Ăn mòn điện hóa • Khái niệm: Là quá trình oxi hóa - 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..
Trang 1CHƯƠNG 1: NGUYÊN TỬ BÀI 9: ĂN MÒN KIM LOẠI – HỢP KIM Mục tiêu
Kiến thức
+ Nêu được khái niệm hợp kim, ăn mòn kim loại, ăn mòn hóa học, ăn mòn điện hóa
+ Trình bày được tính dẫn (dẫn nhiệt, dẫn điện, nhiệt độ nóng chảy…), ứng dụng của một số hợp kim (thép không gỉ, đuyra)
+ Chỉ ra được điều kiện xảy ra sự ăn mòn kim loại
+ Nêu được các biện pháp bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn
Kĩ năng
+ So sánh được bản chất của liên kết kim loại với liên kết ion và cộng hóa trị
+ Phân biệt được ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa ở một số hiện tượng thực tế
+ Biết cách sử dụng có hiệu quả một số đồ dùng bằng hợp kim dựa vào những đặc tính của
chúng
+ Giải được các bài tập có liên quan như tính phần trăm khối lượng kim loại trong hợp kim, tính lượng kim loại bị ăn mòn …
Trang 2I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
A HỢP KIM
1 Khái niệm
Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác
Ví dụ: Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác
2 Tính chất
Hợp kim có nhiều tính chất hóa học tương tự tính chất của các đơn chất tham gia tạo thành hợp kim, nhưng có tính chất vật lí và cơ học khác nhiều
Ví dụ: Thép inoc: Fe – Cr – Mn là hợp kim không bị ăn mòn….
3 Ứng dụng
Hợp kim được sử dụng nhiều hơn kim loại nguyên chất và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh
tế quốc dân
B SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI
1 Khái niệm
Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh
Trong đó, kim loại bị oxi hóa thành ion dương:
n
M→M ++ne
2 Phân loại
Có hai loại: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa
a Ăn mòn hóa học
• Khái niệm: Là quá trình oxi hóa - khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường
• Đặc điểm:
Không phát sinh dòng điện
Quá trình ăn mòn diễn ra chậm, khi tăng nhiệt độ, tốc độ ăn mòn nhanh hơn
• Điều kiện xảy ra ăn mòn:
Môi trường không có chất điện li
Một kim loại nguyên chất tiếp xúc với môi trường chất điện li
Ví dụ: Al tác dụng với dung dịch HCl hoặc cho hợp kim Cu – Zn tác dụng với khí Cl2.
b Ăn mòn điện hóa
• Khái niệm: Là quá trình oxi hóa - 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
• Đặc điểm:
Có phát sinh dòng điện
Quá trình ăn mòn diễn ra nhanh
Trang 3• Điều kiện xảy ra ăn mòn:
Các điện cực phải khác nhau về bản chất: cặp 2 kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại với phi kim
Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau với nhau qua dây dẫn
Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li
Ví dụ: Để gang trong không khí ẩm.
3 Phương pháp chống ăn mòn kim loại
a Phương pháp bảo vệ bề mặt
Dùng chất bền vững với môi trường phủ ngoài mặt kim loại
Ví dụ: Sơn, mạ, ngâm dầu, mỡ….
b Phương pháp điện hóa
Nối kim loại cần được bảo vệ với một kim loại hoạt động mạnh hơn để tạo thành pin điện hóa, khi đó kim loại hoạt động mạnh hơn sẽ bị ăn mòn trước
Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu thuyền làm bằng thép, người ta gắn vào vỏ tàu những khối Zn để bảo vệ.
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA
M L O Ạ I
KHÁI NIỆM
TÍNH CHẤT
ỨNG DỤNG
Vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác
Tính chất hóa học: tương tự tính chất của các
đơn chất tham gia tạo thành hợp kim
Tính chất vật lí và cơ học: khác nhiều tính chất
của các đơn chất tham gia tạo thành hợp kim
Ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân
KHÁI NIỆM
PHÂN LOẠI
BẢO VỆ KIM LOẠI
Sự phá hủy bề mặt do môi trường
Ăn mòn hóa học
Ăn mòn điện hóa
Không có dòng điện
Có dòng điện
Các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường
Do tác dụng O2, H2O ở to cao
Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa:
1 Các điện cực khác nhau về bản chất: Kim loại – Kim loại;
Kim loại – C (Pt)
2 Các điện cực tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp
3 Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch điện li
• Phương pháp bề mặt: Bôi dầu mỡ, sơn, mạ, …
• Phương pháp điện hóa: Dùng kim loại có tính khử mạnh hơn làm vật hi sinh.
