Các phương pháp chống ăn mòn kim loại (SGK Hóa học 12)

1. Ăn mòn kim loại là gì?

Ăn mòn kim loại là quá trình phá hủy, ăn mòn và bong tróc các loại kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của môi trường xung quanh. Quá trình này có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, bao gồm tác động của khí, nước, độ ẩm, hóa chất hay nhiệt độ.

Các loại kim loại khác nhau sẽ có độ bền khác nhau trước quá trình ăn mòn. Ví dụ, những loại kim loại như đồng hay nhôm sẽ dễ bị ăn mòn hơn so với các loại kim loại khác như sắt hay thép.

Quá trình ăn mòn kim loại có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho các công trình xây dựng hoặc các thiết bị sử dụng kim loại.

2. Các hình thức ăn mòn kim loại: 

Sự ăn mòn kim loại là một vấn đề quan trọng trong việc bảo vệ và duy trì sự bền vững của các bề mặt kim loại. Hiểu rõ về cơ chế và nguyên nhân của sự ăn mòn kim loại sẽ giúp chúng ta có thể đưa ra các biện pháp phòng ngừa và xử lý hiệu quả hơn. Có hai loại sự ăn mòn kim loại bao gồm ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.

2.1. Ăn mòn hóa học:

Đây là quá trình phá hủy kim loại do phản ứng hóa học trực tiếp với các chất trong môi trường xung quanh. Kim loại sẽ bị ăn mòn hóa học khi nó được đặt trong môi trường có chứa các chất oxh mà kim loại có thể tham gia phản ứng, thường là chất khí, hơi nước hoặc dung dịch axit. Trong quá trình này, electron mà kim loại nhường đi được chuyển trực tiếp vào môi trường. Điểm đặc biệt của ăn mòn hóa học là nó xảy ra nhanh chóng và có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho bề mặt kim loại.

Để phòng ngừa và giảm thiểu sự ăn mòn hóa học, chúng ta cần tìm hiểu về yếu tố môi trường, nồng độ các chất oxh, pH, nhiệt độ và tác động của các chất khác. Các biện pháp phòng ngừa bao gồm sơn phủ bề mặt kim loại, bảo vệ bề mặt bằng các hợp chất chống ăn mòn, sử dụng các loại kim loại khác hoặc các hợp kim chứa các kim loại khác để tạo ra một lớp phủ bảo vệ.

Ví dụ: Sắt được đặt ngoài không khí sau một khoảng thời gian sẽ bị oxi hóa thành gỉ sắt.

2.2. Ăn mòn điện hóa:

Đây là quá trình phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện. Điều kiện để xảy ra quá trình này bao gồm có hai điện cực khác nhau về bản chất (kim loại + kim loại, kim loại + phi kim, kim loại hợp chất), hai điện cực phải được tiếp xúc điện với nhau và hai điện cực cùng được tiếp xúc với dung dịch chất điện li (thường là không khí ẩm). Trong quá trình ăn mòn điện hóa, electron mà kim loại nhường đi được chuyển từ cực của kim loại có tính khử mạnh sang cực kim loại có tính khử yếu rồi vào môi trường. Điểm đặc biệt của ăn mòn điện hóa là nó xảy ra chậm hơn so với ăn mòn hóa học nhưng có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho kim loại.

Để giảm thiểu sự ăn mòn điện hóa, chúng ta cần tìm hiểu về các yếu tố môi trường, như pH, nhiệt độ, độ dẫn điện của dung dịch chất điện li và tính chất của kim loại. Các biện pháp phòng ngừa bao gồm sử dụng các loại kim loại khác để tạo ra một lớp phủ bảo vệ, sử dụng chất phủ bảo vệ và sử dụng kỹ thuật điện phân để tạo ra một lớp phủ bảo vệ trên bề mặt kim loại.

Tổng kết, hiểu rõ về cơ chế và nguyên nhân của sự ăn mòn kim loại sẽ giúp chúng ta có thể phòng ngừa và xử lý tình trạng ăn mòn kim loại một cách hiệu quả. Cần chú ý đến các yếu tố môi trường và điều kiện mà kim loại phải chịu đựng để giảm thiểu tác động của sự ăn mòn. Đồng thời, cần sử dụng các biện pháp phòng ngừa và xử lý phù hợp để bảo vệ và tăng tuổi thọ cho bề mặt kim loại.

3. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại: 

Kim loại là một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong đời sống hàng ngày và trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên, một trong những vấn đề chính của kim loại đó là ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường có tính axit, môi trường mặn hoặc trong các điều kiện khắc nghiệt. Vì vậy, các phương pháp chống ăn mòn kim loại là vô cùng quan trọng để đảm bảo tính ổn định và bền vững của kim loại.

