ăn mòn KIM LOẠI – hợp KIM (VIP)

CHƯƠNG 1: NGUYÊN TỬ BÀI 9: ĂN MÒN KIM LOẠI – HỢP KIM Mục tiêu  Kiến thức + Nêu khái niệm hợp kim, ăn mòn kim loại, ăn mịn hóa học, ăn mịn điện hóa + Trình bày tính dẫn (dẫn nhiệt, dẫn điện, nhiệt độ nóng chảy…), ứng dụng số hợp kim (thép không gỉ, đuyra) + Chỉ điều kiện xảy ăn mòn kim loại + Nêu biện pháp bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn  Kĩ + So sánh chất liên kết kim loại với liên kết ion cộng hóa trị + Phân biệt ăn mịn hóa học ăn mịn điện hóa số tượng thực tế + Biết cách sử dụng có hiệu số đồ dùng hợp kim dựa vào đặc tính chúng + Giải tập có liên quan tính phần trăm khối lượng kim loại hợp kim, tính lượng kim loại bị ăn mịn … Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM A HỢP KIM Khái niệm Hợp kim vật liệu kim loại có chứa kim loại số kim loại phi kim khác Ví dụ: Thép hợp kim sắt với cacbon số ngun tố khác Tính chất Hợp kim có nhiều tính chất hóa học tương tự tính chất đơn chất tham gia tạo thành hợp kim, có tính chất vật lí học khác nhiều Ví dụ: Thép inoc: Fe – Cr – Mn hợp kim khơng bị ăn mịn… Ứng dụng Hợp kim sử dụng nhiều kim loại nguyên chất ứng dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân B SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI Khái niệm Sự ăn mòn kim loại phá hủy kim loại hợp kim tác dụng chất mơi trường xung quanh Trong đó, kim loại bị oxi hóa thành ion dương: M → M n + + ne Phân loại Có hai loại: ăn mịn hóa học ăn mịn điện hóa a Ăn mịn hóa học • Khái niệm: Là q trình oxi hóa - khử, electron kim loại chuyển trực tiếp đến chất môi trường • Đặc điểm: Khơng phát sinh dịng điện Q trình ăn mòn diễn chậm, tăng nhiệt độ, tốc độ ăn mịn nhanh • Điều kiện xảy ăn mịn: Mơi trường khơng có chất điện li Một kim loại nguyên chất tiếp xúc với môi trường chất điện li Ví dụ: Al tác dụng với dung dịch HCl cho hợp kim Cu – Zn tác dụng với khí Cl2 b Ăn mịn điện hóa • Khái niệm: Là q trình oxi hóa - khử, kim loại bị ăn mòn tác dụng dung dịch chất điện li tạo nên dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương • Đặc điểm: Có phát sinh dịng điện Q trình ăn mịn diễn nhanh Trang • Điều kiện xảy ăn mòn: Các điện cực phải khác chất: cặp kim loại khác cặp kim loại với phi kim Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với với qua dây dẫn Các điện cực tiếp xúc với dung dịch chất điện li Ví dụ: Để gang khơng khí ẩm Phương pháp chống ăn mòn kim loại a Phương pháp bảo vệ bề mặt Dùng chất bền vững với mơi trường phủ ngồi mặt kim loại Ví dụ: Sơn, mạ, ngâm dầu, mỡ… b Phương pháp điện hóa Nối kim loại cần bảo vệ với kim loại hoạt động mạnh để tạo thành pin điện hóa, kim loại hoạt động mạnh bị ăn mịn trước Ví dụ: Để bảo vệ vỏ tàu thuyền làm thép, người ta gắn vào vỏ tàu khối Zn để bảo vệ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HĨA