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 rút gọn:

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

- Dùng 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 rút gọn:

Gang, thép, đồng nickel, inox,…

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

Giải rút gọn:

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

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

- Inox ít bị ăn mòn nên được dùng để chế tạo các dụng cụ y tế, dụng cụ nhà bếp,…

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

Giải rút gọn:

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 rút gọn:

- Yếu tố: 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 rút gọn:

Trong phản ứng trên: chất khử là Fe, chất oxi hoá là O₂.

- Quá trình oxi hoá: 3Fe →

- Quá trình khử: O₂ + 4e → 2O^2-

Trong phản ứng dưới: chất khử là Fe, chất oxi hoá là H₂O

- 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 rút gọn:

- Khi chưa nối dây, thanh sắt bị hoà tan trong dung dịch, có khí thoát ra

- Sau nối, giữa sắt và đồng hình thành pin điện hoá cung cấp dòng làm đèn sáng.

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

Giải rút gọn:

Quá trình oxi hoá: Fe → Fe²⁺ + 2e, quá trình khử: 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 rút gọn:

Có hiện tượng ăn mòn điện hoá tại chỗ nối của hai kim loại vì tính khử của Al mạnh hơn Cu nên Al sẽ bị ăn mòn.

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 rút gọn:

- Cốc 1: đinh sắt bị ăn mòn điện hoá và tốc độ ăn mòn khá nhanh vì NaCl là chất điện li mạnh, khi kim loại tiếp xúc với dung dịch điện li sẽ xảy ra quá trình ăn mòn điện hoá.

- Ở cốc 2: dây kẽm bị ăn mòn còn đinh sắt gần như không bị gì vì đinh sắt có dây kẽm bảo vệ, kẽm mạnh hơn sắt nên sẽ bị ăn mòn trước.

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 rút gọn:

Vì trong dãy hoạt động hoá học, kẽm hoạt động mạnh hơn sắt nên bị ăn mòn trước.

BÀI TẬP

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

Giải rút gọn:

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 rút gọn:

Sự ăn mòn điện hoá một vật bằng sắt trong môi trường không khí ẩm có hoà tan khí CO₂, SO₂, O₂,… sẽ tạo ra một lớp dung dịch điện li phủ bên ngoài kim loại, cực âm là Fe, cực dương là C. 

Ở cực dương: H₂O + 4e + O₂ → 2OH^- và cực âm: Fe → Fe²⁺ + 2e

Ion Fe²⁺ tan 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 rút gọn:

Vì khi cả hai kim loại đều tiếp xúc với không khí ẩm sắt hoạt động mạnh hơn thiếc nên sắt bị oxi hoá, còn ở cực dương xảy ra sự khử H₂O; kết quả tạo ra gỉ sắt.