Câu hỏi mở đầu trang 102

Đề bài: Vỏ tàu biển bằng thép để lâu trong tự nhiên thường bị ăn mòn. Để bảo vệ vỏ tàu khỏi bị ăn mòn, người ta thường phủ sơn lên vỏ tàu; phần vỏ tàu chìm trong nước biển thường được gắn thêm các tấm kẽm. Vậy, ăn mòn kim loại là gì? Để bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn có thể dùng những cách nào?

Lời giải:

• Ăn mòn kim loại là sự phá huỷ kim loại hoặc hợp kim dưới tác dụng của các chất trong môi trường, trong đó kim loại bị oxi hoá.
• Có 2 phương pháp phổ biến để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn:
  • Phương pháp điện hoá: gắn lên kim loại cần bảo vệ một kim loại khác hoạt động hoá học mạnh hơn (ví dụ gắn tấm Zn vào vỏ tàu thép).
  • Phương pháp phủ bề mặt: phủ lên bề mặt kim loại một lớp kim loại khác không bị gỉ, hoặc sơn, dầu mỡ (ví dụ phủ sơn lên vỏ tàu).

I. Ăn mòn kim loại

Ăn mòn điện hoá

Thí nghiệm trang 103 – Sự ăn mòn điện hoá sắt

Đề bài: Cho đinh sắt vào ống nghiệm, thêm khoảng 3 mL nước, để ống nghiệm trong không khí khoảng 3 ngày. Hãy nêu hiện tượng quan sát được ở ống nghiệm và giải thích.

Lời giải:

• Hiện tượng: Sau khoảng 3 ngày, đinh sắt bị gỉ (có lớp màu nâu đỏ bám trên bề mặt); nước trong ống nghiệm có màu vàng nâu do gỉ sắt.
• Giải thích: Đinh sắt là hợp kim của Fe với C (và một số nguyên tố khác). Khi đinh sắt tiếp xúc với nước có oxygen hoà tan, trên bề mặt đinh sắt tạo thành vô số pin điện hoá với anode là Fe và cathode là C:
  • Tại anode (Fe bị oxi hoá): $$\text{Fe}(s) \longrightarrow \text{Fe}^{2+}(aq) + 2\text{e}$$
  • Tại cathode (O₂ bị khử): $$\tfrac{1}{2}\text{O}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l) + 2\text{e} \longrightarrow 2\text{OH}^-(aq)$$
• Sau đó, ion $\text{Fe}^{2+}$ tiếp tục bị oxygen oxi hoá tạo thành gỉ sắt có thành phần chính là $\text{Fe}_2\text{O}_3\cdot n\text{H}_2\text{O}$.

Câu 1 trang 104

Đề bài: Một số hiện tượng ăn mòn thép trong đời sống:

a) Thép bị gỉ trong không khí khô.

b) Thép bị gỉ trong không khí ẩm.

c) Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển.

Hãy cho biết các hiện tượng ăn mòn thép trên thuộc loại ăn mòn hoá học hay ăn mòn điện hoá. Giải thích.

Lời giải:

a) Thép bị gỉ trong không khí khô → Ăn mòn hoá học.

Vì không có dung dịch chất điện li (không khí khô), sắt phản ứng trực tiếp với oxygen (phản ứng oxi hoá – khử trực tiếp).

b) Thép bị gỉ trong không khí ẩm → Ăn mòn điện hoá.

Trong không khí ẩm, trên bề mặt thép có lớp nước mỏng đã hoà tan O₂ và CO₂ tạo thành dung dịch chất điện li. Fe và C trong thép cùng tiếp xúc với dung dịch này → tạo pin điện hoá Fe – C.

c) Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển → Ăn mòn điện hoá.

Nước biển chứa nhiều muối, là dung dịch chất điện li. Fe và C trong thép tiếp xúc với nước biển → tạo pin điện hoá Fe – C.

