tổng hợp câu hỏi ôn tập môn công nghệ điện hóa

tổng hợp câu hỏi ôn tập môn công nghệ điện hóa

Câu 1: Trình bày bản chất điện hóa của ăn mòn trong dung dịch nước? Zn + 2H +  Zn 2+ + H 2 Zn  Zn 2+ + 2e 2H + + 2e  H 2 M  M n+ + ne - Quá trình ăn mòn của hầu hết các kim loại đều liên quan đến sự vận chuyển electron. Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu bản chất điện hóa của ăn mòn. Xét phản ứng ăn mòn giữa Zn và HCl. Phản ứng viết như sau: Zn + 2HCl  ZnCl 2 + H 2 - Ta viết dưới dạng ion: Zn + 2H + + 2Cl -  Zn 2+ + 2Cl - + H 2 Zn + 2H + + Zn 2+ + H 2 - Trong H 2 SO 4 phản ứng ăn mòn cũng được biểu diễn như phản ứng trong phương trình ion thu gọn trên. Phản ứng này được tách thành 2 bán phản ứng: + anot: Zn Zn 2+ + 2e + catot: 2H + + 2e  H 2 - Trong 2 bán phản ứng này số oxi hóa của Zn tăng từ 0  +2, số oxi hóa H 2 giảm từ +1 0 - Tất cả các phản ứng ăn mòn đều là phản ứng điện hóa. Kim loại ăn mòn thể hiện bằng phản ứng. M  M + + ne Fe  Fe 2+ + 2e Fe  Fe 3+ +3e - Phản ứng ở catot quan trọng đối với ăn mòn là rất ít. Phản ứng đơn giản và hay gặp nhất là phản ứng thoát H 2 trong môi trường axit. Ngoài ra còn có các phản ứng khử khác như: Fe 3+ + 1e  Fe 2+ Sn 4+ + 2e  Sn 2+ - Là các phản ứng quan trọng và ít gặp. Phản ứng của oxi hòa tan thường gặp trong dung dịch axit và trung tính. O 2 + 2H 2 O + 4e  4OH - O 2 + 4H + + 4e  2H 2 O Câu 2: Nêu các khái niệm về phân cực catot, anot? - Phân cực catot là sự dịch chuyển điện thế điện cực về phía âm hơn so với điện thế ăn mòn, hầu như phản ứng hòa tan kim loại ngừng hẳn. Muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn 1chiều hay nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện cực âm hơn. Trong cả 2 trường hợp kim loại cần bảo vệ đều đóng vai trò catot nên tốc độ ăn mòn giảm. - Phân cực anot: là sự dịch chuyển điện thế giữa cực về phía dương hơn so với điện thế ăn mòn cho đến khi kim loại rơi vào trạng thái thụ động Muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực dương của nguồn 1 chiều hay nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện cực dương hơn. Trong cả 2 trường hợp kim loại cần bảo vệ là axit. Câu 3: Trình bày nội dung năng lượng tự do và thế điện cực? - Xét phản ứng: Zn +2HCl  ZnCl 2 + H 2 Khi phản ứng xảy ra: Năng lượng tự do ∆G sẽ thay đổi khi sản phẩm có năng lượng tự do thấp hơn chất phản ứng ∆G <0 phản ứng tự xảy ra. - Biến thiên năng lượng tự do ∆G quan hệ với thế điện cực tại trạng thái cân bằng: ∆G = n.E.F n: số electron trao đổi trong phản ứng E: Năng lượng F: Hằng số faraday 96500 - Hai bán phản ứng thể hiện quá trình khử và oxi hóa: Zn  Zn 2+ + 2e e a 2H + + 2e  H 2 e c e a : được gọi là thế oxi hóa hay thế điện cực, e c được gọi là thế khử hay thế điện cực. - Khi chất phản ứng và sản phẩm xác định ở trạng thái tiêu chuẩn có hoạt độ là 1 đơn vị thì ta có thế oxi hóa, thế khử chuẩn: e 0 a , e 0 c Câu 4: Nêu khái niệm dãy điện thế điện cực tiêu chuẩn, mô tả điện cực so sánh hidro tiêu chuẩn? - Do không thể đo giá trị tuyệt đối của thế điện cực nên phải đo sự