Vật liệu kim loại có chứa kim loại số kim loại phi kim khác Tính chất hóa học: tương tự tính chất đơn chất tham gia tạo thành hợp kim TÍNH CHẤT M KI P HỢ KHÁI NIỆM Tính chất vật lí học: khác nhiều tính chất đơn chất tham gia tạo thành hợp kim Ứng dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân ỨNG DỤNG Sự phá hủy bề mặt môi trường Ăn mịn hóa học ẠI LO M KI ỊN M ĂN KHÁI NIỆM PHÂN LOẠI Ăn mịn điện hóa BẢO VỆ KIM LOẠI Các electron kim loại  Khơng có chuyển trực tiếp đến chất dịng điện môi trường Do tác dụng O2, H2O to cao   Điều kiện xảy ăn mòn điện hóa:  Các điện cực khác  chất: Kim loại – Kim loại; Có dịng  Kim loại – C (Pt)  điện  Các điện cực tiếp xúc trực tiếp gián tiếp   Các điện cực tiếp xúc  với dung dịch điện li • Phương pháp bề mặt: Bơi dầu mỡ, sơn, mạ, … • Phương pháp điện hóa: Dùng kim loại có tính khử mạnh làm vật hi sinh Trang II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Lí thuyết trọng tâm Kiểu hỏi 1: Lí thuyết hợp kim Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Phát biểu sau sai? A Hợp kim vật liệu kim loại có chứa kim loại số kim loại khác phi kim B Tính chất hợp kim phụ thuộc vào thành phần, cấu tạo hợp kim C Hợp kim có tính chất hóa học khác tính chất kim loại tạo chúng D Hợp kim có tính chất vật lí tính học khác nhiều kim loại tạo chúng Hướng dẫn giải Hợp kim vật liệu kim loại có chứa kim loại số kim loại phi kim khác → A Tính chất hợp kim phụ thuộc vào thành phần đơn chất tham gia, cấu tạo mạng tinh thể hợp kim → B Hợp kim có nhiều tính chất hóa học tương tự tính chất đơn chất tham gia tạo thành hợp kim, tính chất vật lí tính chất học hợp kim lại khác nhiều với tính chất đơn chất → C sai, D → Chọn C Ví dụ 2: Phát biểu sau sai tính chất hợp kim? A Liên kết đa số tinh thể hợp kim liên kết kim loại B Hợp kim thường dẫn nhiệt dẫn điện tốt kim loại nguyên chất C Độ cứng hợp kim thường lớn độ cứng kim loại nguyên chất D Nhiệt độ nóng chảy hợp kim thường thấp nhiệt độ nóng chảy kim loại nguyên chất Hướng dẫn giải Đáp án B sai hợp kim chứa số kim loại phi kim khác nên làm giảm độ dẫn điện dẫn nhiệt kim loại nguyên chất → Chọn B Ví dụ 3: Một hợp kim gồm kim loại sau: Ag, Zn, Fe, Cu Hóa chất hịa tan hoàn toàn hợp kim thành dung dịch A dung dịch NaOH B dung dịch H2SO4 đặc, nguội C dung dịch HCl D dung dịch HNO3 loãng Hướng dẫn giải Để hịa tan hồn tồn hợp kim dung dịch phải hịa tan tất kim loại có hợp kim Dung dịch NaOH khơng hịa tan Ag, Fe, Cu → Loại A Dung dich H2SO4 đặc nguội khơng hịa tan Fe → Loại B Dung dịch HCl khơng hịa tan Ag Cu → Loại C Trang Dung dịch HNO3 hòa tan kim loại hợp kim → Chọn D Kiểu hỏi 2: Lí thuyết ăn mịn điện hóa Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Phản ứng hóa học xảy q trình ăn mịn kim loại thuộc loại