Bài 22. Sự ăn mòn kim loại trang 102, 103, 104 Hóa 12 Kết nối tri thức: Vỏ tàu biển bằng thép để lâu trong tự nhiên thường bị ăn mòn. Để bảo vệ vỏ tàu khỏi bị ăn mòn...

Câu hỏi:

Vỏ tàu biển bằng thép để lâu trong tự nhiên thường bị ăn mòn. Để bảo vệ vỏ tàu khỏi bị ăn mòn, người ta thường phủ sơn lên vỏ tàu, phần vỏ tàu chìm trong nước biển thường được gắn thêm các tấm kẽm. Vậy, ăn mòn kim loại là gì? Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn có thể dùng những cách nào?

Hướng dẫn giải :

Nêu khái niệm ăn mòn kim loại và các phương pháp chống ăn mòn kim loại.

Lời giải chi tiết :

- Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của các chất trong môi trường.

- Hai phương pháp bảo vệ kim loại:

+ Phương pháp điện hoá: gắn kim loại cần bảo vệ với kim loại hoạt động hoá học mạnh hơn.

+ Phương pháp phủ bề mặt: phủ lên bề mặt kim loại cần bảo vệ một kim loại khác không bị gỉ hoặc các chất như sơn, dầu, mỡ,...

Câu hỏi:

Thí nghiệm: Sự ăn mòn điện hoá sắt

- Chuẩn bị:

+ Hoá chất: định 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.

Hướng dẫn giải :

- Sự ăn mòn điện hóa kim loại xảy ra khi có sự tạo thành pin điện hóa.

- 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.

Lời giải chi tiết :

- Hiện tượng: Trên bề mặt cây đinh sắt có một lớp gỉ màu nâu, dưới đáy xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ.

- Giải thích: Thành phần của đinh gồm sắt, carbon và một số nguyên tố khác. Trong nước chứa khí oxygen và carbondioxide hòa tan, tạo thành dung dịch chất điện li. Cây đinh tiếp xúc với dung dịch điện li tạo pin điện hóa với anode là sắt, cathode là carbon:

– Ở anode (cực âm) xảy ra sự oxi hoá : \({\rm{Fe}} \to {\rm{F}}{{\rm{e}}^{2 + }}{\rm{ + 2e}}\)

– Ở cathode (cực dương) xảy ra sự khử : \({{\rm{O}}_2} + 2{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} + 4{\rm{e}} \to 4{\rm{O}}{{\rm{H}}^ - }\)

Sau đó tiếp tục xảy ra các quá trình:

\({\rm{F}}{{\rm{e}}^{2 + }}2{\rm{O}}{{\rm{H}}^ - } \to {\rm{Fe(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}}\)

\(4{\rm{Fe(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{2}}} + {{\rm{O}}_{\rm{2}}} + 2{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \to 4{\rm{Fe(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{3}}}\)

Kết tủa màu nâu đỏ

\(2{\rm{Fe(OH}}{{\rm{)}}_{\rm{3}}} \to {\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + 3{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\)

\({\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} + {\rm{n}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}} \to {\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}.{\rm{n}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\)

Gỉ sắt

Kết quả của quá trình này là sinh ra lớp gỉ sắt trên cây đinh.

Câu hỏi:

Một số hiện tượng ăn mòn thép trong đời sống.

a) Thép bị gỉ trong không khí khô.

b) Thép bị gì 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 hoá học hay ăn mòn điện hoá. Giải thích.

Hướng dẫn giải :

- 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.

- Sự ăn mòn điện hóa kim loại xảy ra khi có sự tạo thành pin điện hóa. 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.

Lời giải chi tiết :

a) Thép bị gỉ trong không khí khô là ăn mòn hóa học.

→ Sắt trong thép bị oxi hóa trực tiếp bởi oxygen không khí.

b) Thép bị gì trong không khí ẩm là ăn mòn điện hóa.

→ Thép là hợp kim Fe – C và một số nguyên tố khác. Không khí ẩm có hoà tan khí CO₂, O₂,... tạo ra lớp dung dịch chất điện li phủ lên bề mặt gang, thép, làm xuất hiện vô số pin điện hoá mà Fe là cực âm, C là cực dương. Fe và C cùng tiếp xúc với dung dịch điện li, dẫn đến xảy ra ăn mòn điện hóa.

c) Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển là ăn mòn điện hóa.

→ Thép là hợp kim Fe – C và một số nguyên tố khác. Khi tiếp xúc với dung dịch chất điện li (nước biển), xuất hiện pin điện hóa với Fe là cực âm, C là cực dương nên hiện tượng ăn mòn điện hóa xảy ra.

Câu hỏi:

Bảo vệ sắt bằng phương pháp điện hoá

- Chuẩn bị:

+ Hoá chất: hai đinh sắt mới, dây kẽm, nước máy hoặc nước tự nhiên.

+ Dụng cụ: hai ống nghiệm đánh số (1) và (2).

- Tiến hành:

+ Cho đinh sắt thứ nhất vào ống nghiệm (1).

+ Quấn dây kẽm quanh đinh sắt thứ hai, sau đó cho vào ống nghiệm (2).

+ Thêm nước máy vào mỗi ống nghiệm đến ngập đinh sắt.

+ Để các ống nghiệm trong không khí khoảng 3 ngày.

Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện yêu cầu sau:

Đinh sắt có gắn kẽm bị ăn mòn nhanh hơn hay chậm hơn định sắt không gắn kẽm? Giải thích.

Hướng dẫn giải :

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.

Lời giải chi tiết :

- Đinh sắt có gắn kẽm bị ăn mòn chậm hơn đinh sắt không gắn kẽm.

- Giải thích:

+ Đinh sắt là hợp kim của Fe – C, cây đinh tiếp xúc với dung dịch điện li (oxygen, carbondioxde hòa tan trong nước) tạo pin điện hóa với anode là sắt, cathode là carbon, quá trình ăn mòn điện hóa xảy ra, tạo thành gỉ sắt.

+ Đinh sắt gắn kẽm rồi ngâm chúng trong dung dịch điện li (oxygen, carbondioxde hòa tan trong nước), xuất hiện hiện tượng ăn mòn điện hóa, kẽm có tính khử mạnh hơn sắt nên kẽm bị ăn mòn, do đó đinh sắt được bảo vệ.

Câu hỏi:

Các thiết bị bằng thép (đường ống, bể chứa, giản khoan dầu, tàu thuỷ,...) trong môi trường biển hoặc dưới lòng đất ẩm ướt thường được bảo vệ bằng phương pháp điện hoá. Kim loại được sử dụng để bảo vệ thép thường là kẽm (Hình 22,4). Hãy cho biết kim loại nào bị ăn mòn. Giải thích.

Hướng dẫn giải :

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.

Lời giải chi tiết :

Thành phần chính của thép là sắt. Khi sử dụng kẽm để bảo vệ thép, thì kẽm bị ăn mòn trước vì kẽm hoạt động hóa học mạnh hơn sắt.

Câu hỏi:

Hãy tìm hiểu và cho biết cách bảo vệ các đồ vật làm từ gang, thép bằng phương pháp phủ bề mặt.

Hướng dẫn giải :

Phương pháp phủ bề mặt: phủ lên bề mặt kim loại cần bảo vệ một kim loại khác không bị gỉ hoặc các chất như sơn, dầu, mỡ,...

Lời giải chi tiết :

Các đồ vật làm từ gang, thép thường được phủ một lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng, mạ bằng kẽm, thiếc,…