Đặc điểm chung của Anh mòn điện hóa và an mòn hóa học là
|
SỰ ĂN MÒN KIM LOẠINhóm 1Lớp XDD55-ĐH1Khái niệmĂn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng củacác chất trong môi trườngBản chất: là quá trình oxi hóa khử, trong đó kim loại bị oxi hóa thànhcác ion dươngM Mn+ + nePhân loạiCăn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người taphân thành hai dạng chính: Ăn mòn hóa học Ăn mòn điện hóa học1.Ăn mòn hóa họcLà quá trình oxi hóa khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trựctiếp đến các chất môi trường .VD:3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H23Fe + 2O2 Fe3O42Fe + 3Cl2 FeCl31.Ăn mòn hóa họcThường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lò đốt hoặc những thiết bịthường xuyên tiếp xúc vơi hơi nước, oxi, clo,…Đặc điểm: không phát sinh dòng điện, nhiệt độ càng cao thì ăn mòncàng nhanhMột số hình ảnh về sự ăn mòn hóa họcMột số hình ảnh về ăn mòn hóa học2. Ăn mòn điện hóa học• Đánh giáLà loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trongtự nhiênVậy thì ăn mòn điện hóa là gì ?????Là quá trình oxi hóa khử, trong đó kim loại bị ăn mòn dotác dụng của dung dich chất điện li và tạo nên dòngelectron chuyển dời từ cực âm đến cực dươngThí nghiệmThí nghiệm:Hiện tượng:-Khi chưa nối dây, lá Zn bị hòa tan và bọtkhí thoát ra ở bề mặt lá Zn-Khi nối dây, lá Zn tan nhanh chóng, bọtkhí thoát ra liên tục, kim vôn kế bị lệchGiải thích:- Khi chưa nối dây dẫn, kẽm bị ăn mòn hóa học do phản ứng oxi hóa kẽm bởi ion H + trongdung dịch axitZn + 2H+ Zn2+ + H2Bọt khí H2 sinh ra trên bề mặt lá Zn-Khi nối dây dẫn, một pin điện được hình thành (pin Vônta). Các electron di chuyển từ láZn sang lá Cu tạo ra dòng điện một chiều. Các ion H+ di chuyển về lá Cu nhậnelectron, bị khử thành H2-2H+ + 2e H2Zn bị ăn mòn điện hóa đồng thời với sự tạo thành dòng điện Ăn mòn điện hóa họcĂn mòn điện hóa xảy ra khi nào? Điều kiện 1: các điện cực có bản chất khác nhau• Cặp hai kim loại khác nhau• Cặp kim loại – phi kim• Cặp kim loại – hợp chất hóa học Điều kiện 2: các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn Điều kiện 3: các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li Đủ 3 điều kiện trên mới xảy ra ăn mòn hóa họcBản chất của ăn mòn điện hóaĂn mòn điện hóa gồm 1 quá trình oxi hóa tại cực âm và 1 quá trình khử tạicực dương, trong đó electron được chuyển từ cực âm sang cực dươngooCực âm (anot): quá trình oxi hóa, kim loại mạnh hơn nhường electron: M Mn+ + neCực dương (catot): quá trình khử, ion H+ hoặc O2 nhận electron••Nếu môi trường là dd axit: 2H+ + 2e H2Nếu môi trường là không khí ẩm có hòa tan oxi:O2 + 2H2O + 4e 4OH-So sánh 2 kiểu ăn mònĂn mòn hóa họcĂn mòn điện hóaCùng là quá trình oxi hóa – khử•••electron chuyển dời từ cực âm đến cực dươngcác electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất môi trường .Thường xảy ra ở những bộ phận của thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên tiếp xúc vơihơi nước, oxi, clo•••Xảy ra khi có đủ 3 điều kiện: 2 điện cực phải khác nha, được nối với nhau nhờ dây dẫn và cũng tiếpxúc với 1 dung dịch•không phát sinh dòng điệnKhông nghiêm trọng bằng ăn mòn điện hóa•Phát sinh dòng điệnLà loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiênCảm ơn cô và các bạn đã lắngnghe Show Sự ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh.