Trang 4II CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Lí thuyết trọng tâm
Kiểu hỏi 1: Lí thuyết về hợp kim
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Phát biểu nào sau đây sai?
A Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại khác hoặc phi kim.
B Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào thành phần, cấu tạo của hợp kim.
C Hợp kim có tính chất hóa học khác tính chất của các kim loại tạo ra chúng.
D Hợp kim có tính chất vật lí và tính cơ học khác nhiều các kim loại tạo ra chúng.
Hướng dẫn giải
Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác → A đúng
Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào thành phần các đơn chất tham gia, cấu tạo mạng tinh thể của hợp kim→B đúng.
Hợp kim có nhiều tính chất hóa học tương tự tính chất của các đơn chất tham gia tạo thành hợp kim, nhưng tính chất vật lí và tính chất cơ học của hợp kim lại khác nhiều với tính chất các đơn chất → C sai,
D đúng
→ Chọn C
Ví dụ 2: Phát biểu nào sau đây sai về tính chất của hợp kim?
A Liên kết trong đa số tinh thể hợp kim vẫn là liên kết kim loại.
B Hợp kim thường dẫn nhiệt và dẫn điện tốt hơn kim loại nguyên chất.
C Độ cứng của hợp kim thường lớn hơn độ cứng của kim loại nguyên chất.
D Nhiệt độ nóng chảy của hợp kim thường thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại nguyên chất.
Hướng dẫn giải
Đáp án B sai vì hợp kim còn chứa một số kim loại hoặc phi kim khác nên làm giảm độ dẫn điện và dẫn nhiệt của kim loại nguyên chất
→ Chọn B.
Ví dụ 3: Một hợp kim gồm các kim loại sau: Ag, Zn, Fe, Cu Hóa chất có thể hòa tan hoàn toàn hợp kim
trên thành dung dịch là
A dung dịch NaOH B dung dịch H2SO4 đặc, nguội.
C dung dịch HCl D dung dịch HNO3 loãng.
Hướng dẫn giải
Để hòa tan hoàn toàn hợp kim thì dung dịch đó phải hòa tan tất cả các kim loại có trong hợp kim
Dung dịch NaOH không hòa tan được Ag, Fe, Cu →Loại A.
Dung dich H2SO4 đặc nguội không hòa tan được Fe → Loại B.
Dung dịch HCl không hòa tan được Ag và Cu →Loại C.
Trang 5Dung dịch HNO3 hòa tan được các kim loại trong hợp kim.
→ Chọn D.
Kiểu hỏi 2: Lí thuyết về ăn mòn điện hóa
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình ăn mòn kim loại thuộc loại
A phản ứng thủy phân B phản ứng trao đổi.
C phản ứng oxi hoá - khử D phản ứng phân hủy.
Hướng dẫn giải
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường
n
M→M ++ne
Vậy phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình ăn mòn kim loại thuộc loại phản ứng oxi hóa – khử
→ Chọn C.
Ví dụ 2: Sắt tây là sắt tráng thiếc Nếu lớp thiếc bị xước sâu tới lớp sắt, khi để trong không khí ẩm thì kim
loại bị ăn mòn trước là
A thiếc.
B sắt.
C cả hai đều bị ăn mòn như nhau.
D không kim loại nào bị ăn mòn.
Hướng dẫn giải
Kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ bị ăn mòn trước
Theo dãy điện hóa của kim loại, tính khử: Fe > Sn
→ Sắt sẽ bị ăn mòn trước.
→Chọn B.
Ví dụ 3: Trong thực tế, không sử dụng cách nào sau đây để bảo vệ kim loại sắt khỏi bị ăn mòn?
A Gắn đồng với kim loại sắt.
B Tráng kẽm lên bề mặt sắt.
