Đại cương về kim loại

Nguyễn Thanh Sang  : 0398 455 065 PAGE \* MERGEFORMAT 2

ĐẠI CƯƠNG VỀ KIM LOẠI

PHẦN 7

ĂN MÒN KIM LOẠI

1. Ăn mòn kim loại là gì ? đó là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim của nó, do tác dụng của các chất trong môi trường. Kết quả ? là kim loại sẽ bị oxi hóa thành ion dương : M - ne → Mn+

2. Có mấy kiểu ăn mòn kim loại ? có 2 kiểu: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa

a. ăn mòn hóa học là gì ? đó là quá trình oxi hóa khử, trong đó các electron kim loại được chuyển trực tiếp

đến các chất trong môi trường hay nói cách khác đây là kiểu ăn mòn do xảy ra phản ứng oxi hóa-khử

ví dụ :

Fe + H2O t0 Fe3O4 + H2

Fe + Cl2 t0 FeCl3

Fe + O2 t0 Fe3O4

Zn + O2 t0 ZnO

 Ăn mòn hóa học thường xảy ra ở đâu ? nó thường xảy ra ở các bộ phận của thiết bị lò đốt hoặc

những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi H2O và khí O2,…

b. ăn mòn điện hóa học (hay ăn mòn điện hóa) là gì ? đó 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(-) đến cực(+)

 Quá trình ăn mòn điện hóa xảy ra là do đâu ? đó là do sự hình thành vô số các pin điện hóa li ti, và kết quả là kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ đóng vai trò là cực(-), nên nó sẽ bị ăn mòn hay nói cách khác là kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ bị ăn mòn.

 Vậy để quá trình ăn mòn điện hóa xảy ra, ta cần những điều kiện gì ? ta cần đủ 3 điều kiện sau :

+ Có 2 điện cực khác nhau : kim loại–kim loại, kim loại–phi kim, kim loại−hợp chất khác

ví dụ : Zn-Cu, Fe-C, Al-Fe3C (xementit),…

+ Các điện cực phải tiếp xúc với nhau (trực tiếp hoặc gián tiếp)

+ Các điện cực phải tiếp xúc với dung dịch chất điện li

 Chú Ý :

 Không khí ẩm là một dung dịch chất điện li: vì trong không khí ẩm có tồn tại ion, và vật bị ăn mòn

trong không khí thì ở cực dương sẽ xảy ra sự khử như sau :

+ nếu là ở môi trường nước thì : O2 + 2H2O + 4e → 4OH−

+ nếu là ở môi trường axit thì : O2 + 4H+ + 4e → 2H2O

 Kim loại nguyên chất không bị ăn mòn (do không thỏa điều kiện là có 2 điện cực khác nhau)

 Ăn mòn điện hóa là ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiên, do đa số mọi

vật dụng trong đời sống thường làm bằng hợp kim.

3. Các ví dụ

ví dụ 1

các bạn sẽ nhìn thấy ở trên các xườn xe đạp, có những vết xước thì lâu ngày nó sẽ bị gỉ sắt, vì sao ?

tại vì : nơi các vết xước đó sẽ xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa

tôi sẽ giải thích điều đó :

- các xường xe đạp thường được cấu tạo bởi hợp kim của Fe-C : thỏa 2 điện cực khác nhau

- 2 điện cực Fe và C này tiếp xúc trực tiếp với nhau : thỏa điều kiện 2 điện cực tiếp xúc nhau

- nơi các vết xước sẽ làm cho 2 điện cực Fe và C tiếp xúc được với không khí : thỏa điều kiện 2

điện cực tiếp xúc với dung dịch chất điện li

vì vậy nó sẽ hình thành được vô số các pin điện hóa li ti Fe-C : và kết quả là Fe sẽ bị ăn mòn

ví dụ 2

các bạn thử lấy 1 dây Al và 1 dây Cu, nối lại với nhau để làm dây phơi đồ. Sau 1 thời gian sử dụng

thì tại điểm nối, dây Al sẽ bị đức, vì sao ?

tại vì : tại cái điểm nối giữa dây Al và dây Cu, sẽ hình thành các pin điện hóa li ti Al-Cu và kết quả là

dây Al đóng vai trò là cực âm nên sẽ bị ăn mòn và bị đứt.