chênh lệch thế của phản ứng đơn với 1 điện cực so sánh. Thường sử dụng điện cực H 2 làm điện cực so sánh tuy giá trị tuyệt đối của nó là khác không nhưng người ta quy ước nó bằng 0. - Điện cực so sánh H 2 tiêu chuẩn gồm: 1 tấm platin nhúng trong dung dịch axit có hoạt độ là 1, H 2 được thổi vào dưới áp suất 1atm. Thường điện cực Pt được phủ 1 lớp bụi Pt để tăng điện tích điện cực và khống chế giải phóng H 2 . Thế điện cực kẽm khi nối với điện cực so sánh H 2 có giá trị đo được là 0,76V Câu 5: Trình bày nội dung và biểu thức định luật Faraday? - Phản ứng điện hóa tạo ra electron hoặc tiêu thụ electron dòng electron được đo bằng cường độ dòng điện (A). Theo định luật Faraday tỉ lệ giữa khối lượng chất phản ứng với dòng điện được xác định như sau: m= (1) a: là khối lượng nguyên tử. I: cường độ dòng điện t: thời gian n: số electron trao đổi. F: hằng số faraday - Chia phương trình (1) cho thời gian t và điện tích bề mặt A ta xác định được tốc độ ăn mòn r: r = = Đặt i = (Mật độ dòng) r = ( Tốc độ ăn mòn) - từ biểu thức cho thấy mật độ dòng ăn mòn tỷ lệ thuận với tốc độ ăn mòn, cùng 1 dòng điện tập trung vào điện tích nhỏ hơn sẽ có tốc độ ăn mòn lớn hơn. Câu 6: Nêu các khái niệm phân cực và phân cực hoạt hóa? - Phân cực là sự dịch chuyển điện thế điện cực khỏi thế cân bằng gây ra do phản ứng tổng trên bề mặt đối với các phản ứng đơn. - Phân cực catot: Các electron dịch chuyển đến bề mặt do phản ứng chậm và gây nên điện thế bề mặt âm hơn do vậy phân cực catot được xác định có giá trị âm. - Phân cực anot: Electron lấy ra khỏi bề mặt sự thiếu hụt electron gây ra sự thay đổi điện thế, điện thế dịch chuyển về phía dương hơn do vậy phân cực anot có giá trị dương. * Phân cực hoạt hóa: - Khi 1 giai đoạn nào của phản ứng chẫm sẽ khống chế tốc độ dòng electron, lúc này ta nói phản ứng bị khống chế bởi sự chuyển điện tích và gây ra sự phân cực hoạt hóa. Xét phản ứng: 2H + + 2e  H 2 . Trên bề mặt sẽ có 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: H + phản ứng với electron trên bề mặt kim loại hình thành H hấp phụ trên bề mặt. H + +e  H hấp phụ + Giai đoạn 2: 2 H hấp phụ phản ứng với nhau tạo phân tử H 2 H hấp phụ + H hấp phụ  H 2 + Giai đoạn 3: Các phân tử liên kết với nhau lại thành bóng khí H 2 trên bề mặt kim loại. - Mối quan hệ giữa phân cực hay quá thế và tốc độ phản ứng đặc trưng i a , i c n a = β a .log. n c = β c .log. β a là hằng số tafel cho các phản ứng đơn ở anot, β c là hằng số tafel cho các phản ứng đơn catot. n a, n c lần lượt là quá thế anot, catot - Tương tự như trên xét phản ứng: 2H + + 2e  H 2 - Phản ứng cân bằng tại e 0 H + /H 2 , lúc này tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch, năng lượng tự do tương ứng là: ∆G * thuận và ∆G * nghịch tương ứng là năng lượng của phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Độ biến thiên năng lượng tự do quan hệ với thế điện cực như sau: ∆G * thuận - ∆G * nghịch = ∆GH + /H 2 = -n.F.eH + /H 2 - Theo định luật Max well về năng lượng của các hạt phản ứng: Tốc độ phản ứng thuận và tốc độ phản ứng nghịch là