Bài tập Điện hóa - Ăn mòn | Hoá Lý 1 | Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Trong số các kim loại sau đây, kim loại nào bị ăn mòn trong không khí ẩm có pH = 7 và nhiệt độ 25 C: Fe, Cu, Pb, Ag? Cho biết thế điện cực chuẩn 0 của kim loại tương ứng bằng 0,44; +0,34; 0,126; +0,799 V. Tài liệu được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Hóa lý 1 (HUS) 10 tài liệu
Trường: Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 0.9 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
Câu 1:
Có một chiếc pin như sau: Pt, H 2 (P ) 1 2 2 , H ddHCl KClbh Hg Cl Hg 2
1/ Viết các phản ứng xảy ra trong pin (gồm phản ứng trên các cực và phản
ứng tổng quát).
2/ Xác định pH. Cho biết sức điện động của pin ở 180C bằng 0,332 V và ở
nhiệt độ này thế của điện cực calomel bão hòa bằng 0,250 V. (R = 8,314 J/K.mol; F = 96500 C) Giải:
1/ Cực dương (Cathode): Hg - ⇌ 2Cl2 + 2e 2Hg + 2Cl Cực âm (Anode): H + - 2 ⇌ 2H + 2e Trong pin: Hg + 2Cl2 + H2 ⇌ 2Hg + 2Cl + 2H 2/ [ ]
Câu 2:
Trong số các kim loại sau đây, kim loại nào bị ăn mòn trong không
khí ẩm có pH = 7 và nhiệt độ 250C: Fe, Cu, Pb, Ag? Cho biết thế điện cực chuẩn
của kim loại tương ứng bằng 0,44; +0,34; 0,126; +0,799 V. Cho biết áp suất
riêng phần của oxy trong không khí ẩm bằng 0,21 atm và E 0 . Để kim 2 / 2 . 1 3 O H O V 2
loại bị ăn mòn, nồng độ của nó không nhỏ hơn 10-6 mol/l. Giải:
Điều kiện để kim loại bị ăn mòn: Ở 250C: O + ⇌ 2 + 4e + 4H 2H2O [ ] ) ) ) ( ( (
Thế điện cực của các KL: Fe ⇌ Fe2+ + 2e [ ]
Cu ⇌ Cu2+ + 2e [ ]
Pb ⇌ Pb2+ + 2e [ ] Ag ⇌ Ag+ + 1e Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 1 g [ ]
Do tất cả các EKL < Ekk ẩm nên tất cả các kim loại đều bị ăn mòn.
Câu 3:
Tính tốc độ ăn mòn của kẽm trong nước biển ở 250C. Cho biết thế ăn
mòn bằng -0,85 V, nồng độ Zn2+ bằng 10-6mol/l, thế điện cực chuẩn của kẽm
bằng -0,76 V, hệ số Tafel bằng 0,045 V và i 2
o,Zn = 10-2A/cm . Giải: Ta có: | | { ( )} Zn ⇌ Zn2+ + 2e Và: [ ] Suy ra { }
Câu 4:
Hai tấm sắt và thiếc tiếp xúc trực tiếp với nhau trong dung dịch có
pH = 4, và đã đuổi hết oxy hòa tan (PH2 = 1atm). Sắt và thiếc có bị ăn mòn trong
dung dịch này không? Tính sức điện động của pin? Chấp nhận rằng nồng độ ion
tối thiểu để gây ăn mòn là 10-6mol/l. Cho biết thế chuẩn của sắt và thiếc là – 0,44
và – 0,14 V.