ví dụ 3

giải thích sự ăn mòn của vỏ tàu biển

- vỏ tàu làm bằng thép là hợp kim của Fe-C : thỏa mãn điều kiện có 2 điện cực khác nhau

- Fe và C tiếp xúc trực tiếp với nhau : thỏa mãn điều kiện 2 điện cực cùng tiếp xúc nhau

- Vỏ tàu nhúng vào nước biển : thỏa mãn 2 điện cực Fe và C cùng tiếp xúc với dung dịch điện li

Kết quả : sẽ hình thành vô số các pin điện hóa li ti Fe-C : trong đó Fe là cực(-), C là cực(+), nên vỏ

tàu bị ăn mòn điện hóa.

4. Chống ăn mòn kim loại (hay là bảo vệ kim loại)

Khối lượng kim loại bị ăn mòn trung bình hàng năm trên thế giới bằng 20%−25% khối lượng kim loại được sản xuất ra. Vì vậy ăn mòn kim loại đã gây tổn thất nhiều mặt cho nền kinh tế quốc dân và đời sống con người. Chính vì lẽ đó nên ta phải có phương pháp bảo vệ kim loại. Phổ biến là 2 phương pháp sau :

a. phương pháp bảo vệ bề mặt

Phủ lên bề mặt kim loại 1 lớp bảo vệ bền vững với môi trường và có cấu tạo đặc khít không cho không khí và nước thấm qua, nếu lớp bảo vệ bị hư hỏng kim loại sẽ bị ăn mòn

ví dụ

sơn, thoa dầu mỡ, phủ một lớp chất dẻo lên bề mặt kim loại, mạ kim loại,…

b. phương pháp điện hóa (dùng vật hi sinh)

Dùng 1 kim loại có tính khử mạnh hơn gắn vào vật, thì kim loại mạnh hơn đó sẽ đóng cực(−) và bị ăn mòn, còn vật đóng cực(+) sẽ được an toàn.

ví dụ

 để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn các lá Zn vào phía ngoài vỏ tàu ở phần chìm trong

nước biển. Lá kẽm là cực âm, phần vỏ tàu bằng thép là cực dương

ở cực âm Zn bị oxi hóa : Zn -2e → Zn2+

ở cực dương (vỏ tàu) O2 bị khử : 2H2O + O2 + 4e → 4OH−

 kết quả :

- vỏ tàu được bảo vệ

- Zn là vật hi sinh, nó bị ăn mòn

tốc độ ăn mòn điện hóa của Zn trong điều kiện này tương đối nhỏ và vỏ tàu được bảo vệ

trong thời gian dài. Sau một thời gian nhất định, người ta thay những lá Zn bị ăn mòn bằng

những lá Zn khác

BÀI TẬP

Câu 1: Trường hợp nào sau đây xảy ra ăn mòn điện hóa

A. sợi dây Ag nhúng trong dung dịch HNO3

B. đốt lá Fe trong khí Cl2

C. thanh nhôm nhúng trong dung dịch H2SO4 loãng

D. thanh kẽm nhúng trong dung dịch CuSO4

Câu 2:(CĐ-2007) Cho các cặp kim loại nguyên chất tiếp xúc trực tiếp với nhau: Fe và Pb, Fe và Zn, Fe và Sn, Fe và Ni. Khi nhúng các cặp kim loại trên vào dung dịch axit, số cặp kim loại trong đó Fe bị phá hủy trước là

A. 4 B. 1 C. 2 D. 3

Câu 3:(ĐH-2009) Cho các hợp kim sau: Cu − Fe (1), Zn − Fe (2), Fe − C (3), Sn − Fe (4). Khi tiếp xúc với dung dịch chất điện li thì các hợp kim mà trong đó Fe đều bị ăn mòn trước là

A. 1, 2, 3 B. 1, 2, 4 C. 1, 3, 4 D. 2, 3, 4

Câu 4:(ĐH-2008) Biết rằng ion Pb2+ trong dung dịch oxi hóa được Sn. Khi nhúng hai thanh kim loại Pb và Sn được nối với nhau bằng dây dẫn điện vào một dung dịch chất điện li thì