hàm của năng lượng hoạt hóa ( r thuận, r nghịch ) r thuận = K t .exp(-) r nghịch = K n .exp(-) - K t , K n lần lượt là hằng số cho phản ứng thuận và nghịch. r thuận = r nghịch =  i 0 = = - Đặt K ’ t =  i 0 = K ’ t .Exp(-) Tương tự K nghịch , i 0 = K ’ n .exp(-) i 0 = K ’ t .Exp(-) = K ’ n .exp(-) i 0 là một hàm của năng lượng hoạt hóa. Khi phân cực catot hay có quá thế (β c ) trên bề mặt điện cực thì tốc độ phản ứng phóng điện giảm và quá trình ion hóa tăng lên. Điều này có được bằng việc giảm năng lượng hoạt hóa cho phản ứng phóng điện một lượng năng lượng α n .F.n c và tăng cho phản ứng ion hóa 1 lượng (1-α).n.F.n c . Thừa số α và (1-α) là tỷ lệ của n c tham gia vào phản ứng phóng điện và ion hóa. Tốc độ phóng điện ở catot và anot sẽ trở thành: i c = K ’ t .Exp(-) i a = K ’ n . Exp (- ) - Khi phản ứng ở catot xảy ra thuận lợi thì dòng tổng sẽ là i tổng c = i c - i a - Khi phản ứng ở anot thuận lợi thì dòng tổng sẽ là i tổng a = i a - i c Câu 7: Trình bày nội dung của phân cực nồng độ? - Ở tốc độ phản ứng cao, phản ứng khử catot sẽ làm giảm nồng độ các hạt mang điện trong dung dịch gần điện cực. Thế của ion H + : eH + /H 2 tính theo phương trình Nest là một hàm của nồng độ ion H + hay hoạt độ ion H + eH + /H 2 = e 0 H + /H 2 + log ( - Nồng độ ion H + trong dung dịch bị khống chế bởi phân cực nồng độ. Rỏ ràng eH + /H 2 giảm khi hoạt độ của ion H + giảm tại bề mặt. Sự giảm này gọi là phân cực nồng độ, n nồng độ là 1 hàm của mật độ dòng điện n nồng độ = log [1- ] i L : tốc độ phản ứng cực đại. - Biểu diễn quan hệ giữa ( n nồng độ và log i ) cho thấy n nồng độ thấp khi đạt đến mật độ dòng giới hạn i L . i L là tốc độ phản ứng cực đại đạt được vì tốc độ khuếch tán của ion H + đạt được trong dung dịch bị giới hạn. i L được tính theo biểu thức: i L = D: Độ khuếch tán của hạt tham gia phản ứng do vậy i L tăng khi nồng độ C B trong dung dịch cao, nhiệt độ cao, khuấy trộn dung dịch. Câu 8: Nêu khái niệm và biểu thức của phân cực kết hợp? - Phân cực catot tổng là tổng của phân cực nồng độ và hoạt hóa. n tổng, c = n hoạt hóa , c + n nồng độ, c n tổng, c = β.C.log+= log [1- ] Câu 9: Trình bày cấu trúc và hợp phần màng thụ động? - Cấu trúc mà nhiều nhà nghiên cứu đưa ra của màng mỏng thụ động trên Fe là lớp dưới Fe 3 O 4 , lớp ngoài là γ- Fe 2 O 3 , lớp trong Fe 3 O 4 được cho là cấu trúc khuyết tật và vì thế dẫn được điện. - Màng thụ động thường có đặc tính của bán dẫn loại n mang các điện tích âm thừa. Màng thụ động của nhiều hợp kim chứa đựng các nguyên tố hợp kim, đặc biệt là Crom hình thành mang axit rất bền với Fe. Các hợp kim và kim loại nguyên chất có những tính chất khác nhau và hay thay đổi như là 1 hàm của thế áp đặt vào thành phần của hợp kim. - Nhà bác học Evans đóng góp những công trình đầu tiên trong việc đưa ra lý thuyết màng axit thụ động đã tách màng, cách ly màng axit dày khỏi bề mặt sắt trong hợp kim với Crom. Cả 2 có cùng cấu trúc và thành phần nhưng màng Cromat được hình thành do phá màng thụ động trong suốt quá trình cách ly. - Một đồng nghiệp của Evans đã