M → Mn+ + ne Có 2 dạng ăn mòn kim loại là ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học VD – Thanh sắt trong nhà máy sản xuất khí Cl2 Fe + Cl2 → FeCl3 ⇒ Ăn mòn hoá học là quá trình oxi hoá – khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường. a. Khái niệm về ăn mòn điện hóa – Kim điện kế quay ⇒ chứng tỏ có dòng điện chạy qua. – Thanh Zn bị mòn dần. – Bọt khí H2 thoát ra cả ở thanh Cu.  – Điện cực âm (anot); Zn bị ăn mòn theo phản ứng: Zn → Zn2+ + 2e Ion Zn2+ đi vào dung dịch, các electron theo dây dẫn sang điện cực Cu. – Điện cực dương (catot): ion H+ của dung dịch H2SO4 nhận electron biến thành nguyên tử H rồi thành phân tử H2 thoát ra.: 2H+ + 2e → H2↑ ⇒ Ăn mòn điện hoá là quá trình oxi hoá – 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. b. Ăn mòn điện hoá học hợp kim sắt trong không khí ẩm VD: Sự ăn mòn gang trong không khí ẩm. – Trong không khí ẩm, trên bề mặt của gang luôn có một lớp nước rất mỏng đã hoà tan O2 và khí CO2 , tạo thành dung dịch chất điện li. – Gang có thành phần chính là Fe và C cùng tiếp xúc với dung dịch đó tạo nên vô số các pin nhỏ mà sắt là anot và cacbon là catot. Tại anot: Fe → Fe2+ + 2e Các electron được giải phóng chuyển dịch đến catot. Tại catot: O2 + 2H2O + 4e → 4OH– Ion Fe2+ tan vào dung dịch chất điện li có hoà tan khí O2.Tại đây, ion Fe2+ tiếp tục bị oxi hoá, dưới tác dụng của ion OH− tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe2O3.nH2O. c. Điều kiện xảy ra sự ăm mòn điện hoá học
Cặp KL – KL; KL – PK; KL – Hợp chất hoá học
1, Phương pháp bảo vệ bề mặt: sơn; mạ kim loại 2, Phương pháp điện hóa 3, Sản xuất vật liệu không bị ăn mòn: hợp kim không bị ăn mòn Bài tập pin điện hóa có lời giải Bài 1: Tính thế điện cực chuẩn E0 của những cặp oxi hóa khử sau: a. E0 (Cr3+/Cr), biết suất điện động chuẩn của pin điện hóa Cr -Ni là +0,51V và E0 (Ni2+/Ni) = -0,23V. b. E0 (Mn2+/Mn), biết suất điện động chuẩn của pin điện hóa Cd -Mn là +0,79V và E0(Cd2+/Cd) = -0,40V. Hướng dẫn Xem thêm: Lý thuyết kim loại: điều chế kim loại
Chủ đề Hóa Học 12 hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về hiện tượng ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học, để lí giải tại sao một thanh sắt nói riêng và kim loại nói chung khi để ngoài trời hay ngâm trong nước thì lại bị rỉ sét? Đây được xem là một hiện tượng ăn mòn kim loại. Còn về chi tiết hiện tượng này, chúng ta sẽ tìm hiểu ngay sau đây. Ăn mòn kim loại– Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kiim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh. Đó là một quá trình hóa học, hoặc quá trình điện hóa trong đó kim loại bị oxi hóa thành ion dương. X —-> X(n+) + ne – Ăn mòn kim loại gồm hai dạng là: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học. Ăn mòn hóa học– Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa khử trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường. – Ăn mòn hóa học thường xảy ra ở các chi tiết bằng kim loại của máy móc hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hóa chất, khí oxi, hơi nước ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ càng cao, kim loại ăn mòn càng nhanh. – Nhận biết ăn mòn hóa học, ta thấy ăn mòn kim loại mà không thấy xuất hiện cặp kim loại hay cặp KL-C thì đó là ăn mòn kim loại. Ví dụ: Thanh sắt nói riêng khi ngâm trong nước lại bị gỉ sét. Đến đây chúng ta có thể giải thích như sau: Khi sắt tiếp xúc với oxy và độ ẩm trong một khoảng thời gian dài, tạo thành một hợp chất mới gọi là oxít sắt hay còn gọi là rỉ sắt. Chất xúc tác chính cho quá trình rỉ là nước. Cấu trúc sắt có vẻ chắc chắn, nhưng các phân tử nước có thể xâm nhập vào các lỗ nhỏ và vết nứt trong bất kỳ kim loại nào kể cả sắt, sự kết hợp của nguyên tử hidro có trong nước với các nguyên tố khác để hình thành axít, ăn mòn sắt, làm cho sắt bị phơi ra nhiều hơn. Nếu trong môi trường nước biển, sự ăn mòn có thể xảy ra nhanh hơn. Trong khi đó các nguyên tử oxy kết hợp với các nguyên tử sắt để hình thành oxít sắt hay rỉ sắt, chúng làm yếu sắt và làm cho cấu trúc của sắt trở nên giòn