Giải bài tập SGK Hóa 12 Bài 20: Sự ăn mòn kim loại

Ăn mòn kim loại là gì? Có mấy dạng ăn mòn kim loại? Dạng nào xảy ra phổ biến hơn?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm rõ lý thuyết về sự ăn mòn kim loại.

Hướng dẫn giải

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

Có 2 loại ăn mòn kim loại sau:

• Ăn mòn hoá học là quá trình oxi hoá - khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp các chất trong môi trường.
• Ăn mòn điện hoá học 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.

Trong hai dạng ăn mòn trên thì ăn mòn điện hóa xảy ra phổ biến hơn.

Hãy nêu cơ chế của sự ăn mòn điện hoá học?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm rõ lý thuyết về cơ chế của sự ăn mòn kim loại, có thể lấy sự ăn mòn của sắt làm ví dụ.

Hướng dẫn giải

Cơ chế ăn mòn điện hóa học: 

Lấy sự ăn mòn sắt làm thí dụ:

• Trong không khí ẩm, trên bề mặt của lớp sắt luôn có một lớp nước rất mỏng đã hòa tan O₂ và CO₂ trong khí quyển tạo thành một dung dịch chất điện ly.
• Sắt và các tạp chất (chủ yếu là cacbon) cùng tiếp xúc với dung dịch đó tạo nên vô số pin rất nhỏ mà sắt là cực âm và cacbon là cực dương
• Tại cực âm: sắt bị oxi hóa thành ion Fe²⁺ 

            Fe → Fe²⁺ + 2e 

            Các electron được giải phóng chuyển dịch đến cực dương

• Tại cực dương: O₂ hòa tan trong nước bị khử thành ion hiđroxit

            O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^-

• Các ion Fe²⁺ di chuyển từ vùng anot (cực âm) qua dung dịch điện ly yếu đến vùng catot (cực dương) và kết hợp với ion OH^- để tạo thành sắt (II) hiđroxit. Sắt (II) hiđroxit tiếp tục bị oxi hóa bởi oxi của không khí thành sắt (III) hiđroxit
• Chất này bị phân hủy thành sắt (II) oxit.

Hãy nêu tác hại của sự ăn mòn kim loại và cách chống ăn mòn kim loại?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần ghi nhớ:

- Tác hại của sự ăn mòn kim loại:

+ Đối với kim loại bị ăn mòn.

+ Đối với đời sống, sự phát triển kinh tế.

- Cách phòng chống:

+ Kể tên các biện pháp phòng chống sự ăn mòn kim loại.

Hướng dẫn giải

- Tác hại của sự ăn mòn kim loại: 

• Phá hủy kim loại, kim loại bị mất dần các tính chất quý
• Thiệt hại về mặt kinh tế : phải thay thế nhiều chi tiết, thiết bị máy móc bị ăn mòn.

- Cách chống ăn mòn kim loại:

• Phương pháp bảo vệ bề mặt: Cách li kim loại với môi trường dùng các chất bền vững với môt trường phủ trên bề mặt kim loại như bôi dầu, mỡ, tráng men, ...
• Phương pháp điện hóa: nối kim loại cần bảo vệ với một kim loại hoạt động hơn tạo thành pin điện hóa. Kim loại hoạt động hơn bị ăn mòn, kim loại còn lại được bảo vệ.

Trong hai trường hợp sau đây, trường hợp nào vỏ tàu được bảo vệ? Giải thích?

– Vỏ tàu bằng thép được nối với thanh kẽm.

– Vỏ tàu bằng thép được nối với thanh đồng.

Phương pháp giải

Để chọn trường hợp vỏ tàu được bảo vệ ta cần ghi nhớ: Vỏ tàu bằng thép ( hợp kim của Fe và C)

Trường hợp nào thép được nối với kim loại hoạt động hóa học hơn Fe thì sẽ được bảo vệ.

Hướng dẫn giải

• Vỏ tàu thép (Fe) được nối với thanh Zn thì vỏ tàu được bảo vệ vì tính khử Zn > Fe.
• Fe-Zn tạo thành cặp pin điện hóa trong đó Zn bị ăn mòn còn lại Fe được bảo vệ.

Vậy trường hợp vỏ tàu bằng thép được nối với thanh kẽm được bảo vệ.

Cho lá sắt vào:

a) Dung dịch H₂SO₄ loãng.

b) Dung dịch H₂SO₄ loãng có thêm vài giọt dung dịch CuSO₄.

Nêu hiện tượng xảy ra, giải thích và viết phương trình hóa học của các phản ứng trong mỗi trường hợp.

Phương pháp giải

Để nêu hiện tượng và giải thích các trường hợp trên ta dựa vào kiến thức đã học quan sát về màu sắc dung dịch, hiện tượng kết tủa hay bay hơi để nêu được hiện tượng xảy ra.

Viết phương trình hóa học phản ứng xảy ra.

Hướng dẫn giải

Câu a

Cho lá sắt vào dung dịch H₂SO₄ loãng, thấy sủi bọt khí bám trên bề mặt thanh sắt; bọt khí bám trên bề mặt thanh sắt tăng dần làm giảm diện tích tiếp xúc giữa thanh sắt với dung dịch H₂SO₄ do đó khí thoát ra giảm dần và ngừng hẳn.

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Câu b

Khi cho lá sắt vào dung dịch H₂SO₄ loãng có thêm vài giọt dung dịch CuSO₄, xảy ra phản ứng:

PTHH:  Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓

Cu màu đỏ tạo thành bám trên bề mặt thanh sắt hình thành cặp pin điện hóa Cu-Fe. Lúc này xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa học trong dung dịch điện li H₂SO₄

Tính khử Fe > Cu nên Fe đóng vai trò là cực âm, Cu đóng vai trò là cực dương.

• Ở điện cực âm, Fe bị ăn mòn theo phản ứng:

Fe → Fe²⁺ + 2e

• Ở điện cực dương, ion H⁺ của dung dịch H₂SO₄ nhận electron:

2H⁺ + 2e → H₂

Như vậy ta thấy bọt khí H₂ thoát ra ở cực Cu, không ngăn cản Fe phản ứng với H₂SO₄ nên phản ứng xảy ra mãnh liệt hơn, bọt khí H₂ thoát ra nhiều hơn.

Một dây phơi quần áo gồm một đoạn dây đồng nối với một đoạn dây thép. Hiện tượng nào sau đây xảy ra ở chỗ nối hai đoạn dây khi để lâu ngày?

A. Sắt bị ăn mòn.

B. Đồng bị ăn mòn.

C. Sắt và đồng đều bị ăn mòn.

D. Sắt và đồng đều không bị ăn mòn.

Phương pháp giải

Để chọn phương án đúng cần ghi nhớ kiến thức về ăn mòn điện hóa.

Hướng dẫn giải

Dây phơi quần áo nối đoạn dây đồng (Cu) với thép (Fe) ⇒ hình thành cặp pin Cu-Fe

⇒ Khi để lâu ngày thì sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa học. Tính khử Fe > Cu nên Fe sẽ bị ăn mòn trước

Đáp án cần chọn là A.