C Phủ một lớp sơn lên bề mặt sắt.
D Tráng thiếc lên bề mặt sắt.
Hướng dẫn giải
Fe có tính khử mạnh hơn Cu nên Fe sẽ bị ăn mòn trước →Sắt không được bảo vệ khỏi bị ăn mòn →A đúng
Tráng kẽm lên bề mặt sắt, ngăn không cho sắt tiếp xúc với môi trường →Sắt được bảo vệ khỏi bị ăn mòn (phương pháp bảo vệ bề mặt) →B sai.
Phủ một lớp sơn lên bề mặt sắt, ngăn không cho sắt tiếp xúc với môi trường nên sắt được bảo vệ khỏi bị
ăn mòn (phương pháp bảo vệ bề mặt) →C sai.
Trang 6Tráng thiếc lên bề mặt sắt, ngăn không cho sắt tiếp xúc với môi trường nên sắt được bảo vệ khỏi bị ăn mòn (phương pháp bảo vệ bề mặt) →D sai.
→Chọn A.
Ví dụ 4: Một vật bằng hợp kim Zn - Cu bị ăn mòn điện hóa trong không khí ẩm.
Quá trình xảy ra ở cực âm là
A 2H++2e→H2 B Zn→Zn2 ++2e
Cu→Cu ++2e D 2H O 2e2 + →2OH−+H2
Hướng dẫn giải
Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: 2
Zn→Zn ++2e
Ở cực dương xảy ra sự khử: 2H O 2e2 + →2OH−+H2và 2H++2e→H2
→ Chọn B.
Ví dụ 5: Trong thí nghiệm nào sau đây xảy ra ăn mòn điện hóa?
A Cho lá đồng nguyên chất vào dung dịch gồm Fe(NO3)3 và HNO3.
B Để thanh thép đã sơn kín trong không khí khô.
C Nhúng thanh kẽm nguyên chất vào dung dịch HCl.
D Cho lá sắt nguyên chất vào dung dịch gồm CuSO4 và H2SO4 loãng.
Hướng dẫn giải
A không xảy ra ăn mòn điện hóa vì đồng phản ứng được với Fe(NO3)3 và HNO3 nhưng không tạo thành cặp điện cực
B không xảy ra ăn mòn điện hóa vì cặp điện cực không được tiếp xúc với dung dịch chất điện li do đã bị sơn kín
C không xảy ra ăn mòn điện hóa vì không xuất hiện cặp điện cực khác nhau về bản chất
D có xảy ra ăn mòn điện hóa vì lá sắt sẽ phản ứng với dung dịch CuSO4 tạo thành kim loại Cu Kim loại
Cu sinh ra bám vào lá sắt tạo thành cặp điện cực Fe – Cu cùng được nhúng trong dung dịch gồm CuSO4
và H2SO4
→ Chọn D.
Chú ý: Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học là đồng thời:
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.
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.
Bài tập tự luyện dạng 1
Câu 1: Bản chất của sự ăn mòn kim loại là
A là phản ứng oxi hóa – khử B là phản ứng hóa hợp.
C là phản ứng trao đổi D là phản ứng thay thế.
Trang 7Câu 2: Sự ăn mòn kim loại không phải là
A sự khử kim loại.
B sự oxi hóa kim loại.
C sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường.
D sự biến đơn chất kim loại thành hợp chất.
Câu 3: Tôn là sắt được tráng
Câu 4: Phát biểu nào dưới đây sai?
A Nguyên tắc chung để điều chế kim loại là khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại.
B Bản chất của ăn mòn kim loại là quá trình oxi hóa - khử.
C Tính chất hóa học đặc trưng của kim loại là tính khử.
D Ăn mòn hóa học phát sinh dòng điện.
Câu 5: Để bảo vệ ống thép (dẫn nước, dẫn dầu, dẫn khí đốt) bằng phương pháp điện hóa, người ta mạ vào
mặt ngoài của ống thép bằng kim loại gì?
Câu 6: Đốt thanh hợp kim Fe - C trong khí oxi, quá trình ăn mòn nào đã xảy ra?
C Cả ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học D Không xảy ra.