A phản ứng thủy phân B phản ứng trao đổi C phản ứng oxi hoá - khử D phản ứng phân hủy Hướng dẫn giải Ăn mòn kim loại phá hủy kim loại hợp kim tác dụng chất môi trường M → M n + + ne Vậy phản ứng hóa học xảy q trình ăn mịn kim loại thuộc loại phản ứng oxi hóa – khử → Chọn C Ví dụ 2: Sắt tây sắt tráng thiếc Nếu lớp thiếc bị xước sâu tới lớp sắt, để khơng khí ẩm kim loại bị ăn mịn trước A thiếc B sắt C hai bị ăn mịn D khơng kim loại bị ăn mịn Hướng dẫn giải Kim loại có tính khử mạnh bị ăn mòn trước Theo dãy điện hóa kim loại, tính khử: Fe > Sn → Sắt bị ăn mòn trước → Chọn B Ví dụ 3: Trong thực tế, khơng sử dụng cách sau để bảo vệ kim loại sắt khỏi bị ăn mòn? A Gắn đồng với kim loại sắt B Tráng kẽm lên bề mặt sắt C Phủ lớp sơn lên bề mặt sắt D Tráng thiếc lên bề mặt sắt Hướng dẫn giải Fe có tính khử mạnh Cu nên Fe bị ăn mòn trước → Sắt khơng bảo vệ khỏi bị ăn mịn → A Tráng kẽm lên bề mặt sắt, ngăn không cho sắt tiếp xúc với môi trường → Sắt bảo vệ khỏi bị ăn mòn (phương pháp bảo vệ bề mặt) → B sai Phủ lớp sơn lên bề mặt sắt, ngăn không cho sắt tiếp xúc với môi trường nên sắt bảo vệ khỏi bị ăn mòn (phương pháp bảo vệ bề mặt) → C sai Trang Tráng thiếc lên bề mặt sắt, ngăn không cho sắt tiếp xúc với môi trường nên sắt bảo vệ khỏi bị ăn mòn (phương pháp bảo vệ bề mặt) → D sai → Chọn A Ví dụ 4: Một vật hợp kim Zn - Cu bị ăn mịn điện hóa khơng khí ẩm Q trình xảy cực âm + A 2H + 2e → H B Zn → Zn 2+ + 2e C Cu → Cu 2+ + 2e − D 2H O + 2e → 2OH + H Hướng dẫn giải Ở cực âm xảy oxi hóa: Zn → Zn 2+ + 2e − + Ở cực dương xảy khử: 2H O + 2e → 2OH + H 2H + 2e → H → Chọn B Ví dụ 5: Trong thí nghiệm sau xảy ăn mịn điện hóa? A Cho đồng nguyên chất vào dung dịch gồm Fe(NO3)3 HNO3 B Để thép sơn kín khơng khí khơ C Nhúng kẽm nguyên chất vào dung dịch HCl D Cho sắt nguyên chất vào dung dịch gồm CuSO4 H2SO4 loãng Hướng dẫn giải A khơng xảy ăn mịn điện hóa đồng phản ứng với Fe(NO 3)3 HNO3 không tạo thành cặp điện cực B không xảy ăn mịn điện hóa cặp điện cực không tiếp xúc với dung dịch chất điện li bị sơn kín C khơng xảy ăn mịn điện hóa khơng xuất cặp điện cực khác chất D có xảy ăn mịn điện hóa sắt phản ứng với dung dịch CuSO tạo thành kim loại Cu Kim loại Cu sinh bám vào sắt tạo thành cặp điện cực Fe – Cu nhúng dung dịch gồm CuSO H2SO4 → Chọn D Chú ý: Điều kiện xảy ăn mịn điện hóa học đồng thời: Các điện cực phải khác chất, cặp hai kim loại khác nhau, kim loại – phi kim hay kim loại – hợp chất Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với qua dây dẫn Các điện cực tiếp xúc với dung dịch chất điện li Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Bản chất ăn mòn kim loại A phản ứng oxi hóa – khử B phản ứng hóa hợp C phản ứng trao đổi D phản ứng thay Trang Câu 2: Sự ăn mịn kim loại khơng phải A khử kim loại B oxi hóa