II. Chống ăn mòn kim loại

1. Phương pháp điện hoá

Thí nghiệm trang 104 – Bảo vệ sắt bằng phương pháp điện hoá

Đề bài: Cho đinh sắt thứ nhất vào ống nghiệm (1). Quấn dây kẽm quanh đinh sắt thứ hai rồi cho vào ống nghiệm (2). Thêm nước máy vào mỗi ống nghiệm đến ngập đinh sắt. Để các ống nghiệm trong không khí khoảng 3 ngày. Đinh sắt có gắn kẽm bị ăn mòn nhanh hơn hay chậm hơn đinh sắt không gắn kẽm? Giải thích.

Lời giải:

• Hiện tượng: Đinh sắt có quấn dây kẽm (ống 2) bị ăn mòn chậm hơn đinh sắt không quấn kẽm (ống 1).
• Giải thích: Ở ống (2), khi kẽm tiếp xúc với đinh sắt và cùng nhúng trong nước, tạo thành pin điện hoá Zn – Fe. Do Zn hoạt động hoá học mạnh hơn Fe nên:
  • Kẽm là anode, bị ăn mòn thay cho sắt.
  • Sắt là cathode, được bảo vệ, không bị ăn mòn.

Câu 2 trang 104

Đề bài: Các thiết bị bằng thép (đường ống, bể chứa, giàn khoan dầu, tàu thuỷ,…) trong môi trường biển hoặc dưới lòng đất ẩm ướt thường được bảo vệ bằng phương pháp điện hoá. Kim loại được sử dụng để bảo vệ thép thường là kẽm (Hình 22.4). Hãy cho biết kim loại nào bị ăn mòn. Giải thích.

Lời giải:

• Kim loại bị ăn mòn là kẽm (Zn).
• Giải thích: Zn hoạt động hoá học mạnh hơn Fe. Khi Zn và Fe cùng tiếp xúc với môi trường chất điện li (nước biển, đất ẩm), tạo thành pin điện hoá Zn – Fe:
  • Zn là anode → bị oxi hoá, bị ăn mòn dần.
  • Fe (thép) là cathode → được bảo vệ, không bị ăn mòn.

2. Phương pháp phủ bề mặt

Câu 3 trang 105

Đề bài: Hãy tìm hiểu và cho biết cách bảo vệ các đồ vật làm từ gang, thép bằng phương pháp phủ bề mặt.

Lời giải:

Có thể bảo vệ các đồ vật làm từ gang, thép bằng cách phủ lên bề mặt một lớp vật liệu ngăn không cho gang, thép tiếp xúc trực tiếp với môi trường:

• Phủ kim loại khác không bị gỉ: tráng thiếc (Sn) lên lá thép (sắt tây), tráng kẽm (Zn) lên lá thép (tôn), mạ chrome (Cr) lên các chi tiết máy.
• Phủ hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ: sơn, dầu, mỡ,… lên cổng, cửa, hàng rào, xích xe,…

III. Em có thể

Giải thích một số hiện tượng ăn mòn kim loại trong tự nhiên

Lời giải:

• Vật bằng sắt (như đinh sắt, cổng sắt) để lâu ngoài không khí ẩm bị gỉ: đây là ăn mòn điện hoá. Sắt và carbon trong hợp kim tạo pin điện hoá khi tiếp xúc với dung dịch điện li (nước có hoà tan O₂, CO₂).
• Vỏ tàu biển bị ăn mòn: ăn mòn điện hoá trong môi trường nước biển (dung dịch chất điện li).
• Đồ vật bằng đồng để lâu bị phủ lớp gỉ xanh: đồng bị oxi hoá bởi O₂, CO₂ và hơi ẩm trong không khí.

Bảo vệ đồ dùng kim loại trong gia đình khỏi bị ăn mòn

Lời giải:

• Sơn hoặc đánh vecni lên các đồ vật bằng sắt như cổng, cửa, hàng rào để ngăn tiếp xúc với không khí ẩm.
• Tra dầu mỡ vào các bộ phận dễ bị ăn mòn (xích xe, bản lề, ổ khoá).
• Rửa sạch và lau khô đồ dùng kim loại (dao, kéo, nồi, chảo) sau khi sử dụng.
• Bảo quản nơi khô ráo, tránh môi trường ẩm ướt.
• Ưu tiên sử dụng đồ dùng làm từ thép không gỉ, inox hoặc kim loại được mạ, tráng lớp bảo vệ.

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