Dưới đây là hai phương pháp chính để chống ăn mòn kim loại:

3.1. Phương pháp bảo vệ bề mặt:

Phương pháp đầu tiên để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn là sử dụng các chất bền với môi trường để phủ lên bề mặt kim loại. Các chất này có thể bao gồm dầu mỡ, sơn, mạ, và tráng men. Một phương pháp bảo vệ bề mặt khác là sử dụng các hợp kim chống gỉ, các hợp kim này có khả năng kháng được các tác nhân ăn mòn.

Sắt tây là một ví dụ cho phương pháp này. Sắt tây được tráng thiếc để tạo ra một lớp phủ bề mặt chống ăn mòn. Ngoài ra, tôn là loại sắt được tráng kẽm để bảo vệ bề mặt khỏi môi trường ăn mòn.

3.2. Phương pháp điện hóa:

Phương pháp thứ hai để chống ăn mòn kim loại là sử dụng phương pháp điện hóa. Điện hóa là phương pháp sử dụng kim loại bền và có tính khử mạnh hơn gắn vào kim loại cần bảo vệ để làm vật thay thế. Ví dụ, 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. Phần vỏ tàu bằng thép là cực dương, trong khi các lá Zn là cực âm. Zn là một loại kim loại hi sinh nên sẽ bị ăn mòn. Sau một thời gian nhất định, người ta thay những lá Zn bị ăn mòn bằng những lá Zn khác.

Ngoài hai phương pháp chính này, còn có rất nhiều phương pháp khác để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn, nhưng đây là những phương pháp phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Việc chọn phương pháp chống ăn mòn phù hợp sẽ giúp tăng tuổi thọ và độ bền của các sản phẩm kim loại.

Nếu bạn đang tìm kiếm một phương pháp chống ăn mòn thích hợp cho sản phẩm của mình, hãy tìm hiểu kỹ về tính chất và điều kiện môi trường mà sản phẩm sẽ phải đối mặt. Bạn có thể tìm kiếm các tài liệu, hướng dẫn và chia sẻ kinh nghiệm từ các chuyên gia trong lĩnh vực này. Lưu ý rằng, việc bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn không chỉ giúp tăng tuổi thọ sản phẩm, mà còn giúp giảm thiểu tác động của kim loại đến môi trường xung quanh, giúp cho cuộc sống của chúng ta trở nên tốt hơn.

4. Câu hỏi vận dụng liên quan: 

Câu 1: Sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim do tác dụng hóa học của môi trường xung quanh gọi là :

A. Sự ăn mòn hóa học.

B. Sự ăn mòn kim loại.

C. Sự ăn mòn điện hóa.

D. Sự khử kim loại.

Đáp án: A

Câu 2: Cho các phát biểu sau đây về ăn mòn hoá học :

(1) Ăn mòn hoá học không làm phát sinh dòng điện một chiều.

(2) Kim loại tinh khiết không bị ăn mòn hoá học.

(3) Về bản chất, ăn mòn hoá học cũng là một dạng của ăn mòn điện hoá.

(4) Ăn mòn hoá học là quá trình oxi hoá-khử.

Trong các phát biểu trên, số phát biểu đúng là

A. 1.    B.2.    C. 3.    D. 4.

Đáp án: B

Câu 3: Trường hợp nào sau đây là ăn mòn điện hoá ?

A. Thép bị gỉ trong không khí ẩm.

B. Nhôm bị thụ động hoá trong HNO3 đặc nguội,

C. Zn bị phá huỷ trong khí Cl2.

D. Na cháy trong không khí ẩm.

Đáp án: A

Câu 4: Cuốn một sợi dây thép xung quanh một thanh kim loại rồi nhúng vào dung dịch H2SO4 loãng. Quan sát thấy bọt khí thoát ra rất nhanh từ sợi dây thép. Thanh kim loại đã dùng có thể là

A.Cu.    B.Ni.    C.Zn.    D. Pt.

Đáp án: C

Câu 5: Ngâm một lá Zn vào dung dịch HC1 thấy bọt khí thoát ra ít và chậm. Nếu nhỏ thêm vài giọt dung dịch X thì thấy bọt khí thoát ra rất nhiều và nhanh. Chất tan trong dung dịch X là chất nào sau đây ?

A.H2SO4    B.MgSO4    C. NaOH    D. CuSO4

Đáp án: D

Câu 6: Cho các cặp kim loạị nguyên chất tiếp xúc trực tiếp với nhau : Fe và Pb; Fe và Zn ; Fe và Sn ; Fe và Ni. Khi nhúng các cặp kim loại trên vào dung dịch axit, số cặp kim loại trong đó Fe bị phá hủy trước là

A. 1.    B. 2.    C. 3.    D. 4.

Đáp án: C

Câu 7: Nhúng đồng thời một thanh kẽm và một thanh sắt vào dung dịch H2SO4, nối hai thanh kim loại bằng dây dẫn.

