hằng số Tafel trong tất cả các trường hợp bằng 0,25V

1/ Hãy xác định điện thế ăn mòn (E corr ) và tốc độ ăn mòn (i corr ) của sắt

2/ Mật độ dòng bảo vệ cathode phải bằng bao nhiêu để tốc độ ăn mòn của sắt bằng 0 Rút ra kết luận gì cho trường hợp này?

[ ]

√ | | √ {

( )}

√ {

}

{

(

)}

Để icorr  0 thì

-0,608

-0,117

E(V

Câu 27:

Hãy trình bày cơ chế hình thành màng phốt phát trên kim loại đen bằng phương pháp hóa học; Chiều dày và cấu trúc của màng phụ thuộc vào những thông số kỹ thuật nào?

Giải:

Nhúng mẫu thép vào dung dịch muối Photphat ở dạng hòa tan, thường sử dụng là

Thời gian, chiều dày, cấu trúc của lớp Photphat phụ thuộc vào các yếu tố:

Kim loại

Phương pháp gia công bề mặt trước khi Photphat hóa

Nhiệt độ

Tỷ số acid chung và acid tự do

Câu 28:

1/ Hãy sử dụng các dữ kiện dưới đây để vẽ đường cong phân cực đối với phản ứng ăn mòn kim loại Zn trong dung dịch axit loãng với pH=5; tính điện thế ăn mòn (E corr ) và tốc độ ăn mòn (i corr ) của kẽm (bỏ qua các phản ứng khử phân cực khác) Phản ứng: Zn=Zn 2+ +2e

l mol C

V cm

A i

V E

Zn a

Zn Zn Zn

/ , 0 0