Luyện tập Sự ăn mòn kim loại KNTT

Sắt không bị ăn mòn điện hoá khi tiếp xúc với kim loại Zn

Thép bị gỉ trong không khí khô thuộc loại ăn mòn hoá học vì thép bị oxi hoá trực tiếp bởi O₂ trong không khí.

Thép bị gỉ trong không khí ẩm thuộc loại ăn mòn điện hoá

Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển thuộc loại ăn mòn điện hoá 

Sự phá hủy của kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của môi trường xung quanh được gọi là Sự ăn mòn kim loại.

Để bảo vệ các đồ vật làm từ gang, thép phương pháp nào sau đây không nên sử dụng giấy giáp sắt làm sạch bề mặt gang, thép

Những hợp kim nhẹ, bền, chịu được nhiệt độ cao, áp suất cao được ứng dụng để chế tạo chi tiết của máy bay, ô tô

Thép bị gỉ trong không khí ẩm thuộc loại ăn mòn điện hoá vì trong không khí ẩm, trên bề mặt thép luôn có lớp nước mỏng đã hoà tan khí oxygen và carbon dioxide tạo thành dung dịch chất điện li. Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) thành phần của thép tiếp xúc với dung dịch đó, tạo nên vô số pin điện hoá rất nhỏ mà anode là sắt và cathode là carbon.

Các cặp Fe và Pb, Fe và Sn, Fe và Ni. Sắt hoạt động hơn nên sẽ đóng vai trò là cực âm, bị phá huỷ trước.

Thanh kim loại đã dùng có thể là Zn

Ban đầu xảy ra ăn mòn hóa học:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Nhỏ thêm dung dịch X là CuSO₄ thỏa mãn điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa với hai điện cực là Zn và Cu, dung dịch chất điện li là CuSO₄

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Thanh kẽm bị ăn mòn nhanh hơn.

Giai đoạn 1: xảy ra ăn mòn hóa học theo phản ứng:

Zn(s) + H₂SO₄(aq) ⟶ ZnSO₄(aq) + H₂(g)

Giai đoạn 2: xảy ra ăn mòn điện hóa vì khi cho dung dịch copper(II) sulfate vào ống nghiệm ở ý 1)

CuSO₄(aq) + Zn(s) ⟶ ZnSO₄(aq) + Cu(s).

Điểm giống nhau giữa ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa là đều xảy ra quá trình oxi hóa khử trong đó kim loại bị oxi hóa.

Đều là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường.

Gang, 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

Ở cực âm xảy ra sự oxi hoá: Fe → Fe²⁺ + 2e

Ở cực dương xảy ra sự khử: O₂ + 2H2O + 4e → 4OH⁻

Tại anode: kẽm bị oxi hóa thành ion Zn²⁺:

Zn(s) ⟶ Zn²⁺(aq) + 2e

Điều kiện xảy ra sự ăn mòn hóa học là

+ 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.

+ Cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

Để bảo vệ vỏ tàu biển làm bằng thép, người ta gắn các khối kẽm vào phía ngoài vỏ tàu ở phần chìm trong nước biển

Thành phần chính của thép là Fe, khi gắn Zn vào vỏ tàu sẽ tạo thành cặp điện cực Zn – Fe. Hai điện cực tiếp xúc trực tiếp với nhau và cùng tiếp xúc với dung dịch điện li (nước biển) nên xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa. Trong đó, kẽm có tính khử mạnh hơn nên bị ăn mòn, do đó vỏ tàu được bảo vệ.

Nếu chỉ có Cu²⁺ chuyển về Cu, Fe³⁺ không thể chuyển về Fe

m_{kim loại tăng} = m_Cu – m_{Mg phản ứng} = 64.0,075 – 24.0,075 = 3 gam (1)

Nếu Cu²⁺ chuyển về Cu, Fe³⁺ chuyển về Fe thì khối lượng kim loại tăng sau phản ứng là:

m_tăng = m_Cu + m_Fe – m_Mg

= 0,075.64 + 1,2.56 – (0,075 + 1,8).24 = 27 gam > 17,4 gam (2)

Từ (1) và (2) Fe³⁺ không thể chuyển hết về Fe

Vậy phương trình ion rút gọn xảy ra theo thứ tự là:

Mg + 2Fe³⁺  Mg²⁺ + 2Fe²⁺

0,6      1,2 1,2 mol

Mg + Cu²⁺  Mg²⁺ + Cu

0,075          0,075 mol

Mg + Fe²⁺  Mg²⁺ + Fe

x                x                 x

m_{Kim loại tăng} = m_Cu + m_Fe – m_{Mg phản ứng}

17,4 = 0,075.64 + 56.x – (0,075 + 0,6).24 – 24x

32x = 28,8

x = 0,9 mol < 1,2 mol (TM)

m_{Mg phản ứng} = 24.(0,075 + 0,9 + 0,6) = 37,8 gam

Điều kiện xảy ra sự ăn mòn hóa học là

+ 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.

+ Cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

(1) Nhúng thanh Fe nguyên chất vào dung dịch CuCl₂ → Xảy ra ăn mòn điện hóa.

(2) Nhúng thanh Fe nguyên chất vào dung dịch FeCl₃ → Sai, vì không có 2 cực.

(3) Nhúng thanh Fe nguyên chất vào dung dịch HCl loãng, có nhỏ vài giọt CuCl­­₂ → Xảy ra ăn mòn điện hóa.

(4) Cho dung dịch FeCl₃ vào dung dịch AgNO₃ → Sai, vì không có 2 cực.

(5) Để thanh thép lâu ngày ngoài không khí ẩm → Xảy ra ăn mòn điện hóa.

Các trường hợp xảy ăn mòn điện hóa học là: (1), (3), (5)

n_AgNO3 = 0,4 mol   m_{Ag sinh ra tối đa} = 0,4.108 = 43,2 gam < 46,45 gam

kim loại dư, AgNO₃ phản ứng hết

Trường hợp 1: Al hết, Zn phản ứng 1 phần chất rắn thu được gồm Ag và Zn dư

m_{Zn dư} = 46,45 – 43,2 = 3,25 gam n_{Zn dư} = 0,05 mol

Gọi n_Al = x mol;  n_{Zn phản ứng}  = y mol

27x + 65y + 3,25 = 9,2  (1)

Bảo toàn electron: 3n_Al + 2n_{­Zn phản ứng} = n_Ag  3x + 2y = 0,4  (2)

Từ (1) và (2) x = 0,1, y = 0,05

m_Zn = m_{Zn dư} + m_{Zn phản ứng} = 3,25 + 0,05.65 = 6,5 gam

Trường hợp 2: Al phản ứng 1 phần, Zn chưa phản ứng chất rắn thu được gồm Ag và Zn và Al dư

m_{Zn + Al dư} = 46,45 – 43,2 = 3,25 gam

Bảo toàn electron: n_Ag = 3n_{Al phản ứng} 

n_{Al phản ứng} = 0,4: 3 = mol

m_{Al phản ứng} = 3,6 gam  

m_Zn + m_{Al dư} = 9,2 – 3,6 = 5,6 ≠ 3,25

Loại trường hợp này

m_Z > m_X nên Fe đã phản ứng Zn hết Z là hỗn hợp nên Fe còn dư

Cu^2+​ hết m_{Fe dư} = m_Z – m_Cu = 4,2

Đặt x, y, là số mol Zn, Fe phản ứng

m_X = 65x + 56y + 4,2 = 10,2 (1)

n_CuSO4​ = x + y = 0,0975

Giải hệ phương trình (1) và (2)

x = 0,06; y = 0,0375

m_{Fe trong X} = 56y + 4,2 = 56.0,0375 + 4,2 = 6,3 gam

n_Mg = 1,2 : 24 = 0,05 mol

n_Fe = 5,6 : 56 = 0,1 mol

Mg + CuSO₄ MgSO₄ + Cu

Fe + CuSO₄ FeSO₄ + Cu

Nếu Mg và Fe đều hết, CuSO₄ dư thì lượng Cu sinh ra là

n_Cu = n_Mg + n_Fe = 0,05 + 0,1 = 0,15 mol

m_Cu = 0,15.64 = 9,6 gam > 9,2 ham

Vậy CuSO₄ hết, kim loại còn dư

Trường hợp 1: Mg dư, Fe chưa phản ứng

Mg + CuSO₄ MgSO₄ + Cu

x x x

m_{Kim loại sau pứ} = m_{Mg dư} + m_Fe + m_Cu

1,2 – 24x + 5,6 + 64x = 9,2

x = 0,06 mol > 0,05 mol (Mg dư thì x < 0,05 mol) Loại

Trường hợp 2: Mg hết, Fe dư

Mg + CuSO₄ MgSO₄ + Cu

0,05 0,05 0,05 (mol)

Fe + CuSO₄ FeSO₄ + Cu

y y y

m_{Kim loại sau pứ} = m_{Fe dư} + m_Cu

5,6 – 56y + 64(y + 0,05) = 9,2 g

y = 0,05 mol

n_CuSO4 = 0,05 + y = 0,1 mol

C_M dung dịch CuSO₄ = 0,1 : 0,25 = 0,4M