Giải chi tiết Hóa học 12 cánh diều bài 16 Hợp kim - Sự ăn mòn kim loại

MỞ ĐẦU

Để hoàn thiện vỏ tàu bằng thép, người ta phủ lên vỏ tàu một lớp sơn, (Hình 16.1a). Sau đó, một số khối kim loại kẽm (zinc) được hàn đính vào phần phía dưới của vỏ tàu (Hình 16.1b). Cuối cùng, người ta phủ và trang trí vỏ tàu bằng lớp sơn thích hợp (Hình 16.1c).

Giải thích ý nghĩa của mỗi việc làm trên.

Bài làm chi tiết:

1. Tác dụng của việc sơn vỏ tàu tàu hạn chế bị rỉ sét và bảo vệ kết cấu tàu.
2. Khi hàn đính kẽm vào phần phía dưới của vỏ tàu với thành phần chính là sắt sẽ tạo thành cặp điện cực Zn – Fe, trong đó kẽm là kim loại có tính khử mạnh hơn, đóng vai trò cực âm nên bị ăn mòn, điều này giúp cho vỏ tàu biển được bảo vệ.
3. Việc phủ một lớp sơn cuối cùng giúp cho vỏ tàu tránh tiếp xúc trực tiếp với nước biển, khiến cho việc ăn mòn vỏ xảy ra chậm hơn, đồng thời mang lại tính thẩm mỹ cho con tàu.

I/ HỢP KIM

Câu hỏi 1: Khi để trong không khí, bề mặt của lá nhôm bị oxi hóa tạo lớp phủ oxide. Trong trường hợp này lá nhôm có trở thành hợp kim không? Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Lá nhôm đã trở thành hợp kim, do nhôm lúc này đã phản ứng với oxygen để tạo thành aluminium oxide là một hợp kim.

Luyện tập 1: Lưỡi cưa là bộ phận chính của các dụng cụ cưa, xẻ. Có thể dùng nhôm làm lưỡi cưa không? Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Lưỡi cưa thường không được làm bằng nhôm do kim loại này có tính dẻo cao, dễ bị uốn nắn và bị cắt. Vì những tính chất trên, nhôm không phù hợp để làm lưỡi cưa, vật liệu đòi hỏi tính cứng cao trong việc cưa xẻ những vật liệu cứng.

Câu hỏi 2: Cần lựa chọn hợp kim có tính chất đặc trưng nào để làm các tấm khiên trang bị cho lực lượng cảnh sát?

Bài làm chi tiết:

Vật liệu cần phải có những tính chất như nhẹ, bền và cứng để có thể làm các tấm khiên trang bị cho lực lượng cảnh sát. Trong số các hợp kim, hợp kim duralumin của nhôm thỏa mãn những tính chất trên, do đó phù hợp để làm nguyên liệu.

Câu hỏi 3: Kể tên các đồ dùng, thiết bị được làm bằng thép mà em biết.

Bài làm chi tiết:

Ví dụ: đường ray tàu hỏa, khung vỏ của các loại tàu và xe, container, giàn giáo, móng nhà…

Vận dụng 1: Tìm hiểu về “thép 304” để giải thích vì sao nó rất phổ biến trong đời sống.

Bài làm chi tiết:

Thép 304, có tên gọi khác là thép không gỉ, là một dạng hợp kim của sắt chứa tối thiểu 10,5% chrome.

Một số ưu điểm của thép 304 khiến cho nó được ưa chuống trong đời sống:

• Khả năng chịu nhiệt tốt.
• Khả năng chống chịu ăn mòn cao.
• Khả năng gia công tạo hình tốt.
• Sạch sẽ, dễ vệ sinh.
• Khả năng tái chế 100%.

Câu hỏi 4: Kể tên các đồ dùng, thiết bị được làm từ các hợp kim của nhôm mà em biết.

Bài làm chi tiết:

Một số vật dụng được làm từ các hợp kim của nhôm gồm có: mâm, xoong, ấm, tay nắm cửa…

II. ĂN MÒN KIM LOẠI

Vận dụng 2: Vị trí khớp nối của ống thép dễ bị ăn mòn hơn so với phần còn lại. Tìm hiểu để giải thích nguyên nhân của hiện tượng trên.

Bài làm chi tiết:

Khớp nối của ống thép là hợp kim của sắt, trong thời gian dài, xung quanh vị trí khớp nối sẽ hình thành một lớp nước mỏng do độ ẩm trong không khí. Lớp nước này đã hòa tan khí hydrogen và carbon dioxide trong khí quyển để tạo thành dung dịch chất điện li. Lúc này hợp kim của sắt bị ăn mòn điện hóa.

Câu hỏi 5: Để lợp mái nhà, các tấm tôn (là tấm thép mỏng thường được mạ kẽm) được gắn vào nhau nhờ các đinh vít bằng thép. Vị trí nào trên mái tôn dễ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa?