Trường hợp có sự hòa tan oxy vào dung dịch (PO2 = 0,21 atm) thì sức điện
động của pin ăn mòn bằng bao nhiêu? Biết rằng E 0 2 . 1 3 O . 2 / H O V 2 Giải:
Đã đuổi hết Oxy: Anode: Fe ⇌ Fe2+ +2e Sn ⇌ Sn2+ + 2e Cathode: 2H+ + 2e ⇌ H2 [ ] [ ] [ ]
Ta thấy: nên Fe và Sn đều bị ăn mòn. Epin =
Chưa đuổi hết Oxy: Anode: Fe ⇌ Fe2+ +2e Sn ⇌ Sn2+ + 2e Cathode: 2H+ + 2e ⇌ H2 1/2O + ⇌ 2 + 2H + 2e H2O [ ] [ ] ) ) ( ( [ ] Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 2 [ ] Epin =
Câu 5:
Thiết lập pin rồi tính sức điện động của nó (ở 250C), viết phản ứng
xảy ra trong pin và phản ứng tổng quát từ các điện cực sau: Ag, AgBr Br (C E 0 0 0 . 7 . 0 3 ) 4 V Br Fe3 C ( 2 E 0 7 . 0 V 7 3 . 0 ) 1 , Fe C ( 2 0 . 0 ) 2 Pt Fe Fe Giải: | ‖ |
Ở Anode: Ag + Br ⇌ AgBr + 1e
Ở Cathode: Fe3+ + 1e ⇌ Fe2+
Ở trên pin: Ag + Br + Fe3+ ⇌ AgBr + Fe2+ [ ] [ ] [ ] Suy ra: E –
pin = + = 0,811 0,098 = 0,713 (V)
Câu 6:
Dựa vào sự đo ăn mòn sắt trong môi trường có pH = 3 ở 250C, không
có sự hòa tan oxy song lại bão hòa khí 3ydro, ta thấy thế ăn mòn bằng -0,398 V.
1/ Hãy tính tốc độ hòa tan sắt.
2/ Tính mật độ dòng trao đổi đối với phản ứng thoát Hydro trên sắt.
Cho biết thế điện cực chuẩn của sắt bằng -0,44 V; nồng độ Fe2+ bằng 0,02
mol/l; mật độ dòng trao đổi của sắt bằng 9.10-7 A/cm2; R = 8,14 J/K.mol; F =
96500 C; hệ số chuyển điện tích = 0,5. Giải: Ta có: { ( )}
Fe ⇌ Fe2+ + 2e [ ] Suy ra: { ( )} { } 2H+ + 2e ⇌ H2 Ta có: | | { ( )} Suy ra: { ( )} { } Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 3
Câu 7:
Tính tốc độ ăn mòn đối với phản ứng xảy ra giữa một kim loại và
một chất khử cực biết rằng hiệu giữa hai điện thế Nernst tương ứng bằng 0,45
V, hệ số Tafel b .
0 1 ; mật độ dòng trao đổi của quá trình anốt và c ba V cathode
bằng nhau và bằng 10-1 A/m2. Giải: Ta có: | | { ( )} ( )} { Mà và
αa = αc √ | | √ { √ ( )} { }
Câu 8:
Khi tiến hành đo tốc độ ăn mòn của thép CT3 trong nước biển bằng
phương pháp ngoại suy Tafel người ta thu được phương trình biểu diễn đoạn
thẳng trên nhánh anốt có dạng như sau: E 2
anode = -0,4183 + 0,050logi (Eanode : Volt; i : mA/cm ). Hãy xác định:
1/ Hệ số chuyển điện tích thực nghiệm của quá trình anốt (thực nghiệm)
2/ Điện thế điện cực cân bằng của quá trình anốt ( cb E
). Biết trong quá Fe2 / Fe
trình đo người ta sử dụng điện cực so sánh calomel bão hòa. Với 9 2 Ecalomel 2 .
0 4V;i Fe 10 mA/ 0, cm Giải: Ta có: E
anode = 0,4183 + 0,05logi ( )
Từ ( ) và ( ) suy ra: { 1. 2. Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 4
Câu 9:
Có một chiếc pin như sau: Pt, H 2 (P ) 1 ( 0.1 ) 5 , H ddHCl a KClbh AgCl Ag 2
1/ Viết các phản ứng xảy ra trên các điện cực và phản ứng tổng quát.
