Sự ăn Mòn Kim Loại (Có Bài Tập áp Dụng)

 

Sự ăn mòn kim loại

 

I – KHÁI NIỆM

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

M → Mn+ + ne

II – HAI DẠNG ĂN MÒN KIM LOẠI

Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân thành hai dạng chính: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa

1. Ăn mòn hóa học

- Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại phản ứng trực tiếp với các chất oxi hóa trong môi trường (các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường) và không có xuất hiện dòng điện Ví dụ:                                      3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2                                      2Fe + 3Cl2  2FeCl3                                      3Fe + 2O2  Fe3O4

2. Ăn mòn điện hóa học

Ăn mòn điện hóa học là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiên

a) Khái niệm về ăn mòn điện hóa học Vậy ăn mòn điện hóa học 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 âm sang cực dương. b) Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học: đồng thời cả 3 điều kiện sau - Các điện cực phải khác nhau về bản chất. Có thể là cặp hai kim loại khác nhau, kim loại – phi kim hay kim loại – hợp chất. Kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn là cực âm  - Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn  - Các điện cực cùng tiếp xúc với dung dịch chất điện li c) Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm  - Gang, thép là hợp kim Fe – C gồm những tinh thể Fe tiếp xúc trực tiếp với tinh thể C (graphit)  - Không khí ẩm có chứa H2O, CO2, O2…tạo ra lớp dung dịch chất điện li phủ lên bề mặt gang, thép làm xuất hiện vô số pin điện hóa mà Fe là cực âm, C là cực dương.

- Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe → Fe2+ + 2e  - Ở cực dương xảy ra sự khử: 2H+ + 2e → H2 và O2 + 2H2O + 4e → 4OH-  - Tiếp theo:       Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2                          4Fe(OH)2 + O2(kk) + 2H2O → 4Fe(OH)3  - Theo thời gian Fe(OH)3 sẽ bị mất nước tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe2O3.xH2O

3. So sánh sự ăn mòn hóa học và sự ăn mòn điện hóa học

Phân loại	Sự ăn mòn hóa học	Sự ăn mòn điện hóa học
Điều kiện xảy ra ăn mòn	Thường xảy ra ở những thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí oxi	- Các điện cực phải khác nhau, có thể là cặp hai kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại - phi kim hoặc cặp kim loại - hợp chất hóa học (như Fe3C). Trong đó kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ là cực âm. - Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn, các điện cực phải tiếp xúc với dung dịch chất điện li.
Cơ chế của sự ăn mòn	Thiết bị bằng Fe tiếp xúc với hơi nước, khí oxi thường xảy ra phản ứng: 3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2↑ 3Fe + 2O2  Fe3O4	- Sự ăn mòn điện hóa một vật bằng gang (hợp kim Fe - C)(hoặc thép) trong môi trường không khí ẩm có hòa tan khí CO2, SO2, O2... sẽ tạo ra một lớp dung dịch điện li phủ bên ngoài kim loại. - Tinh thế Fe (cực âm), tinh thể C là cực dương. Ở cực dương: xảy ra phản ứng khử: 2H+ + 2e → H2 ; O2 + 2H2O + 4e → 4OH-Ở cực âm: xảy ra phản ứng oxi hóa:  Fe → Fe2+ + 2e Những Fe2+ tan vào dung dịch chứa oxi → Fe3+ và cuối cùng tạo gỉ sắt có thành phần Fe2O3.nH2O
Bản chất của sự ăn mòn	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 xảy ra chậm	Là sự ăn mòn kim loại do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng điện. Mòn điện hóa xảy ra nhanh hơn ăn mòn hóa học.

III – CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

1. Phương pháp bảo vệ bề mặt

Phương pháp bảo vệ bề mặt là phủ lên bề mặt kim loại một lớp sơn, dầu mỡ, chất dẻo hoặc tráng, mạ bằng một kim loại khác. Nếu lớp bảo vệ bị hư, kim loại sẽ bị ăn mòn Ví dụ: Sắt tây là sắt tráng thiếc dùng làm hộp đựng thực phẩm vì thiếc là kim loại khó bị oxi hóa ở nhiệt độ thường, màng oxit thiếc mỏng và mịn cũng có tác dụng bảo vệ thiếc và thiếc oxit không độc lại có màu trắng bạc khá đẹp. Thiếc là kim loại mềm, dễ bị sây sát. Nếu vết sây sát sâu tới lớp sắt bên trong thì sẽ xảy ra ăn mòn điện hóa học, kết quả là sắt bị ăn mòn nhanh

 2. Phương pháp điện hóa

Phương pháp bảo vệ điện hóa là dùng một kim loại có tính khử mạnh hơn làm vật hi sinh để bảo vệ vật liệu kim loại. Vật hi sinh và kim loại cần bảo vệ hình thành một pin điện, trong đó vật hi sinh đóng vai trò cực âm và bị ăn mòn Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép, người ta gắn chặt những tấm kẽm vào phần vỏ tàu ngâm trong nước biển. Vì khi gắn miếng Zn lên vỏ tàu bằng thép sẽ hình thành một pin điện, phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, các lá Zn là cực âm và bị ăn mòn theo cơ chế:  - Ở anot (cực âm): Zn → Zn2+ + 2e  - Ở catot (cực dương): 2H2O + O2 + 4e → 4OH-  Kết quả là vỏ tàu được bảo vệ, Zn là vật hi sinh, nó bị ăn mòn