Câu 7: Cho một hợp kim Cu - Al vào H2SO4 loãng dư thấy hợp kim
A bị tan một phần do Al phản ứng B không tan.
C bị tan một phần do Cu phản ứng D bị tan hoàn toàn.
Câu 8: Có những vật làm bằng sắt được mạ những kim loại khác nhau dưới đây Nếu các vật này đều bị
xước sâu đến lớp sắt thì vật nào bị gỉ chậm nhất?
A Sắt tráng kẽm B Sắt tráng thiếc C Sắt tráng đồng D Sắt tráng bạc.
Câu 9: Trường hợp nào sau đây, kim loại bị ăn mòn điện hóa học?
A Nhúng sợi dây bạc nguyên chất vào dung dịch HNO3 loãng.
B Nhúng thanh nhôm nguyên chất vào dung dịch CuSO4.
C Đốt sợi dây đồng trong bình đựng khí clo.
D Nhúng thanh sắt nguyên chất vào dung dịch H2SO4 loãng.
Câu 10: Nếu vật làm bằng hợp kim Fe - Zn bị ăn mòn điện hóa thì trong quá trình ăn mòn
A kẽm đóng vai trò catot và bị oxi hóa B sắt đóng vai trò anot và bị oxi hóa.
C kẽm đóng vai trò anot và bị oxi hóa D sắt đóng vai trò catot và ion H+ bị oxi hóa
Câu 11: Cách nào sau đây sai khi dùng để chống ăn mòn vỏ tàu biển bằng sắt?
A Ghép kim loại Zn vào phía ngoài vỏ tại ở phần chìm trong nước biển.
B Ghép kim loại Cu vào phía ngoài vỏ tàu ở phần chìm trong nước biển.
C Sơn lớp sơn chống gỉ lên bề mặt vỏ tàu.
Trang 8D Mạ đồng lên bề mặt vỏ tàu.
Câu 12: Cho các hợp kim sau: Al - Zn (I); Fe - Zn (ll); Zn - Cu (III) và Mg - Zn (IV) Khi tiếp xúc với
dung dịch axit HCl, các hợp kim mà Zn bị ăn mòn trước là
A (II), (III) và (IV) B (III) và (IV) C (I), (II) và (III) D (II) và (III).
Câu 13: Cho các điều kiện sau:
(1) Các điện cực phải khác nhau về bản chất, có thể là cặp hai kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại với phi kim
(2) Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn
(3) Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li
(4) Kim loại tác dụng trực tiếp với các hóa chất hoặc với hơi nước ở nhiệt độ cao
Ăn mòn điện hóa học xảy ra khi cùng có các điều kiện:
A (1), (2) B (1), (2), (3) C (1), (2), (4) D (2), (3), (4).
Câu 14: Phương pháp bảo vệ kim loại nào không phải là phương pháp điện hóa?
A Phủ kín lên bề mặt kim loại cần bảo vệ một kim loại có tính khử mạnh hơn.
B Nối kim loại cần bảo vệ với một tấm kim loại khác có tính khử mạnh hơn.
C Chế tạo hợp kim từ kim loại cần bảo vệ và một kim loại có tính khử mạnh hơn.
D Sơn, mạ hoặc bôi dầu mỡ lên kim loại cần bảo vệ.
Câu 15: Có bốn dung dịch riêng biệt: CuSO4, ZnCl2, FeCl3, AgNO3 Nhúng vào mỗi dung dịch một thanh
Ni Số trường hợp xảy ra ăn mòn điện hóa là
Câu 16: Vật làm bằng hợp kim Zn - Cu trong môi trường không khí ẩm (hơi nước có hòa tan O2) đã xảy
ra quá trình ăn mòn điện hóa Tại anot xảy ra quá trình
Câu 17: Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn, có các phương pháp sau:
(1) Cách li với môi trường (2) Dùng hợp kim chống gỉ
(3) Dùng phương pháp điện hóa (4) Đánh bóng bề mặt
(5) Lau chùi thường xuyên (6) Dùng chất chống ăn mòn
Phương pháp đúng là:
A (1), (2), (3), (6) B (1), (2), (3), (4) C (1), (2), (3) D (1), (2), (3), (5), (6) Câu 18: Thực hiện các thí nghiệm sau:
(1) Nhúng thanh Fe nguyên chất vào dung dịch CuCl2
(2) Nhúng thanh Fe nguyên chất vào dung dịch FeCl3
(3) Nhúng thanh Fe nguyên chất vào dung dịch HCl loãng, có lẫn CuCl2
(4) Cho dung dịch FeCl3 vào dung dịch AgNO3
(5) Để thanh thép lâu ngày ngoài không khí ẩm
Số trường hợp xảy ra ăn mòn điện hóa học là
Trang 9A 4 B 2 C 1 D 3.