2/ Xác định sức điện động của pin ở 250C. Cho biết thế điện cực chuẩn của
bạc-bạc clorua bằng 0,222 V. Giải: 1. Ở anode: 0,5H + 2 ⇌ H + 1e Ở cathode: AgCl + 1e ⇌ Ag + Cl- Ở trên pin: 0,5H + - 2 + AgCl ⇌ H + Ag + Cl 2. Ở 250C: [ ]
Câu 10:
Một tấm sắt có tổng diện tích 1000 cm2 được nhúng vào dung dịch
muối kẽm, đóng vai trò là cathode của bình điện phân (anốt của bình điện phân
là một điện cực trơ). Xác định bề bày của lớp kẽm bám vào cathode sau 25 phút
biết mật độ dòng trung bình bằng 2,5 A/dm2. Tỷ trọng của kẽm là 7,15 g/cm3,
trọng lượng nguyên tử của kẽm là 65. Giải:
ở Cathode: Zn2+ + 2e ⇌ Zn
Ta có: I = i.A = 2,5.1000.10-2 = 25 (A) Theo đị
nh luật Faraday:
Thể tích Zn bám vào Cathode:
Độ dày Zn bám vào Cathode:
Câu 11:
1/ Dựa vào tiêu chí nhiệt động lực nào để tiên đoán khả năng bị ăn
mòn hay bền vững của vật liệu bằng kim loại khi tiếp xúc với dung dịch? Viết
phương trình phản ứng cho phép tiên đoán một kim loại có bị ăn mòn khi tiếp
xúc với dung dịch trong các trường hợp sau:
a/ H+ tham gia phản ứng cathode.
b/ Oxi tham gia phản ứng cathode
2/ Cho biết tại pH = 3 sắt có bị ăn mòn không (xét cả hai trường hợp
trên)? Chấp nhận ở điều kiện ăn mòn PH2=1atm, PO2 = 0,21atm, thế tiêu chuẩn
của sắt bằng 0,44 V, E 0 1 2
. 3 , và nồng độ của Fe2+ bằng 10-6 O mol/l. 2 / H O V 2
3/ Tính sức điện động của pin ăn mòn trong cả hai trường hợp trên. Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 5 Giải: 1.
thì KL bị ăn mòn và ngược lại.
a. H+ tham gia vào Cathode: Ở Anode: M ⇌ Mn+ + ne Ở Cathode: 2H+ + 2e ⇌ H2 [ ] [ ] Nếu
thì KL bị ăn mòn và ngược lại
b. Oxy tham gia phản ứng ở Cathode: Ở Anode: M ⇌ Mn+ + ne Ở Cathode: O + ⇌ 2 + 4H + 4e 2H2O [ ] ) ([ ] Nếu
thì KL bị ăn mòn và ngược lại 2.
a. H+ tham gia vào Cathode:
Ở Anode: Fe ⇌ Fe2+ + 2e Ở Cathode: 2H+ + 2e ⇌ H2 [ ] [ ] Ta thấy:
nên ở điều kiện này Fe bị ăn mòn.
b. Oxy tham gia vào Cathode: Ở Anode: Fe ⇌ Fe2+ + 2e Ở Cathode: 0,5O + ⇌ 2 + 2H + 2e H2O [ ] ) ([ ] ( ) Ta thấy:
nên KL bị ăn mòn 3.
a. Khi có H+ tham gia:
Epin = + - = 0,177 + 0,617 = 0,44 (V)
b. Khi có Oxy tham gia:
Epin = + - = 1,04 + 0,617 = 1,657 (V) Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 6
Câu 12:
Viết các phản ứng xảy ra khi cho một tấm sắt vào trong dung dịch
H2SO4 0,1M. Xác định tốc độ ăn mòn sắt trong dung dịch trên, tính theo các đơn
vị sau: g/cm2.s; m/s; và mm/năm.
Cho biết mật độ dòng ăn mòn bằng 7,9410-4A/cm2, khối lượng riêng của sắt là
7,8g/cm3, trọng lượng nguyên tử của sắt bằng 56. Giải: Ở Anode: Ở Cathode:
Theo định luật Faraday:
Câu 13:
1/ Dựa vào những tiêu chí nhiệt động lực học nào để tiên đoán khả
năng ăn mòn hay bền vững của vật liệu bằng kim loại khi tiếp xúc với dung dịch?
Hãy viết những phương trình cho phép tiên đoán một kim loại có thể bị ăn
mòn khi tiếp xúc với dung dịch trong các trường hợp sau:
a/ H+ tham gia phản ứng cathode.
b/ Oxi tham gia phản ứng cathode.