nhấn mạnh: Tầm quan trọng của oxi hấp phụ chất hóa học trong việc hình thành màng thụ động, màng hấp phụ không chỉ là 1 rào ngăn cản sự hòa tan anot mà giới hạn động học giảm mật độ dòng trao đổi i 0 cho phản ứng hòa tan oxi hấp phụ hóa học thuận lợi khi có mặt các electron phân lớp d chưa ghép đôi trong kim loại chuyển tiếp. Trong hợp kim Fe-Cr. Crom là hợp chất nhận electron phân lớp d chưa ghép đôi từ Fe. Hợp kim với Crom < 12%, khoảng trống electron d chưa ghép đôi trong Crom bị lấp đầy từ Fe dư và hợp kim giống như Fe. Không hợp kim, không bị thụ động trong dung dịch loãng đã tách khí. Nếu trong hợp kim > 12% Crom hợp kim bị thụ động trong dung dịch như thế vì các electron phân lớp d chưa cặp đôi luôn sẵn có cho hấp phụ thuận lợi, màng dày lên, cation kim loại được giả sử đi vào màng từ kim loại nằm dưới cũng như ion H + từ dung dịch. Ion H + hay OH - đóng vai trò trong việc hình thành màng thụ động. Do Fe trong dung dịch amoniac, các dung dịch tương tự không phải nước không thấy thụ động hoạt động. Mặc dù điện thế oxi hóa khử có thể đo được cho oxi. Hiện tượng hoạt động không có trong các dung dịch tương tự khác. Phản ứng anot tổng: Fe + 2H 2 O  Fe(OH) 2 + 2H + + 2e Fe(OH) 2 có thể có hoặc không có trong cấu trúc màng. Loren và cộng sự giả thiết: Fe + H 2 O = Fe(OH) hấp phụ + H + + e Fe(OH) hấp phụ = Fe(OH) hấp phụ + H + + e Fe(OH) hấp phụ + H 2 O  (FeOOH) hấp phụ + H + + e - Hấp phụ là giai đoạn đầu trong quá trình hình thành và phát triển màng. Tốc độ ăn mòn bị ức chế trong vùng thế thụ động là vì màng oxit hay giới hạn động học là 1 trong những vấn đề đang thảo luận hiện nay. Màng oxit có thể giảm và màng hấp phụ có thể hình thành rào cản. Câu 10: Trình bày nội dung của phương pháp ngoại suy Tafel? - Phương pháp này được giới thiệu để mô tả lý thuyết điện thế hỗn hợp ăn mòn trong dung dịch nước. Để ngoại suy đúng yêu cầu phản ứng đơn phải được khống chế bằng quá trình chuyển điện tích. Trên đường cong phân cực phải có 1 đoạn thẳng để có độ chính xác, cách xác định: i am bằng ngoại suy Tafel. Điều này thật sự khó đạt được trong dung dịch loãng lúc này phân cực nồng độ và điện trở ohm ảnh hưởng giống nhau ở mật độ dòng cao hơn. Tuy nhieenn 1 cách tương đối trong giới hạn của ngoại suy tafel i am luôn bằng mật độ dòng giới hạn i L trong phân cực nồng độ khi khuếch tán khống chế quá trình, thế phân cực nói chung phụ thuộc vào thời gian và cần xem xét cẩn thận để có được đường cong phân cực ổn định phản ảnh phân cực ăn mòn thưc. Trong một chừng mực nào đó thì phân cực catot nhanh và thuận nghịch hơn phân cực axit. Câu 11: Trình bày nội dung của phương pháp điện trở phân cực? - Có được từ lý thuyết điện thế hỗn hợp. Xét đường cong phân cực với quá trình anot, catot bị khống chế bởi quá trình chuyển điện tích: i a.pp.c = i c - i a i a.pp.c : Là mật độ dòng catot áp đặt tại vùng giá trị điện thế e. I a.pp.c = i a - i c - Ở thế thấp gần tọa độ phần tuyến tính rõ ràng. Phạm vi tuyến tính phụ thuộc vào giá trị hằng số Tafel chọn lựa khi phân cực từ thế ăn mòn ta có biểu