Bài làm chi tiết:

Vị trí của các đinh vít là nơi dễ xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa, do nơi đây có hai kim loại khác nhau là kẽm và sắt, hình thành nên cặp điện cực Zn – Fe, lúc này việc ăn mòn điện hóa có thể xảy ra. 

Luyện tập 2: Nêu các cách hạn chế sự ăn mòn đối với mái tôn.

Bài làm chi tiết:

Cách hạn chế sự săn mòn đối với mái tôn: Người ta có thể sử dụng sơn dầu để quét lên bề mặt mái tôn.

Câu hỏi 6: Gọi tên các biện pháp bảo vệ bề mặt kim loại được thể hiện trong Hình 16.6.

Bài làm chi tiết:

1. Biện pháp phủ một lớp dầu, mỡ lên bề mặt kim loại.
2. Biện pháp mạ một loại kim loại khác lên bề mặt.
3. Biện pháp phun sơn lên bề mặt kim loại.

Thí nghiệm ăn mòn kim loại và bảo vệ kim loại

Cho một đinh sắt và một đinh sắt đã được quấn dây kẽm vào cùng một cốc thủy tinh chứa nước. Cốc này được đặt lên một tờ giấy màu trắng. 

Để yên khoảng 4 giờ. 

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng và giải thích.

Bài làm chi tiết:

Ở cốc thứ nhất, ta thấy đinh sắt bị ăn mòn nhưng rất chậm và ít, do lúc này chỉ xảy ra hiện tượng ăn mòn hóa học.

Ở cốc thứ hai, tại vị trí bề mặt mặt nước, ta thấy dây kẽm bị ăn mòn phần lớn, đinh sắt bị ăn mòn từ từ. Do lúc này xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa: vị trí mặt nước tiếp xúc với khí oxygen và khí carbon dioxide trong không khí tạo thành chất điện li, đồng thời dây kẽm quấn quanh đinh sắt sẽ hình thành cặp điện cực Zn – Fe. Đây là những điều kiện để xảy ra ăn mòn điện hóa.

Vận dụng 3: Tìm hiểu về một số cách chống ăn mòn kim loại đối với cánh cửa làm bằng thép và giải thích.

Bài làm chi tiết:

Một số biện pháp chống ăn mòn kim loại đối với cánh cửa làm bằng thép như:

• Sơn lên bề mặt cửa và bôi dầu mỡ lên ổ khóa để tránh cho thép phản ứng trực tiếp với các chất trong tự nhiên, giúp tránh ăn mòn.
• Mạ một lớp kim loại khác lên bề mặt cánh cửa như chrome, nickel để tránh cho thép tiếp xúc với các chất bên ngoài, tránh ăn mòn.

BÀI TẬP

Bài 1: Chỉ ra những điểm giống nhau giữa ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa.

Bài làm chi tiết:

Điểm giống nhau: Bản chất của ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa đều là quá trình oxi hóa khử phá hủy kim loại thành hợp chất.

Bài 2: Tấm tôn lợp nhà thường được làm từ vật liệu thép tráng kẽm hoặc thép tráng hỗn hợp nhôm và kẽm. Cho biết mục đích của việc làm trên.

Bài làm chi tiết:

Mục đích của việc làm tôn từ những loại vật liệu trên giúp tôn tránh bị ăn mòn bởi các chất trong không khí.

Bài 3: Đồ trang sức bằng bạc có thể bị chuyển sang màu đen do có phản ứng giữa bạc với O₂ và H₂S trong không khí để tạo thành Ag₂S và hơi nước. Hãy chỉ ra chất khử và chất oxi hóa trong phản ứng trên.

Bài làm chi tiết:

Chất khử: Ag.

Chất oxi hóa: H₂O.

Bài 4: Xét thí nghiệm sau:

1. Cho mẩu kẽm vào ống nghiệm chứa dung dịch sulfuric acid loãng.
2. Tiếp tục cho vài giọt dung dịch copper(II) sulfate vào ống nghiệm ở ý a) thì các bọt khí được tạo thành nhanh hơn.

Hãy cho biết trong mỗi giai đoạn trên xảy ra dạng ăn mòn nào. Giải thích.

Bài làm chi tiết:

1. Ăn mòn hóa học. Do quá trình oxi hóa – khử được xảy ra không trong môi trường điện li.
2. Ăn mòn điện hóa. Lúc này hình thành nên cặp điện hóa Zn – Cu và trong dung dịch điện li, pin điện hóa được tạo thành.

Bài 5*: Hãy tìm hiểu và nêu một số cách chống ăn mòn kim loại đối với cửa làm bằng kim loại.

Bài làm chi tiết:

Một số cách chống ăn mòn kim loại đối với cửa làm bằng kim loại:

• Phủ một lớp chống ăn mòn kim loại như sơn, dầu, mỡ...
• Mạ cửa bằng kẽm.
• Sử dụng một số loại vật liệu kháng ăn mòn như: thép không gỉ, hợp kim của nhôm và kẽm...
• Thường xuyên vệ sinh cửa kim loại sạch sẽ.