2/ Dựa vào các tiêu chí nhiệt động ở trên hãy cho biết khả năng ăn mòn
của thiết (thế tiêu chuẩn bằng -0,136) trong dung dịch “nước” có pH = 7 và có sự
hòa tan oxy ở PO2 = 0,21 atm, chấp nhận thế chuẩn của oxy bằng +0,41V và nồng
độ Sn2+ bằng 10-6 mol/l. Giải: 1.
thì KL bị ăn mòn và ngược lại.
a. H+ tham gia vào Cathode: Ở Anode: M ⇌ Mn+ + ne Ở Cathode: 2H+ + 2e ⇌ H2 [ ] [ ] Nếu
thì KL bị ăn mòn và ngược lại
b. Oxy tham gia phản ứng ở Cathode: Ở Anode: M ⇌ Mn+ + ne Ở Cathode: O + 2 + 4H + 4e ⇌ 2H2O Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 7 [ ] ) ([ ] Nếu
thì KL bị ăn mòn và ngược lại
2. Ở anode: Sn ⇌ Sn2+ + 2e Cathode: O ⇌ 2OH- 2 + H2O + 2e [ ] ) ( [ ] ) ( Ta thấy:
nên ở điều kiện này Sn bị ăn mòn
Câu 14:
Tính cường độ dòng ăn mòn (Icorr) và điện thế ăn mòn (Ecorr) của một
tấm kẽm diện tích 9 cm2 tiếp xúc với một tấm sắt có diện tích 100 cm2, trong môi
trường nước ở 25oC. Cho biết mật độ dòng trao đổi bằng nhau và bằng 10-6
A/cm2, nồng độ các ion bằng 10-6 mol/l và các thế chuẩn của kẽm và sắt tương
ứng bằng -0,76V và -0,44V. Giải: Zn ⇌ Zn2+ + 2e [ ] Fe ⇌ Fe2+ + 2e [ ] Ta thấy:
nên Fe là Cathode còn Zn là Anode. Ta có: | | √ | | { )} { ( | | | | { ( )} √ √ { ( )} √ √ { } { ( )} ( ) ( ) Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 8
Câu 15:
Khi nhúng một thanh kim loại vào dung dịch có pH = 5,5, điện thế bề
mặt của thanh kim loại đo được là -0,3 Volt (SHE). Thanh kim loại có bị ăn mòn
trong dung dịch trên hay không? Khi các trường hợp sau đây xảy ra:
1/ Dung dịch đã đuổi hết khí hòa tan (cho PH2 = 1atm)
2/ Dung dịch không đuổi khí (cho P 0 ) 2 / 1 2 . 3
O2 = 0,21atm; EO H2O V
3/ Tính sức điện động của pin ăn mòn. Giải: Ở Anode: M ⇌ Mn+ + ne
1. Đã đuổi hết khí: Ở Cathode: 2H+ + 2e ⇌ H2 [ ] Ta thấy:
nên KL không bị ăn mòn
2. Chưa đuổi hết khí: Ở Cathode: 2H+ + 2e ⇌ H2 O + ⇌ 2 + 2H + 2e H2O [ ] [ ] ) ( Ta thấy:
nên KL bị ăn mòn
3. Epin = + - = 0,5715 + 0,3 = 0,8715 (V)
Câu 16:
Có một chiếc pin được viết sau: Sn Sn2 (a 0.3 )
5 Pb2 (a 0,00 ) 1 Pb
1/ Xác định dấu của các điện cực và viết các phản ứng xảy ra trên các điện
cực và phản ứng tổng quát.
2/ Xác định sức điện động của pin ở 250C. Cho biết thế điện cực chuẩn của
thiếc và chì là -0,14V và -0,1265V. Giải: 1. Sn ⇌ Sn2+ + 2e Pb2+ + 2e ⇌ Pb [ ] [ ] Ta thấy:
nên Pb là Anode còn Sn là Cathode. Pin: | ‖ | Anode: Pb ⇌ Pb2+ + 2e Cathode: Sn2+ + 2e ⇌ Sn
Phản ứng tổng quát: Pb + Sn2+ ⇌ Pb2+ + Sn 2. E pin = ⁄ Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 9
Câu 17:
Sử dụng giản đồ đường cong phân cực dưới đây. Hãy cho biết:
1/ Ý nghĩa của các điểm A, B, C, D.
2/ So sánh tốc độ ăn mòn của kim loại M trong dung dịch axit khi có mặt của chất oxy hoá trên.