thức: ε c = β c .log( ) ε a = β a .log( ) β a , β c hằng số Tafel. I am tốc độ ăn mòn ε c ε a quá thế catot, anot Khi ε 0 lấy đi vi phân ta có: K p = []= = = Với β = : Hằng số Tafel - Hằng số Tafel chọn giá trị lớn sẽ có phần tuyến tính ở gốc. Phần tuyến tính xuất hiện ở quá thế thấp khi hằng số Tafel thấp. Quan hệ giữa logR p với logi am logR p – log i am là một đường thẳng có mật độ dốc là -1 và điểm cắt quy định bởi hằng số tỷ lệ β. Phần tuyến tính trên 1 dãi rộng Câu 12: Để bảo vệ nhôm và hợp kim nhôm người ta cần phải làm gì? - Để bảo vệ nhôm và hợp kim nhôm người ta tạo trên bề mặt nó 1 lớp axit bằng phương pháp hóa học hoặc điện hóa. Màng oxit dày hoặc mỏng tùy theo điều kiện oxi hóa. Màng có thể dày đến hằng trăm muycromet. Màng có độ rắn cao có khả năng hấp thụ màu, thấm dầu mỡ tốt nên có thể làm việc ở nơi có ma sát cao. Sau khi oxi hóa màng được đem đi nhuộm màu vô cơ hoặc hữu cơ. Màng oxit nhôm có thể hình thành trên bề mặt nhôm bằng phương pháp điện hóa hay hóa học. Câu 13: Trình bày nội dung phương pháp điện hóa trong quá trình oxi hóa nhuộm màu nhôm? * Cơ cấu màng oxit: - Màng có 2 lớp: lớp mỏng sít chặt sát bề mặt nhôm cấu tạo từ oxit nhôm ngậm nước chiều dày 0,01-0,1μm lớp bên ngoài ngậm nước nhiều hơn khi nhúng nhôm vào dung dịch ở anot nhôm có quá trình hòa tan điện hóa nhôm. Al Al 3+ +3e Đồng thời nhôm tác dụng với dung dịch điện phân theo phản ứng: 2Al + 2H 2 SO 4  Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 - Diễn ra đồng thời với quá trình hòa tan nhôm là quá trình thoát oxi theo phản ứng: 4OH - - 4e  O 2 + 2H 2 O Quá trình giải phóng oxi có thể qua các bước: 2OH - = H 2 O + O 2- O 2- = O - + e O - = O + e [...]... thể bền hay kém bền khi có mặt các chất màu điện ly và chất keo khác để phá bền hệ keo ưa nước người ta có thể sử dụng các chất keo tích điện trái dấu với đầu phân cực của chất keo bảo vệ, sự tạo bông có thể xảy ra khi chất keo tích điện âm được trộn lẫn với chất keo tích điện dương khi 2 chất keo tích điện trái dấu tương tác như vậy thì sự tạo bông luôn luôn xảy ra hiện tượng tương tự xảy ra khi 1... tử của hệ là kị nước còn cấu tử kia là ưa nước yếu và có hàm lượng không nhiều quá Sự tạo bông cũng xảy ra khi các chất đa điện ly bị Sol vác rất kém hay chúng có kích thước lớn và rất không đối xứng Số lượng và sự phân bố điện tích cũng là những vấn đề quan trọng trong sự tạo bông Câu 22: Trình bày đặc trưng của cơ chế keo tụ điện hóa chất màu? - Sự keo tụ xảy ra do chất màu hấp phụ lên các phức hidroxo... thành ở phần ngoài của lớp điện tích kép * Tính chất của hạt keo: - Các hạt keo tồn tại lơ lững trong dung dịch chịu tác động bởi 2 lực đối nhau Lực hút phân tử Vander Waals có khuynh hướng kết hợp các hạt keo lại khi chúng ở 1 khoảng cách phân tử rất gần nhau Lực đẩy tĩnh điện ngăn cản sự kết hợp các hạt keo tinh điện cùng dấu - Tồn tại một điện thế điện động Zê ta: là điện thế tính từ mặt trượt... màng oxit tạo các hợp chất hóa học Các chất màu vô cơ hình thành do các phản ứng tạo chất màu Câu 14: Để nhuộm vàng da cam nhôm người