kim loại C phá hủy kim loại hợp kim tác dụng chất môi trường D biến đơn chất kim loại thành hợp chất Câu 3: Tôn sắt tráng A Na B Mg C Zn D Al Câu 4: Phát biểu sai? A Nguyên tắc chung để điều chế kim loại khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại B Bản chất ăn mịn kim loại q trình oxi hóa - khử C Tính chất hóa học đặc trưng kim loại tính khử D Ăn mịn hóa học phát sinh dòng điện Câu 5: Để bảo vệ ống thép (dẫn nước, dẫn dầu, dẫn khí đốt) phương pháp điện hóa, người ta mạ vào mặt ngồi ống thép kim loại gì? A Ag B Pb C Zn D Cu Câu 6: Đốt hợp kim Fe - C khí oxi, q trình ăn mịn xảy ra? A Ăn mịn điện hóa B Ăn mịn hóa học C Cả ăn mịn điện hóa ăn mịn hóa học D Khơng xảy Câu 7: Cho hợp kim Cu - Al vào H2SO4 loãng dư thấy hợp kim A bị tan phần Al phản ứng B không tan C bị tan phần Cu phản ứng D bị tan hoàn tồn Câu 8: Có vật làm sắt mạ kim loại khác Nếu vật bị xước sâu đến lớp sắt vật bị gỉ chậm nhất? A Sắt tráng kẽm B Sắt tráng thiếc C Sắt tráng đồng D Sắt tráng bạc Câu 9: Trường hợp sau đây, kim loại bị ăn mịn điện hóa học? A Nhúng sợi dây bạc nguyên chất vào dung dịch HNO3 loãng B Nhúng nhôm nguyên chất vào dung dịch CuSO4 C Đốt sợi dây đồng bình đựng khí clo D Nhúng sắt nguyên chất vào dung dịch H2SO4 loãng Câu 10: Nếu vật làm hợp kim Fe - Zn bị ăn mịn điện hóa q trình ăn mịn A kẽm đóng vai trị catot bị oxi hóa B sắt đóng vai trị anot bị oxi hóa C kẽm đóng vai trị anot bị oxi hóa D sắt đóng vai trị catot ion H+ bị oxi hóa Câu 11: Cách sau sai dùng để chống ăn mòn vỏ tàu biển sắt? A Ghép kim loại Zn vào phía ngồi vỏ phần chìm nước biển B Ghép kim loại Cu vào phía ngồi vỏ tàu phần chìm nước biển C Sơn lớp sơn chống gỉ lên bề mặt vỏ tàu Trang D Mạ đồng lên bề mặt vỏ tàu Câu 12: Cho hợp kim sau: Al - Zn (I); Fe - Zn (ll); Zn - Cu (III) Mg - Zn (IV) Khi tiếp xúc với dung dịch axit HCl, hợp kim mà Zn bị ăn mòn trước A (II), (III) (IV) B (III) (IV) C (I), (II) (III) D (II) (III) Câu 13: Cho điều kiện sau: (1) Các điện cực phải khác chất, cặp hai kim loại khác cặp kim loại với phi kim (2) Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp gián tiếp với qua dây dẫn (3) Các điện cực tiếp xúc với dung dịch chất điện li (4) Kim loại tác dụng trực tiếp với hóa chất với nước nhiệt độ cao Ăn mòn điện hóa học xảy có điều kiện: A (1), (2) B (1), (2), (3) C (1), (2), (4) D (2), (3), (4) Câu 14: Phương pháp bảo vệ kim loại phương pháp điện hóa? A Phủ kín lên bề mặt kim loại cần bảo vệ kim loại có tính khử mạnh B Nối kim loại cần bảo vệ với kim loại khác có tính khử mạnh C Chế tạo hợp kim từ kim loại cần bảo vệ kim loại có tính khử mạnh D Sơn, mạ bôi dầu mỡ lên kim loại cần bảo vệ Câu 15: Có bốn dung dịch riêng biệt: CuSO 4, ZnCl2, FeCl3, AgNO3 Nhúng vào dung dịch Ni Số trường hợp xảy ăn mòn điện hóa A B C D Câu 