A. cả Pb và Sn đều bị ăn mòn điện hóa B. cả Pb và Sn đều không bị ăn mòn điện hóa

C. chỉ có Pb bị ăn mòn điện hóa D. chỉ có Sn bị ăn mòn điện hóa

Câu 5:(ĐH-2007) Có 4 dung dịch riêng biệt: HCl, CuCl2, FeCl3, HCl có lẫn CuCl2. Nhúng vào mỗi dung dịch một thanh Fe nguyên chất. Số trường hợp xuất hiện ăn mòn điện hóa là

A. 0 B. 1 C. 2 D. 3

Câu 6:(ĐH-2008) Tiến hành 4 thí nghiệm sau

− Thí nghiệm 1: nhúng thanh Fe vào dung dịch FeCl3

− Thí nghiệm 2: nhúng thanh Fe vào dung dịch CuSO4

− Thí nghiệm 3: nhúng thanh Cu vào dung dịch FeCl3

− Thí nghiệm 4: cho thanh Fe tiếp xúc với thanh Cu rồi nhúng vào dung dịch HCl

Số trường hợp xuất hiện ăn mòn điện hóa là

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4

Câu 7:(ĐH-2010) 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 hóa là

A. 1 B. 4 C. 3 D. 2

Câu 8: Điều kiện để một kim loại được chọn để bảo vệ kim loại khác chống ăn mòn điện hóa là

A. có tính khử mạnh hơn kim loại cần được bảo vệ

B. có tính khử yếu hơn kim loại cần được bảo vệ

C. kim loại nào cũng được, trừ kim loại kiềm, kiềm thổ

D. có tính khử mạnh hơn kim loại cần được bảo vệ, trừ kim loại kiềm, kiềm thổ

Câu 9: Chọn câu đúng trong các câu sau : Trong ăn mòn điện hóa học xảy ra

A. sự oxi hóa ở cực dương

B. sự khử ở cực âm

C. sự oxi hóa ở cực dương và sự khử ở cực âm

D. sự oxi hóa ở cực âm và sự khử ở cực dương

Câu 10: Trong các trường hợp sau, kim loại bị ăn mòn điện hóa học là

A. kim loại kẽm trong dung dịch HCl B. đốt dây sắt trong khí oxi

C. kim loại đồng trong dung dịch HNO3 loãng D. thép để trong không khí

Câu 11: Ngâm một lá Fe vào dung dịch HCl, Fe bị ăn mòn chậm. Nếu thêm vài giọt dung dịch CuSO4 vào dung dịch axit, Fe bị ăn mòn nhanh là do

A. Fe đẩy Cu ra khỏi muối bám vào Fe, sự hòa tan tiếp theo xảy ra không bị bọt khí H2 cản trở

B. Fe đẩy Cu ra khỏi muối bám vào Fe, sự hòa tan tiếp theo xảy ra theo cơ chế ăn mòn hóa học

C. Fe đẩy Cu ra khỏi muối bám vào Fe, sự hòa tan tiếp theo xảy ra đồng thời của hai kim loại tạo hợp

kim nên nhanh hơn

D. Fe đẩy Cu ra khỏi muối bám vào Fe, sự hòa tan tiếp theo xảy ra theo cơ chế ăn mòn điện hóa

Câu 12:(ĐH-2009) 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

A. I, II, IV B. I, II, III C. I, III, IV D. II, III, IV

Câu 13:(ĐH-2011) 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 hóa là

A. 1 B. 4 C. 3 D. 2

Câu 14: Thực hiện các thí nghiệm sau:

(1) nối một thanh Zn với một thanh Fe rồi để trong không khí ẩm

(2) thả một viên Fe vào dung dịch CuSO4

(3) thả một viên Fe vào một dung dịch chứa đồng thời ZnSO4 và H2SO4 loãng

(4) thả một viên Fe vào dung dịch H2SO4 loãng

(5) thả một viên Fe vào một dung dịch chứa đồng thời CuSO4 và H2SO4 loãng

Trong các thí nghiệm trên những thí nghiệm Fe bị ăn mòn điện hóa học là

A. (1), (2), (3), (4), (5) B. (1), (3) C. (2), (5) D. (3), (5)