Giải SGK Hoá học 12 Cánh Diều Bài 16. Hợp kim – sự ăn mòn kim loại có đáp án

Hình 16.1a) Việc sơn phủ lên vỏ tàu giúp hạn chế rỉ sét và bảo vệ kết cấu của vỏ tàu.

Hình 16.1b) Hàn đính một số khối kim loại kẽm vào phần dưới của vỏ tàu bằng thép (thành phần chính là sắt) sẽ tạo thành cặp điện cực Zn – Fe, trong đó Zn là kim loại có tính khử mạnh hơn, đóng vai trò là cực âm nên bị ăn mòn khi tàu tiếp xúc với nước biển, điều này giúp vỏ tàu được bảo vệ.

Hình 16.1c) Việc phủ một lớp sơn cuối cùng giúp cho vỏ tàu tránh tiếp xúc trực tiếp với nước biển, từ đó làm cho sự ăn mòn vỏ tàu diễn ra chậm hơn, đồng thời mang lại tính thẩm mỹ cho con tàu.

Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại khác hoặc phi kim.

Như vậy, khi để trong không khí, bề mặt của lá nhôm bị oxi hoá tạo lớp phủ oxide. Trong trường hợp này lá nhôm không trở thành hợp kim.

Để làm tấm khiên cho lực lượng cảnh sát, hợp kim cần phải có những tính chất như bền, cứng cáp để chống va đập, dẻo dai để dễ dát mỏng, nhẹ để thuận tiện cho việc sử dụng và di chuyển.

Trong số các hợp kim, hợp kim duralumin của nhôm thỏa mãn những tính chất trên, do đó phù hợp để làm vật liệu chế tạo khiên trang bị cho lực lượng cảnh sát.

- Thép 304 hay còn gọi là inox 304 hoặc thép không gỉ. Đây là hợp kim của Fe và C (< 0,08%), 18% Cr, 8% Ni cùng với một lượng nhỏ các kim loại khác.

- Hai thành phần Cr và Ni được thêm vào để tạo ra loại thép không gỉ này. Cụ thể là:

+ Cr: giúp tăng độ bền của vật liệu, chống mài mòn.

+ Ni: giúp tăng độ cứng mà không làm giảm độ dẻo dai.

- Do vậy, thép 304 được sử dụng rất phổ biến trong đời sống nhờ một số ưu điểm vượt trội như:

+ Khả năng chống ăn mòn, chống gỉ tốt.

+ Khả năng chịu nhiệt cao.

+ Khả năng gia công, tạo hình vượt trội.

+ Sạch sẽ, dễ vệ sinh.

+ Khả năng tái chế 100%.

Khớp nối của ống thép là hợp kim của sắt có thành phần chính là sắt và carbon. Ở vị trí khớp nối này có khe hở làm cho nước mưa hoặc hơi nước trong không khí dễ dàng tích tụ ở đó nhiều hơn so với các vị trí còn lại của ống thép. Lớp nước ở khe hở này đã hòa tan khí oxygen và khí carbon dioxide trong khí quyển tạo thành dung dịch chất điện li. Hợp kim của sắt tiếp xúc với dung dịch chất điện li bị ăn mòn điện hóa. Cụ thể sắt là anode và carbon là cathode.

Tại anode: Fe(s) ⟶ Fe$^{2+}$(aq) + 2e

Tại cathode:O$_{2}$(g) + H$_{2}$O(l) + 2e ⟶ 2OH$^{-}$(aq)

Fe$^{2+}$ tiếp tục bị oxi hóa bởi O$_{2}$ trong không khí khi có mặt ion OH$^{-}$ tạo ra gỉ sắt màu nâu đỏ (thành phần chủ yếu là Fe$_{2}$O$_{3}$.nH$_{2}$O).

Các cách hạn chế sự ăn mòn đối với mái tôn:

- Tráng kẽm lên bề mặt của tấm thép mỏng để sản xuất tôn lợp nhà.

- Sử dụng đinh vít có mạ kẽm.

- Sau khi hoàn thiện việc lắp đặt mái tôn, có thể phun 1 lớp sơn chống rỉ có chứa kẽm lên bề mặt mái tôn.

- Vệ sinh bề mặt mái tôn sạch sẽ và sử dụng sơn dầu quét lên bề mặt giúp bảo vệ mái tôn không bị ăn mòn.

Hình a: Biện pháp phủ một lớp dầu, mỡ lên bề mặt kim loại.

Hình b: Biện pháp tráng lên bề mặt kim loại bằng một kim loại khác.

Hình c: Biện pháp phun sơn lên bề mặt kim loại.

Hiện tượng:

- Đinh sắt không có hiện tượng.

- Đinh sắt quấn dây kẽm xảy ra ăn mòn điện hóa. Có kết tủa keo trắng xuất hiện trên bề mặt kẽm.

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

- Mạ một lớp kim loại khác lên bề mặt cánh cửa như Zn, Cr, Ni để tránh cho thép tiếp xúc trực tiếp với các chất trong môi trường, giúp tránh ăn mòn.

- Sơn phủ lên bề mặt cửa và bôi dầu mỡ lên ổ khóa để tránh cho thép tiếp xúc trực tiếp với các chất trong môi trường, giúp giảm tốc độ ăn mòn của kim loại.

Những điểm giống nhau giữa ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá là:

- Đều là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường.

- Đều xảy ra quá trình oxi hóa khử trong đó kim loại bị oxi hóa.

Phương trình hóa học:

Chất khử: Ag

Chất oxi hóa: O$_{2}$

Giai đoạn a: xảy ra ăn mòn hóa học theo phản ứng:

Zn(s) + H$_{2}$SO$_{4}$(aq) ⟶ ZnSO$_{4}$(aq) + H$_{2}$(g)

Giai đoạn b: xảy ra ăn mòn điện hóa vì khi cho dung dịch copper(II) sulfate vào ống nghiệm ở ý a):

CuSO$_{4}$(aq) + Zn(s) ⟶ ZnSO$_{4}$(aq) + Cu(s)

Đồng sinh ra bám trên bề mặt mẩu kẽm tạo thành pin điện hóa Zn - Cu với Zn là điện cực âm (anode), Cu là điện cực dương (cathode). Trong đó:

- Tại anode: Zn(s) ⟶ Zn$^{2+}$(aq) + 2e

- Tại cathode: 2H$^{+}$(aq) + 2e ⟶ H$_{2}$(g)

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

- Sử dụng một số vật liệu kháng ăn mòn như thép không gỉ hay hợp kim của nhôm … để làm cửa.

- Mạ cửa kim loại bằng kim loại mạnh hơn như kẽm.

- Phủ một lớp sơn, dầu lên bề mặt cửa.

- Thường xuyên vệ sinh cửa kim loại sạch sẽ, khô ráo.