3/ Xác định gần đúng điện thế ăn mòn và tốc độ ăn mòn của hệ lt) o Fe3+->Fe2+ 0.6 (v E 2H+->H2 0.4 sum(ic) M->M+ 0.2 sum(ia) 0 D C B -0.2 A -0.4 -0.6 -0.8 -1 logi (mA/cm2) -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 Giải:
1. A: Tốc hộ ăn mòn của thanh kim loại M trong môi trường H+
B: Tốc độ ăn mòn của thanh kim loại M trong môi trường H+ khi có mặt chất oxy hóa Fe3+
D: Tốc độ thoát khí H + 3+
2 trên thanh kim loại M trong môi trường H có mặt Fe
C: Tốc độ tạo thành Fe2+ trong môi trường H+ có chứa Fe3+
2. Tốc độ ăn mòn của thanh kim loại M trong môi trường H+ khi có mặt chất oxy
hóa Fe3+ lớn hơn tốc độ ăn mòn của thanh kim loại M trong H+ không có mặt chất oxy hóa Fe3+
3. Dựa vào đồ thị: Ecorr = 0,17 (V) log(i 2
corr) = 4,22 (mA/cm ) i 4,22 -5 corr = 10 = 6,03.10 (mA/cm2) Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 10
Câu 18:
Sử dụng giản đồ đường cong phân cực dưới đây. Hãy cho biết:
1/ Ý nghĩa của các điểm A, B, C.
2/ Nhận xét sự ảnh hưởng của chất oxy hoá đến tốc độ ăn mòn của Fe.
3/ Xác định gần đúng icorr,Fe trong dung dịch axit không có chất oxy hoá. lt) o Fe3+-->Fe2+ (v E 0.6 H+-->H2 0.5 sum(ic) 0.4 Fe-->Fe2+ 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 B -0.2 C -0.3 A -0.4 logi (A/cm2) -0.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6 -5.5 -5 -4.5 -4 Giải:
1. A: Tốc độ ăn mòn của Fe trong môi trường H+
B: Tốc độ ăn mòn của Fe trong môi trường H+ có mặt chất oxy hóa Fe3+
C: Tốc độ thoát khí H + 3+
2 trên thanh Fe trong môi trường H có mặt Fe
2. Khi có mặt chất oxy hóa thì tốc độ ăn mòn của Fe tăng.
3. Dựa vào đồ thị:
Ecorr ≈ 0,18 (V) log(i 2
corr) = 4,35 (A/cm ) i 4,35 -5 corr = 10 = 4,47.10 (A/cm2) Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 11
Câu 19:
Sử dụng giản đồ đường cong phân cực dưới đây. Hãy cho biết:
1/ Ý nghĩa của diểm A, B, C, D
2/ Xác định gần đúng tốc độ ăn mòn của kim loại M khi ghép đôi với kim loại N. lt) 0.2 o H+->H2(M) (v E H+->H2(N) 0 sum(ic) N->N+ -0.2 M->M+ sum(ia) B -0.4 D C -0.6 A -0.8 -1 logi (mA/cm2) -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Giải:
1. A: Tốc độ ăn mòn của thanh kim loại M
B: Tốc độ ăn mòn của thanh kim loại N
C: Tốc độ ăn mòn của hệ khi ghép 2 thanh kim loại M với N
D: Tốc độ ăn mòn của thanh kim loại N khi đã ghép với thanh kim loại M 2. log i 4 2
corr,M = log icorr, hệ = 4 icorr = 10 (mA/cm )
Câu 20: Dựa trên giản đồ E-pH của hệ Fe-H 0
2O ở 25 C và 1atm cho dưới đây:
1/ Hãy thiết lập phương trình đường (chỉ ra mối quan hê giữạ E-pH) của phản ứng: Fe 2H 2O Fe O ( H )2 2H 2e Cho:C 2 C 3 C
10 6mol / l;C 2 C ( )2 9 . 1 10 15;E0 2 . 0 4 V 4 Fe Fe HFeO2 Fe OH Fe / Fe Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 12
2/ Ý nghĩa của giản đồ trên.