và xốp. Xem Thêm: Tính chất hóa học của nhôm và ứng dụng Ăn mòn điện hóa học– Ăn mòn điện hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dich chất điện li và tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương. – Ăn mòn điện hóa thường xảy ra khi cặp kim loại (hoặc hợp kim) để ngoài không khí ẩm, hoặc nhúng trong dung dịch axit, dung dịch muối, trong nước không nguyên chất… Ví dụ: Phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm… Do vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất Cơ chế của ăn mòn điện hóa– Gang hoặc thép là những hợp kim Fe-C, trong đó cực âm là những tinh thể Fe, cực dương là những tinh thể C. Các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và với một dung dịch điện li phủ ngoài. Như vậy, vật bị ăn mòn theo kiểu điện hóa: + Ở cực âm: Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành. Các ion này tan vào dung dịch điện li trong đó đã có một lượng không khí oxi, tại đây chúng bị oxi hóa tiếp thành . + Ở cực dương: Các ion hiđro của dung dịch điện li di chuyển đến cực dương, tại đây chúng bị khử thành hiđro tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch điện li. Xem Thêm: Lipit là gì? lý thuyết, phân loại và vai trò của lipit Các tinh thể Fe lần lượt bị oxi hóa từ ngoài vào trong. Sau một thời gian, vật bằng gang (thép) sẽ bị ăn mòn hết. Điều kiện để xảy ra sự ăn mòn điện hóa học– Các điện cực phải khác nhau về bản chất, có thể là 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 qua dây dẫn. – Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li Thiếu một trong ba điều kiện trên sẽ không xảy ra sự ăn mòn điện hóa học Trong tự nhiên, sự ăn mòn kim loại xảy ra phức tạp, có thể xảy ra đồng thời cả quá trình ăn mòn điện hóa học và ăn mòn hóa học. Các biện pháp chống ăn mòn kim loạiPhương pháp bảo vệ bề mặt – Dùng những chất bền vững phủ lên bề mặt kim loại như lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo… – Lau chùi, để nơi khô ráo thoáng – Sắt tây là sắt được tráng thiếc, tôn là sắt được tráng kẽm. Các đồ vật bằng sắt thường được mạ Niken hay Crom Phương pháp điện hóa – Dùng một kim loại là “vật hi sinh” để bảo vệ vật liệu kim loại. VD: 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 (nước biển là dung dịch chất điện li). Kẽm bị ăn mòn, vỏ tàu được bảo vệ. Bài tậpBài 1: Vì sao khi nối một sợi dây điện bằng đồng với một sợi dây điện bằng nhôm thì chỗ nối mau trở nên kém tiếp xúc? Trả lời: Khi đồng và nhôm tiếp xúc trực tiếp nhau 1 thời gian thì tại điểm tiếp xúc ấy xảy ra hiện tượng “ăn mòn điện hoá”. Hiện tượng này làm phát sinh một chất có điện trở lớn, làm giảm dòng điện đi qua dây. Xem Thêm: Nước cứng tạm thời, nước cứng vĩnh cửu và giải bài tập Bài 2: Một hợp kim có cấu tạo tinh thể hỗn hợp Cu – Zn để trong không khí ẩm. Hãy cho biết hợp kim bị ăn mòn hoá học hay điện hoá học. Trả lời: Hợp kim bị ăn mòn điện hoá học. Zn là điện cực âm, bị ăn mòn. Cu là điện cực dương không bị ăn mòn. Bài 3: Có những cặp kim loại sau đây tiếp xúc với nhau và cùng tiếp xúc với dung dịch điện li. Cho biết kim loại nào trong mỗi cặp sẽ bị ăn mòn điện hoá học. a) Al – Fe b) Cu – Fe c) Fe – Sn Trả lời: a) Al (điện cực âm) bị ăn mòn, Fe (điện cực dương) không bị ăn mòn b) Fe (điện cực âm) bị ăn mòn, Cu (điện cực dương) không bị ăn mòn. c) Fe (điện cực âm) bị ăn mòn, Sn (điện cực dương) không bị ăn mòn. Ở những vết sây sát của vật làm bằng sắt tráng kẽm sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hoá học. Bài 4: Ngâm 9 g hợp kim Cu – Zn trong dung dịch axit HCl dư thu được 896 ml khí H2 (đktc). Hãy xác định thành phần phần trăm khối lượng của hợp kim. Trả lời: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 => mZn = 0,04.65 = 2,6 (g) Sau khi học xong bài này, chúng ta đã có thể hiểu rõ hơn về những sự việc xảy ra hằng ngày xung quanh chúng ta, cùng như có thể giải thích được chúng. Ngoài ra, còn một số dạng bài tập hay được hỏi trong chủ đề sự ăn mòn điện hóa này. Các em nên sưu tầm và luyện tập thêm để có kết quả thật tốt nhé. Chúc các em học tốt! |
