Bài tập Hóa học Lớp 12 - Bài 20: Sự ăn mòn kim loại (Có đáp án)

Giải bài tập Hóa 12 Bài 20: Sự ăn mòn kim loại
A. Tóm tắt lý thuyết hóa 12 bài 20
I. Khái niệm ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của môi trường xung quanh : X → Xn+ +ne
II. Phân loại
1. Ăn mòn hóa học
* Điều kiện: Kim loại được đặt trong môi trường có chứa chất OXH mà kim loại có thể tham gia phản ứng thường là chất khí, hơi nước, dung dịch axit
* Đặc điểm: Đối với ăn mòn hóa học, electron mà kim loại nhường đi được chuyển trực tiếp vào môi trường.
VD: Để sắt ngoài không khí sau một thời gian sắt sẽ bị OXH thành gỉ sắt.
2. Ăn mòn điện hóa
Là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện.
* Điều kiện:
Có 2 điện cực khác nhau về bản chất (kim loại + kim loại; kim loại + phi kim; kim loại hợp chất).
2 điện cực phải được tiếp xúc điện với nhau.
2 điện cực cùng được tiếp xúc với dung dịch chất điện li (không khí ẩm).
* Cơ chế của ăn mòn điện hóa
Cực âm (Anot)
Cực dương (Catot)
Xảy ra quá trình OXH – KL bị ăn mòn
M → Mn+ + ne
Xảy ra quá trình Khử - Môi trường bị khử
VD: 2Cl- + 2e → Cl2
* Đặc điểm: Đối với ăn mòn điện hóa, electron mà kim loại nhường đi được chuyển từ cực của KL có tính khử mạnh sang cực KL có tính khử yếu rồi vào môi trường.
III. Chống ăn mòn kim loại
Phương pháp bảo vệ bề mặt:
Dùng chất bền với môi trường để phủ lên bề mặt KL : bôi dầu mỡ, sơn, mạ, tráng men,
Dùng chất kìm hãm, tăng khả năng chịu đựng với môi trường: hợp kim chống gỉ
VD: sắt tây là sắt được tráng thiếc, tôn là sắt được tráng kẽm.
Phương pháp điện hóa:
Dùng kim loại bền có tính khử mạnh hơn gắn vào kim loại cần bảo vệ để làm vật thay thế.
VD: Để bảo vệ vỏ tàu biển bằng thép (thành phần chính là Fe), người ta gắn các lá Zn vào phía ngoài vỏ tàu ở phần chìm trong nước biển
B. Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6 trang 95 SGK Hóa học 12
Bài 1 trang 95 SGK Hóa 12
Ăn mòn kim loại là gì? Có mấy dạng ăn mòn kim loại? Dạng nào xảy ra phổ biến hơn?
Hướng dẫn giải bài tập
Sự ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim 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.
M → Mn+ + ne.
Có hai dạng ăn mòn kim loại: Ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.
Trong hai dạng ăn mòn trên thì ăn mòn điện hóa xảy ra phổ biến hơn.
Bài 2 trang 95 SGK Hóa 12
Hãy nêu cơ chế của sự ăn mòn điện hóa?
Hướng dẫn giải bài tập
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 li.
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 Fe(2+): Fe → Fe2+ + 2e
Các electron được giải phóng chuyển dịch đến cực dương.
Tại vùng cực dương: O2 hòa tan trong nước bị khử thành ion hiđroxit.
O2 + 2H2O + 4e → 4OH-
Các ion Fe2+ di chuyển từ vùng anot qua dung dịch điện li yếu đến vùng catot 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.
Bài 3 trang 95 SGK Hóa 12
Nêu tác hại của sự ăn mòn kim loại và cách chống ăn mòn kim loại?
Hướng dẫn giải bài tập
Tác hại của 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 chóng ăn mòn kim loại:
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, ...
Dùng 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.
Bài 4 trang 95 SGK Hóa 12
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.
Hướng dẫn giải bài tập
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.
Bài 5 trang 95 SGK Hóa 12
Cho lá Fe kim loại vào:
a. Dung dịch H2SO4 loãng
b. 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.
Hướng dẫn giải bài tập
a. Cho lá sắt vào dung dịch H2SO4 loãng, ban đầu có phản ứng
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
Xuất 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 lại
b. Cho một lượng nhỏ dung dịch CuSO4 có phản ứng
CuSO4 + 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 loãng
Tính khử : Fe mạnh hơn Cu nên Fe đóng vai trò là cực âm. Cu đóng vai trò là cực dương
Tại cực âm: Fe - 2e → Fe2+
Tại cực dương: 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.
Bài 6 trang 95 SGK Hóa 12
Một dây phơi quần áo gồm một đoạn dây đồng nối với một đoạn dây thép. Hiện tượng nào 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.
Hướng dẫn giải bài tập
Đáp án A.
Do tinh khử của Fe > Cu. Fe-Cu tạo thành một cặp pin điện hóa trong đó Fe bị ăn mòn trước.