16: Vật làm hợp kim Zn - Cu mơi trường khơng khí ẩm (hơi nước có hịa tan O 2) xảy q trình ăn mịn điện hóa Tại anot xảy q trình A oxi hóa Cu B khử Zn C oxi hóa Zn D khử O2 Câu 17: Để bảo vệ kim loại khỏi ăn mịn, có phương pháp sau: (1) Cách li với môi trường (2) Dùng hợp kim chống gỉ (3) Dùng phương pháp điện hóa (4) Đánh bóng bề mặt (5) Lau chùi thường xuyên (6) Dùng chất chống ăn mòn Phương pháp là: A (1), (2), (3), (6) B (1), (2), (3), (4) C (1), (2), (3) D (1), (2), (3), (5), (6) Câu 18: Thực thí nghiệm sau: (1) Nhúng Fe nguyên chất vào dung dịch CuCl2 (2) Nhúng Fe nguyên chất vào dung dịch FeCl3 (3) Nhúng Fe nguyên chất vào dung dịch HCl lỗng, có lẫn CuCl2 (4) Cho dung dịch FeCl3 vào dung dịch AgNO3 (5) Để thép lâu ngày ngồi khơng khí ẩm Số trường hợp xảy ăn mịn điện hóa học Trang A B C D Câu 19: Tiến hành thí nghiệm sau: (1) Cho nước qua ống đựng bột sắt nung nóng (2) Để thép (hợp kim sắt với cacbon) không khí ẩm (3) Cho giọt dung dịch Fe(NO3)2 vào dung dịch AgNO3 (4) Cho đồng nguyên chất vào dung dịch AgNO3 (5) Cho kẽm vào dung dịch H2SO4 (lỗng) có nhỏ thêm vài giọt dung dịch CuSO4 Trong thí nghiệm trên, số trường hợp có xảy ăn mịn điện hố A B C D Câu 20: Tiến hành thí nghiệm sau: (1) Cho hợp kim Fe - Cu vào dung dịch H2SO4 loãng (2) Cho Cu vào dung dịch AgNO3 (3) Cho Zn vào dung dịch HNO3 lỗng (4) Đốt dây Mg bình đựng khí Cl2 (5) Cho inox (hợp kim Fe – Cr – Ni - C) vào dung dịch HCl đặc nóng (6) Đốt hợp kim đồng bạch (Cu - Ni) không khí Số thí nghiệm xảy ăn mịn hóa học A B C D Dạng 2: Bài toán hợp kim Phương pháp giải • Hàm lượng kim loại A hợp kim: %A = • mA 100% m hop kim Xác định cơng thức hợp kim: AxByCz… Ta có: x : y : z = %m A %m B %m C : : MA MB MC Ví dụ: Trong hợp kim Al - Mg, có mol Al có mol Mg Thành phần phần trăm khối lượng hợp kim A 80% Al 20% Mg B 81% Al 19% Mg C 91% Al 9% Mg D 83% Al 17% Mg Hướng dẫn giải Trong hợp kim Al - Mg, mol Al có mol Mg nên công thức hợp kim Al9Mg → % m Al = 9.27 100% = 91% 9.27 + 1.24 Trang → %m Mg = 100% − 91% = 9% → Chọn C Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một loại đồng thau có chứa 59,63% Cu 40,37% Zn Hợp kim có cấu tạo tinh thể hợp chất hóa học đồng kẽm Cơng thức hóa học hợp chất A Cu3Zn2 B Cu2Zn3 C Cu2Zn D CuZn2 Hướng dẫn giải Gọi công thức tổng quát hợp chất là: CuxZny Xét tỉ lệ: x:y= = %m Cu %m Zn : M Cu M Zn 59, 63 40,37 : 64 65 ≈ 0,932 : 0, 621 ≈ 3: Chọn x = 3, y = Vậy cơng thức hóa học Cu3Zn2 → Chọn A Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Trong hợp kim Al - Ni, 10 mol Al có mol Ni Thành phần phần trăm khối lượng hợp kim A 81% Al 19% Ni B 82% Al 18% Ni C 83% Al 17% Ni D 84% Al 16% Ni Câu 2: Hợp kim Fe - Zn có cấu tạo tinh thể dung dịch rắn, có 72,1% Fe khối lượng Cơng thức hóa học hợp chất A FeZn B Fe3Zn C Fe3Zn2 