Câu 19: Tiến hành các thí nghiệm sau:
(1) Cho hơi nước đi qua ống đựng bột sắt nung nóng
(2) Để thanh thép (hợp kim của sắt với cacbon) trong không khí ẩm
(3) Cho từng giọt dung dịch Fe(NO3)2 vào dung dịch AgNO3
(4) Cho lá đồng nguyên chất vào dung dịch AgNO3
(5) Cho lá kẽm vào dung dịch H2SO4 (loãng) có nhỏ thêm vài giọt dung dịch CuSO4
Trong các thí nghiệm trên, số trường hợp có xảy ra ăn mòn điện hoá là
Câu 20: Tiến hành các thí nghiệm sau:
(1) Cho lá hợp kim Fe - Cu vào dung dịch H2SO4 loãng
(2) Cho lá Cu vào dung dịch AgNO3
(3) Cho lá Zn vào dung dịch HNO3 loãng
(4) Đốt dây Mg trong bình đựng khí Cl2
(5) Cho inox (hợp kim Fe – Cr – Ni - C) vào dung dịch HCl đặc nóng
(6) Đốt hợp kim đồng bạch (Cu - Ni) trong không khí
Số thí nghiệm chỉ xảy ra ăn mòn hóa học là
Dạng 2: Bài toán về hợp kim
Phương pháp giải
• Hàm lượng kim loại A trong hợp kim:
A hop kim
m
m
=
• Xác định công thức hợp kim: AxByCz…
%m
=
Ví dụ: Trong hợp kim Al - Mg, cứ có 9 mol Al thì có 1 mol Mg Thành phần phần trăm khối lượng của
hợp kim là
A 80% Al và 20% Mg.
B 81% Al và 19% Mg.
C 91% Al và 9% Mg.
D 83% Al và 17% Mg
Hướng dẫn giải
Trong hợp kim Al - Mg, cứ 9 mol Al thì có 1 mol Mg nên công thức của hợp kim là Al9Mg
Al
9.27
9.27 1.24
+
Trang 10→ Chọn C
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Một loại đồng thau có chứa 59,63% Cu và 40,37% Zn Hợp kim này có cấu tạo tinh thể của hợp
chất hóa học giữa đồng và kẽm Công thức hóa học của hợp chất là
Hướng dẫn giải
Gọi công thức tổng quát của hợp chất là: CuxZny
Xét tỉ lệ:
Cu Zn
Cu Zn
=
59,63 40,37
:
=
0,932 : 0,621
≈
3: 2
≈
Chọn x = 3, y = 2
Vậy công thức hóa học là Cu3Zn2
→ Chọn A.
Bài tập tự luyện dạng 2
Câu 1: Trong hợp kim Al - Ni, cứ 10 mol Al thì có 1 mol Ni Thành phần phần trăm về khối lượng của
hợp kim này là
Câu 2: Hợp kim Fe - Zn có cấu tạo tinh thể dung dịch rắn, trong đó có 72,1% Fe về khối lượng Công
thức hóa học của hợp chất là
Câu 3: Nung một mẩu gang có khối lượng 100 gam trong khí O2 dư thấy sinh ra 8,96 lít CO2 (đktc). Thành phần phần trăm khối lượng cacbon trong mẩu gang là
Câu 4: Khi cho 7,7 gam hợp kim gồm natri và kali vào nước thấy thoát ra 3,36 lít H2 (đktc) Thành phần
phần trăm khối lượng của các kim loại trong hợp kim là
A 25,32%K và 74,68% Na B 26,33%K và 73,67%Na.
C 27,33%K và 72,67% Na D 28,33%K và 71,67%Na.