ta tiến hành như thế nào? - Xử lý bề mặt nhôm trước khi oxi hóa - Oxi hóa điện hóa nhôm trong axit rồi nhúng vào dung dịch K 2Cr2O4 trong 30 phút Sau đó lại nhúng vào dung dịch AgNO3 - Màu vàng da cam có được do phản ứng: AgNO3 + K2Cr2O4  Ag2CrO4 + KNO3 Câu 15: Nêu khái... độ thấp thì thời gian phốt phát hóa kéo dài Thời gian phốt phát hóa phụ thuộc vào: + Thành phần kim loại + Phương pháp gia công bề mặt trước khi phốt phát hóa + Tỷ số axit chung và axit tự do + Nhiệt độ - Thành phần và chế độ phốt phát hóa: [nFe(H2PO4)2.[mMn(H2PO4)2] : 30-35g/l Nhiệt độ: 97 -990C, thời gian 40-80 phút Câu 17: Trình bày nội dung của phương pháp Crôm mát hóa bề mặt kim loại? - Lớp Crôm... nhanh quá trình tạo phức hidroxo và keo phân tán tích điện dương Keo nhôm sau khi hấp phụ chất màu dưới tác dụng tuyển đổi các bọt khí ở 2 cực anot và catot sẽ nổi lên trên bề mặt dung dịch Cơ chất hấp phụ và trung hòa điện tích khống chế chủ yếu quá trình đông tụ điện Câu 23: Lợi ích của phương pháp đông tụ điện trong xử lý nước thải, dệt nhuộm? Câu 24: Trình bày quá trình sản xuất Criolit bằng phương...  Na3AlF6 Câu 25: Nêu tính chất của hỗn hợp Criolit và oxit nhôm? - Hai thành phần chính là oxit nhôm và Criolit nhiều nghiên cứu thay bằng chất khác nhưng không có kết quả - Tính dẫn điện cao, độ nhớt thấp, khối lượng riêng ở nhiệt độ cao nhỏ hơn Al, trong dung dịch điện phân nóng chảy nhôm thành phần NaF và AlF 3 không phải lúc nào cũng phù hợp với lý thuyết của Criolit trong quá trình điện phân... photphat hóa kim loại? - Phốt phát hóa kim loại là quá trình tạo màng bảo vệ trên bề mặt chi tiết Màng gồm các muối phốt phát của Fe, Mn, Zn hay hỗn hợp các muối này Màng phốt phát có độ bền không cao do xốp nên độ bền ăn mòn kém nhưng lại có khả năng hấp phụ tốt nên làm nền để sơn hoặc gia công thêm trong dung dịch Cr 2O4 rồi thấm dầu để bịt kín các lỗ xốp sẽ tăng độ bền ăn mòn, màng phốt phát hóa rẽ... cao hơn 60 0C thì không thấy tạo thành misen Sự tạo thành misen được nhận nhận thấy với các thuốc nhuộm có màu vàng Tóm lại sự liên kết tạo thành misen của các thuốc nhuộm khác nhau dường như được khống chế bởi các quá trình tương tự như sự kết hợp của các phân tử chất tẩy rửa, các phân tử bao gồm nhóm có cực, không có cực Câu 21: Trình bày sự tạo bông lần nhau của các chất keo tích điện? - Hệ keo có... chất có điện thế dương hơn có thể kết tủa cùng với kim loại, H2 phóng điện Loại bỏ các tạp chất bằng cách tăng pH của dung dịch, kết tủa bằng H2S B5: Điện phân: Kết tủa kim loại trên catot trong thùng phản ứng Khi oxi có mặt ở anot nồng độ ion kim loại giảm, độ axit của dung dịch điện ly tăng lên dẫn đến giải phóng H2 đồng thời với kết tủa kim loại Thông thường phải bổ sung lượng ion kim loại Câu 27: . dịch. Câu 8: Nêu khái niệm và biểu thức của phân cực kết hợp? - Phân cực catot tổng là tổng của phân cực nồng độ và hoạt hóa. n tổng, c = n hoạt hóa , . trung hòa điện tích khống chế chủ yếu quá trình đông tụ điện. Câu 23: Lợi ích của phương pháp đông tụ điện trong xử lý nước thải, dệt nhuộm? Câu 24: Trình