D Fe2Zn Câu 3: Nung mẩu gang có khối lượng 100 gam khí O dư thấy sinh 8,96 lít CO (đktc) Thành phần phần trăm khối lượng cacbon mẩu gang A 4,8% B 2,2% C 2,4% D 3,6% Câu 4: Khi cho 7,7 gam hợp kim gồm natri kali vào nước thấy 3,36 lít H (đktc) Thành phần phần trăm khối lượng kim loại hợp kim A 25,32%K 74,68% Na B 26,33%K 73,67%Na C 27,33%K 72,67% Na D 28,33%K 71,67%Na Trang 10 ĐÁP ÁN Dạng 1: Lí thuyết trọng tâm -A -A 3-C 4-D 5-C 6-B -A 8-A 9-B 10 - C 11 - B 12 - D 13 - B 14 - D 15 - D 16 - C 17 - D 18 - D 19 - A 20 - D Câu 8: Khả hoạt động hóa học kim loại xếp theo thứ tự Zn > Fe > Sn > Cu > Ag → Sắt tráng kẽm bị gỉ chậm Câu 9: Trường hợp bị ăn mịn điện hóa học là: Nhúng nhôm nguyên chất vào dung dịch ZnSO sinh kim loại Zn, tạo thành cặp điện cực khác chất tiếp xúc, nhúng chất điện li Câu 10: Zn kim loại đứng trước Fe dãy điện hóa, nên Zn đóng vai trị anot bị oxi hóa Câu 11: A, C, D B sai Cu đứng sau Fe dãy điện hóa nên Fe bị ăn mịn trước → Ghép Cu vào khơng có tác dụng bảo vệ vỏ tàu biển Câu 15: Trường hợp xảy ăn mịn điện hóa dung dịch: CuSO4 AgNO3 Câu 16: Ở anot xảy q trình oxi hóa Zn: Zn → Zn 2+ + 2e Câu 18: Các trường hợp xảy ăn mịn điện hóa là: (1), (3), (5) Câu 19: Các trường hợp xảy ăn mịn điện hóa (2), (4), (5) Câu 20: Các trường hợp xảy ăn mịn điện hóa (3), (4), (6) Dạng 2: Bài toán hợp kim 1-B 2-B -A -A Câu 1: 10.27  100% = 82% %m Al = 10.27 + 1.59 Ta có:  % m Ni = 100% − 82% = 18% Câu 2: Ta có: %Zn = 100% − 72,1% = 27,9% Gọi công thức tổng quát hợp chất là: Fe x Zn y Xét tỉ lệ: x : y = %m Fe %m Zn 72,1 27,9 : = : ≈ 1, 2875 : 0, 43 ≈ :1 M Fe M Zn 56 65 Chọn x = 3, y = Trang 11 Vậy cơng thức hóa học Fe3Zn Câu 3: Ta có: n C = n CO2 = 0, 4mol → m C = 0, 4.12 = 4,8 gam → %m C = 4,8 100% = 4,8% 100 Câu 4: Gọi số mol Na K hợp kim x, y mol → 23x + 39y = 7, 7(*) Quá trình cho nhận electron: Na → Na + + 1e 2H + + 2e → H K → K + + 1e Bảo toàn electron: n Na + n K = 2n H → x + y = 2.0,15 = 0,3(**)  23x + 39y = 7,  x = 0, 25 → Từ (*) (**) ta có hệ phương trình:   x + y = 0,3  y = 0, 05 → m Na = 0, 25.23 = 5, 75 gam → %m Na = 5, 75 100% = 74, 68% 7, → m K = 100% − 74, 68% = 25,32% Trang 12 ... chất ăn mòn kim loại A phản ứng oxi hóa – khử B phản ứng hóa hợp C phản ứng trao đổi D phản ứng thay Trang Câu 2: Sự ăn mòn kim loại A khử kim loại B oxi hóa kim loại C phá hủy kim loại hợp kim. .. SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI Khái niệm Sự ăn mòn kim loại phá hủy kim loại hợp kim tác dụng chất môi trường xung quanh Trong đó, kim loại bị oxi hóa thành ion dương: M → M n + + ne Phân loại Có hai loại: ... loại có chứa kim loại số kim loại khác phi kim B Tính chất hợp kim phụ thuộc vào thành phần, cấu tạo hợp kim C Hợp kim có tính chất hóa học khác tính chất kim loại tạo chúng D Hợp kim có tính