Giản đồ E pH của hệ Fe (V) H O 2 E 2 2 1.5 Fe3+ 4 1 b 2 Fe(OH)3 0.5 7 Fe2+ 0 a 6 10 3 -0.5 1 Fe(OH)2 9 HFeO2- 5 Fe 8 -1 -1.5 2 4 6 8 10 12 14 pH Giải:
1. Các cấu tử có trong hệ: H + - 2+ 3+ -
2O, H , OH , O2, H2, Fe, Fe
, Fe , HFeO2 , Fe(OH)2, Fe(OH)3. Fe + 2H +
2O ⇌ Fe(OH)2 + 2H + 2e.
Phương trình Nernst ở 250C: [ ]
Với nồng độ Fe2+ rất bé thì: Fe ⇌ Fe2+ + 2e, với -15 = 1,9.10 [ ] [ ]
2. Ý nghĩa của giản đồ:
Dự đoán khả năng bị ăn mòn và không bị ăn mòn của sắt trong môi trường nước.
Rút ra nguyên tắc của phương pháp điện hoá bảo vệ chống ăn mòn sắt trong
môi trường nước và cụ thể là:
Dịch chuyển thế điện cực sắt (thép) trong môi trường nước về phía âm
hơn so với thế ăn mòn của sắt thì sắt đi vào vùng an toàn không bị ăn mòn.
Đó chính là nguyên tắc bảo vệ cathode chống ăn mòn kim loại (bằng cách
phân cực cathode bằng dòng ngoài, hoặc dùng anode hi sinh).
Dịch chuyển thế điện cực của sắt (thép) trong môi trường trường nước
về phía dương so với thế ăn mòn (phân cực anode) sẽ làm cho kim loại bị thụ
động gọi là bảo vệ anode.
Điều chỉnh tăng pH của môi trường ăn mòn đưa kim loại thép vào vùng thụ động. Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 13
Câu 21:
Dựa vào các đồ thị dưới đây hãy cho biết:
1/ Ý nghĩa các điểm A, B, C, D, E và X.
2/ So sánh sự ảnh hưởng của chất oxy hóa được thêm vào.
3/ Có nhận xét gì khi sử dụng chất oxy hóa để đưa kim loại vào trạng thái thụ động. E (V) 5 E 4 D 3 2 C 1 X B A logi Giải: Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 14
Câu 22:
Cho hai hợp kim A và B (có khả năng thụ động) có các thông số điện hóa ở bảng sau: E 2 2 corr(V)
icorr(A/m ) a
Epass(V) ipass(A/m ) Equá thụ động(V) Hợp -0,40 10-6 +0,25 0,0 10-5 +0,7 kim A Hợp -0,20 10-6,4 +0,25 +0,3 10-6 +1,2 kim B
1/ Vẽ đường cong phân cực của quá trình ăn mòn của hai hợp kim trên.
2/ Hợp kim nào sẽ dễ dàng được bảo vệ bằng phương pháp bảo vệ anốt hơn? Tại sao? Giải: E(V) 1,8 1,6 Hợp kim B 1,4 1,2 Hợp kim A 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 -0,2 -0,4 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 log i (A/cm2 )
Hợp kim A dễ dàng được bảo vệ bằng phương pháp Anode hơn vì hợp kim A có thế
bắt đầu thụ động âm hơn so với hợp kim B: Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 15
Câu 23:
Hãy trình bày cơ chế hình thành màng oxyt nhôm (γ – Al2O3) bằng phương
pháp anôt hoá; và cơ chế nhuộm màu màng nhôm. Muốn tăng chiều dày của
màng oxyt nhôm cần phải thay đổi các thông số kỹ thuật nào? Tại sao? Giải:
Cơ chế hình thành màng nhôm Oxyt (γ – Al2O3) bằng phương pháp Anode hóa: QT Anode: Al Al3+ + 3e
4OH- O2 + 2H2O + 4e
Quá tình này có thể chia thành nhiều giai đoạn:
2OH- O2- + H2O O2- O- + e O- O + e 2O O2
2Al3+ + 3O2- Al2O3 2Al + 3O Al2O3
QT Cathode: 2H+ + 2e H2
Nhôm khi mới cho vào dung dịch điện ly có thể xảy ra phản ứng sau: 2Al + 3H 2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2
Màng được hình thành sẽ tác dụng với dung dịch chất điện ly: Al 2O3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2O
Cơ chế nhuộm màu màng nhôm:
Do màng Oxide có nhiều lỗ xốp nên có khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ, vô cơ,
đôi khi các chất màu này tác dụng với màng Oxide tạo thành các hợp chất hóa học.