Dự đoán hiện tượng xảy ra như sau ;

(1) Hiđro thoát ra từ 2 thanh kim loại, khí từ thanh kẽm thoát ra mạnh hơn.

(2) Dòng điện phát sinh có chiều đi từ thanh sắt sang thanh kẽm.

(3) Khối lượng thanh kẽm giảm xuống.

(4) Nồng độ Fe2+ trong dung dịch tăng lên.

Trong các hiện tượng trên, số hiện tượng được mô tả đúng là:

A, 1,    B.2,    C.3.    D.4.

Đáp án: B

Câu 8: Một đồng xu bảng đồng rơi trên một miếng thép. Sau một thới gian có thể quan iát dược híộn tượng nào sau dây 7

A. Trên miếng thép xuất hiện lớp gỉ màu nâu đỏ.

B, Trên miếng thép xuất hiện lớp gỉ màu xanh lam.

C. Trên miếng thép xuất hiện lớp gỉ màu đen.

D, Trên miếng thép xuất hiện lớp gỉ màu trắng xanh.

Đáp án: A

Câu 9: Tiến hành thí nghiệm ăn mòn điện hoá học như hình vẽ bên : nhúng hai thanh chất rắn A và B vào dung dịch H2SO4, nối chúng bằng dây dẫn, Người ta quan sát thấy dòng electron trong mạch có chiều như hình vẽ. Kết luận nào sau đây là đúng ?

A. Nếu A là thanh kẽm thỉ B có thể là thanh thiếc

B. Nếu A là thanh sắt thì B có thể là thanh than chì.

C. Nếu A là thanh thép (hợp kim của sắt với cacbon) thì B có thể là thanh nhôm.

D. Nếu A là thanh chì thì B có thể là thanh đồng.

Đáp án: C

Câu 10: Nếu vật làm bằng hợp kim Fe-Zn bị ăn mòn điện hoá thì trong quá trình ăn mòn

A. Kẽm đóng vai trò catot và bị oxi hoá

B. Sắt đóng vai trò anot và bị oxi hoá

C. Kẽm đóng vai trò anot và bị oxi hoá

D. Sắt đóng vai trò catot và ion H+ bị oxi hoá.

Đáp án: C

Câu 11: Thực hiện các thí nghiệm sau:

(1): Nối một thanh Zn với một thanh Fe rồi để trong không khí ẩm.

(2): Thả một viên Fe vào dung dịch CuSO4

(3): Thả một viên Fe vào dung dịch chứa đồng thời ZnSO4 và H2SO4 loãng.

(4): Thả một viên Fe vào dung dịch H2SO4 loãng.

(5): Thả một viên Fe vào dung dịch đồng thời CuSO4 và H2SO4 loãng.

Trong các thí nghiệm trên những thí nghiệm Fe bị ăn mòn điện hoá học là:

A. (1), (2), (3), (4) và (5)

B. (1) và (3)

C. (2) và (5)

D. (3) và (5)

Đáp án: C

Câu 12: Câu nào đúng trong các câu sau khi nói về ăn mòn điện hóa xảy ra:

A. Sự oxi hóa ở cực dương

B. Sự oxi hóa ở cực dương và sự khử ở cực âm

C. Sự khử ở cực âm

D. Sự oxi hóa ở cực âm và sự khử ở cực dương

Đáp án: D

Câu 13: Nhúng một thanh Mg vào dung dịch có chứa 0,8 mol Fe(NO3)3 và 0,05 mol Cu(NO3)2. Sau một thời gian, lấy thanh kim loại ra, rửa sạch, cân lại thấy khối lượng tăng 11,6 gam so với thanh kim loại ban đầu. Khối lượng Mg đã phản ứng là:

A. 20,88 gam  B. 6,96 gam

C. 24 gam  D. 25,2 gam

Đáp án: D

Câu 14: Cho 2,7 gam hỗn hợp bột X gồm Fe và Zn tác dụng với dung dịch CuSO4. Sau một thời gian, thu được dung dịch Y và 2,84 gam chất rắn Z. Cho toàn bộ Z vào dung dịch H2SO4 loãng dư, sau khi các phản ứng kết thúc thì khối lượng chất rắn giảm 0,28 gam và dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất. Phần trăm khối lượng của Fe trong X là

A. 58,52%  B. 41,48%

C. 48,15%  D. 51,85%

Đáp án: D

Câu 15: Sắt không bị ăn mòn điện hoá khi tiếp xúc với kim loại nào sau đây trong không khí

A. Sn  B. Zn

C. Ni  D. Pb

Đáp án: B