Bài giảng môn Hóa học Lớp 12 - Bài 20: Sự ăn mòn kim loại

BÀI 20: SỰ ĂN MÒN KIM LOẠIVD: Đinh sắt để ngoài không khí lâu ngày bị rỉKhái niệm: Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của chất trong môi trường xung quanh. Đó là quá trình hóa học hoặc quá trình điện hóa trong đó kim loại bị oxi hóa thành ion dương Kim loại bị oxi hóa: M 	→ Mn+ + neI. KHÁI NIỆM Có hai dạng ăn mòn kim loại:Ăn mòn hóa họcĂn mòn điện hóa họcII. CÁC DẠNG ĂN MÒN KIM LOẠIXảy ra với các thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với nước và không khíVd: - Sự ăn mòn động cơ hơi nước làm việc ở nhiệt độ cao - Các vật liệu kim loại ở các khu công nghiệp hóa học => Khái niệm: Ăn mòn kim loại là quá trình oxi hóa – khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường 0 +8/3 3 Fe + 2O2 → Fe3O41. Ăn mòn hóa học a) Khái niệm: Thí nghiệm: Nhúng thanh kẽm và thanh đồng (không tiếp xúc với nhau ) vào cóc đựng dungdịch H2SO4 loãng. Nối thanh đồng với kẽ bằngdây dẫn đi qua một điện kế. Hiện tượng: Khi chưa nối dây dẫn lá kẽm bị Hòa tan và bọt khí H2 thoát ra trên bề mặt ZnKhi nối dây dẫn lá kẽm bị ăn mòn nhanh chóng trong dung dịch điện li. Kim điện bị lệch, H2 thoát ra trên lá đồng 2. Ăn mòn điện hóa họcGiải thích: Khi chưa nối dây dẫn lá kẽm bị ăn mòn hóa học tạo bọt khí H2	Zn + H2 → Zn2+ + H2 Khi nối 2 thanh kim loại bởi dây dẫn => Pin điện hình thành: Zn là cực âm, Zn2+/Zn Cu là cực dương Cu2+/CuCác electron di chuyển từ cực âm sang cực dương tạo thành dòng điện 1 chiều→ Kim điện kế bị lệch hướngIon H+ di chuyển về lá Đồng (Cu) nhận e tạo khí H2 thoát ra ngoài	2H+ + 2e → H2=> Phản ứng xảy ra trong pin: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2Khái niệm: 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 đến cực dương.b) Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt trong không khí ẩmVD: Sự ăn mòn của gang Tại anot, sắt bị oxi hóa thành ion Fe2+ 	Fe → Fe2+ + 2eCác electron được giải phóng chuyển dịchđến catotTại catot, O2 hòa tan trong nước bị khử thành ion hiđroxit: O2 + 2H2O + 4e → 4OH –Ion Fe2+ tan vào dung dịch chất điện li hòa tan khí O2. Ion Fe2+ bị oxi hóa bởiion OH – tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe2O3.nH2OChú ý: Trong pin điện: - Catot là cực dương (+) - Anot là cực âm ( - )c) Điều kiện xảy ra sự ăn mòn điện hóa họcCác điện cực phải khác nhau về bản chất. (Có thể là hai kim loại khác nhau hoặc kim loại với phi kim ) Trong hai cặp kim loại thì kim loại mạnh hơn đóng vai trò cực (+) còn kim loại yếu hơn đóng vai trò cực (-).Các điện cực phải tiếp xúc với nhau trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫnCác điện cực phải tiếp xúc với nhau trong cùng một dung dịch chất điện li=> Thiếu một trong 3 điều kiện sẽ không xảy ra sự ăn mòn điện hóa họcPhương pháp bảo vệ bề mặt Dùng những chất bền vững đối với môi trường để phủ ngoài mặt những đồ vật bằng kim loại như bôi dầu mỡ, sơn, mạ, tráng men III. CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI2) Phương pháp điện hóaDùng một kim loại làm vật hy sinh để bảo kim loạiVật hi sinh bị ăn mònKim loại kia được bảo vệCâu 1: Cho lá Fe kim loại vào :a. Dung dịch H2SO4 loãngb. Dung dịch H2SO4 loãng có một lượng nhỏ CuSO4. Nêu hiện tượng xảy ra, giải thích và viết phương trình phản ứng xảy ra trong mỗi trường hợp.	Giảia. Cho lá sắt vào dung dịch H2SO4 loãng , ban đầu có phản ứngFe + H2SO4 → FeSO4 + H2Xuất hiện bọt khí hidro, sau một thời gian bọt khí H2 sinh ra bám trên mặt thanh sắt sẽ ngăn cản không cho thanh sắt tiếp xúc với dung dịch H2SO4. Phản ứng dừng lạib. Cho một lượng nhỏ dung dịch CuSO4 có phản ứngCuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu ↓Cu sinh ra bám trên bề mặt thanh sắt hình thành cặp pin điện hóa Fe-Cu. Lúc này xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa trong dung dịch H2SO4 loãngTính khử : Fe mạnh hơn Cu nên Fe đóng vai trò là cực âm. Cu đóng vai trò là cực dươngTại cực âm: Fe - 2e → Fe2+Tại cực dương : 2H+ + 2e → H2Như 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.BÀI TẬP CỦNG CỐCâu 2: Trong hai trường hợp sau đây, trường hợp nào vỏ tàu được bảo vệ?- Vỏ tàu thép được nối với thanh kẽm.- Vỏ tàu thép được nối với thanh đồng.	GiảiVỏ 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.