BÀI 16. HỢP KIM – SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI

MỞ ĐẦU

Thiết bị, vật dụng, công trình làm bằng kim loại thường bị hư hỏng sau một thời gian do sự ăn mòn kim loại. Tuy nhiên, nếu hiểu rõ nguyên nhân của quá trình ăn mòn kim loại, con người có thể giảm thiểu tác động của quá trình ăn mòn. Ăn mòn kim loại là gì? Làm thế nào để chống ăn mòn kim loại?

Giải nhanh:

- Là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường.

- Phương pháp bảo vệ bề mặt và phương pháp điện hoá.

1. HỢP KIM

Thảo luận 1: Hãy kể tên một số hợp kim thường gặp trong cuộc sống.

Giải nhanh:

Gang, thép, đồng nickel, inox,…

Thảo luận 2: Nêu một số ví dụ về tính chất của hợp kim mà em biết.

Giải nhanh:

- Hợp kim nhôm nhẹ, bền để chế tạo các chi tiết máy bay, ô tô,…

- Hợp kim thép cứng, bền để xây dựng nhà cửa, cầu cống,…

- Inox (thép không gỉ) ít bị ăn mòn để chế tạo các dụng cụ y tế, dụng cụ trong nhà bếp,…

Thảo luận 3: Hãy so sánh thành phần, tính chất và ứng dụng của gang và thép.

Giải nhanh:

2. ĂN MÒN KIM LOẠI

Thảo luận 4: Hãy tìm hiểu và cho biết các yếu tố nào có thể gây nên sự ăn mòn kim loại. Cho biết bản chất của quá trình này.

Giải nhanh:

- Do O₂ trong không khí, các acid yếu trong nước mưa, một số muối NaCl, MgCl₂ trong nước biển,… 

- Bản chất là quá trình oxi hoá – khử.

Thảo luận 5: Xác định chất oxi hoá, chất khử trong các phản ứng ở Ví dụ 2. Viết quá trình oxi hoá, quá trình khử của các phản ứng đó.

Giải nhanh:

Phản ứng phía trên: Fe là chất khử, O₂ là chất oxi hoá.

- Quá trình oxi hoá: 3Fe →

- Quá trình khử: O₂ + 4e → 2O^2-

Phản ứng phía dưới: Fe là chất khử, H₂O là chất oxi hoá.

- Quá trình oxi hoá: 3Fe →

- Quá trình khử: 2H⁺ + 2e → H₂

Thảo luận 6: Tiến hành Thí nghiệm 1, nêu hiện tượng xảy ra khi chưa nối dây dẫn điện và sau khi nối dây dẫn.

Giải nhanh:

- Khi chưa nối dây dẫn điện, thanh sắt bị hoà tan và có khí thoát ra.

- Sau khi nối dây dẫn điện, thanh sắt bị ăn mòn nhanh chóng, bóng đèn sáng và có khí thoát ra.

Thảo luận 7: Xác định các quá trình oxi hoá, quá trình khử xảy ra ở Thí nghiệm 1.

Giải nhanh:

- Quá trình oxi hoá là: Fe → Fe²⁺ + 2e

- Quá trình khử là: 2H⁺ + 2e → H₂

Luyện tập: Một sợi dây đồng được nối với một dây nhôm. Có hiện tượng gì xảy ra ở chỗ nối của hai kim loại khi để lâu ngoài không khí ẩm? Giải thích.

Giải nhanh:

Sợi dây bị đứt ở chỗ nối bên nhôm do nhôm bị ăn mòn điện hoá.

3. CHỐNG ĂN MÒN KIM LOẠI

Thảo luận 8: Thực hiện trước Thí nghiệm 2 ở nhà và nêu hiện tượng xảy ra. Giải thích.

Giải nhanh:

- Cốc 1: xuất hiện kết tủa màu xanh do đinh sắt bị oxi hoá thành Fe²⁺

- Cốc 2: dây kẽm bị ăn mòn, dung dịch không đổi màu do Zn có tính khử mạnh hơn nên đóng vai trò cực âm và bị ăn mòn. Dây kẽm bị ăn mòn, sắt được bảo vệ.

Vận dụng: 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. Hãy giải thích.

Giải nhanh:

Vì Zn có tính khử mạnh hơn Fe nên Zn đóng vai trò là cực âm bị ăn mòn. Ngoài ra, tốc độ ăn mòn của kẽm tương đối chậm và giá thành kẽm không quá cao nên dùng kẽm để bảo vệ.

BÀI TẬP

Bài 1: Phân biệt ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá.

Giải nhanh:

Bài 2: Ăn mòn điện hoá các hợp kim của sắt (gang, thép) trong không khí ẩm ảnh hưởng lớn đối với nền kinh tế của các quốc gia. Hãy giải thích quá trình ăn mòn này.

Giải nhanh:

Sự ăn mòn điện hoá này tạo ra môt lớp dung dịch điện li phủ bên ngoài kim loại.

- Ở cực dương, quá trình khử: H₂O + 2e + O₂ → 2OH^-

- Ở cực âm, quá trình oxi hoá: Fe → Fe²⁺ + 2e

Ion Fe²⁺ tan vào trong dung dịch và tạo thành gỉ sắt có thành phần Fe₂O₃.nH₂O

Bài 3: Một vật bằng sắt tây (sắt tráng thiếc) bị xây xát chạm tới lớp sắt bên trong. Nêu hiện tượng xảy ra khi để vật này lâu trong không khí ẩm. Giải thích.

Giải nhanh:

- Hiện tượng: vật dụng bằng sắt tây bị ăn mòn, tạo gỉ sét.

- Cực dương xảy ra quá trình khử: H₂O + 2e + O₂ → 2OH^-

- Cực âm, xảy ra quá trình oxi hoá: Fe → Fe²⁺ + 2e