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 1.   Kẽm tác dụng với dd H2SO4 loãng, thêm vào đó vài dd CuSO4. Lựa chọn hiện tượng bản chất trong số các hiện tượng sau :

            A.  Ăn mòn kim loại                                                B.  Ăn mòn điện hoá học    

            C.Hidro toát ra mạnh hơn                                        D.  Màu xanh biến mất

Câu 2.   Trường hợp nào sau đây là ăn mòn điện hoá :

1. Thép để trong không khí ẩm                              B.  Sắt trong dd H2SO4 loãng

            C.  Kẽm bị phá huỷ trong khí clo                             D.  Nhôm để trong không khí

Câu 3.  Có 2 chiếc thìa sắt như nhau, một chiếc giữ nguyên còn một chiếc bị vặn cong cùng đặt trong điều kiện không khí ẩm như nhau. Hiện tượng xảy ra là:

A. Cả 2 chiếc thìa đều không bị ăn mòn.    

B. Cả 2 chiếc thìa đều bị ăn mòn với tốc độ như nhau.

C. Chiếc thìa cong bị ăn mòn nhiều hơn.   

D. Chiếc thìa cong bị ăn mòn ít hơn.

Câu 4.Chọn đáp án đúng.

Điều kiện để xảy ra ăn mòn điện hoá là:

1. Các điện cực phải tiếp xúc với nhau hoặc được nối với nhau bằng một dây dẫn.
2. Các điện cực phải được nhúng trong dung dịch điện ly.
3. Các điện cực phải khác nhau .
4. Cả ba điều kiện trên

Câu 5. Có những vật bằng sắt được mạ bằng những kim loại khác nhau dưới đây. Nếu các vật này đều bị sây sát sâu đến lớp sắt, thì vật nào bỉ gỉ sắt chậm nhất?

A.  Sắt tráng kẽm                                            B. Sắt tráng thiếc          

 C. Sắt tráng niken                                          D. Sắt tráng đồng

Câu 6.  Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. ăn mòn kim loại là sự huỷ hoại kim loại và hợp  kim duới tác dụng của môi trường xung quanh.

B. ăn mòn kim loại là một quá trình hoá học trong đó kim loại bị ăn mòn bởi các axít trong môi trường không khí.

C. Trong quá trình ăn mòn, kim loại bị oxi hoá thành ion của nó .

D. ăn mòn kim loại được chia làm hai dạng: ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá .

Câu 7.  Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về ăn mòn hoá học.

A. ăn mòn hoá học không làm phát sinh dòng điện .

B. ăn mòn hoá học làm phát sinh dòng điện một chiều.

C. Kim loại tinh khiết sẽ không bị ăn mòn hoá học.

D. Về bản chất, ăn mòn hoá học cũng là một dạng của ăn mòn điện hoá.

Câu 8. Kết luận nào sau đây không đúng?

A- Các thiết bị máy móc bằng kim loại tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao có khả năng bị ăn mòn hóa học.

B- Nối thanh Zn với vỏ tàu thuỷ bằng thépp thì vỏ tàu thuỷ sẽ được bảo vệ.

C- Để đồ vật bằng thép ra ngoài không khí ẩm thì đồ vật đó sẽ bị ăn mòn điện hoá.

D- Một miếng vỏ đồ hộp làm bằng sắt tây (sắt tráng thiếc) bị xây xát tận bên trong, để trong không khí ẩm thì Sn sẽ bị ăn mòn trước.

Câu 9. Một chiếc chìa khoá làm bằng hợp kim Cu-Fe bị rơi xuống đáy giếng. Sau một thời gian chiếc chìa khoá sẽ:

A. Bị ăn mòn hoá học

B. Bị ăn mòn điện hoá

C. Không bị ăn mòn

D. ăn mòn điện hoá hoặc hoá học tuỳ theo lượng Cu-Fe có trong chìa khoá đó.

Câu 10.  Có một thuỷ thủ làm rơi một đồng 50 xu làm bằng Zn xuống đáy tàu và vô tình quên không nhặt lại đồng xu đó.

A. Đồng xu rơi ở chỗ nào vẫn còn nguyên ở chỗ đó .     

B. Đồng xu biến mất.

C. Đáy tàu bị thủng dần làm con tàu bị đắm.                  

D. Đồng xu nặng hơn trước nhiều lần.

Câu 11.  Để bảo vệ nồi hơi (Supde) bằng thép khỏi bị ăn mòn, người ta có thể lót những kim loại nào sau đây vào mặt trong của nồi hơi.

A. Zn hoặc Mg.          B. Zn hoặc Cr.             C. Ag hoặc Mg.         D. Pb hoặc Pt.

Câu 12.  Trên cửa các  đập nước bằng thép thường thấy có gắn những lá Zn mỏng. Làm như vậy là để chống ăn mòn các cửa đập theo phương pháp nào trong các phương pháp sau đây:

A. Dùng hợp kim chống gỉ.                                                          B. Phương pháp phủ.

C. Phương pháp biến đổi hoá học lớp bề mặt.                               D. Phương pháp điện hoá.             

ĐÁP ÁN

1	B	4	D	7	A	10	B
2	A	5	A	8	D	11	A
3	C	6	B	9	B	12	D