Ngoài ra, các phản ứng tạo màu có thể xảy ra trên lỗ xốp làm cho màng Oxide có màu.
Muốn tăng chiều dày của màng Oxyt nhôm cần thay đổi thông số: QT Anode: Tăng dòng i 3+
c chuyển dịch sang tái tạo Al
(không tăng quá nhiều dẫn đến dòng
giới hạn nóng cục bộ, làm hòa tan màng)
Kết hợp khuấy trộn ở tốc độ vừa phải làm các ion Al3+, O2- ra xa nhau và ra xa bề mặt kim loại.
Thêm chất phụ gia, chất oxy hóa.
Sử dụng bể than Anode hóa có 2 lớp vỏ. Hạ nhiệt độ của dung dịch điện ly. QT hòa tan:
Tiến hành ở nhiệt độ thấp, H2SO4 loãng (không được quá loãng vì độ dẫn điện giảm). Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 16
Câu 24:
1/ Hãy vẽ đường cong phân cực đối với phản ứng ăn mòn kim loại Fe trong
dung dịch axit và tính điện thế ăn mòn (Ecorr) và tốc độ ăn mòn (icorr) từ đồ thị đã vẽ. Phản ứng: 7 2
Fe = Fe2+ + 2e; E cb 2 0 4 . V 5 ;i 10 A/ cm ; . 0 2 V 5 / 2 a Fe Fe 0 F , e / Fe 2H+ + 2e = H cb . 0 12 ; 10 6 / 2 ; . 0 25 2; E V i A cm V H / H , 0 H /H c 2 2
2/ Sử dụng đồ thị trên cho biết tốc độ ăn mòn của kim loại Fe sẽ thay đổi như thế nào khi:
a/ Tăng nồng độ của ion H+.
b/ Làm giảm phản ứng hoà tan anode. Giải: 1. E(V) -0,12 Ecorr -0,45 -7 -6 log i corr log i (A/cm2) Ta có: √ | | √ { ( )} { ( )} ⁄ ⁄ √ { )} ( ⁄ ⁄ √ { } { ( )} ⁄
2. Khi tăng nồng độ ion H+ thì pH giảm
tăng nên theo đồ thị thì i corr,Fe tăng
Khi giảm phản ứng hòa tan Anode tức là i0, Fe giảm theo đồ thị thì icorr,Fe giảm Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 17
Câu 25:
Để bảo vệ một công trình bằng thép đặt dưới biển, người ta có thể sử dụng
phương pháp bảo vệ bằng protector (anode hi sinh). Những kim loại nào sau
đây có thể được dùng làm protector tốt nhất: Al; Zn; Cd; Ni? Tại sao? Hãy giải
thích đối với các kim loại còn lại.
Cho biết điện thế điện cực chuẩn của các kim loại trên trong môi trường nước E0 2 . 0 44 V 0 /SHE;E0 3 . 1 66 V 0 /SHE ;E 0 2 . 0 76 V 3 /SHE;
là: Fe / Fe Al / Al Zn / Zn E0 2 . 0 40 V 2 /SHE;E0 2 . 0 23 V 0 /SHE Cd / Cd Ni / Ni Giải:
Phương pháp bảo vệ bằng Protector là phân cực Cathode bằng cách nối kim loại cần
bảo vệ với kim loại khác có thế điện cực âm hơn.
Ta thấy: -1,66 < -0,763 < -0,44 < -0,402 < -0,23
Nên Al được dùng làm protector tốt nhất do Al có thế điện cực âm nhất nên dễ dàng
bị ăn mòn và bảo vệ tốt cho vật liệu cần được bảo vệ.
Câu 26:
Dựa vào các dữ kiện sau để vẽ đồ thị E-logi của phản ứng ăn mòn sắt trong
dung dịch bảo hoà hydro và không chứa oxy, với pH=3.
* Đối với quá trình anốt: Fe = Fe2+ + 2e
Nồng độ của ion Fe2+ trong dung dịch: CFe2+=210-6 mol/l
Mật độ dòng trao đổi của Fe trong dung dịch trên: i -8 2 o,Fe=10 A/cm
Điện thế điện cực chuẩn của Fe: E0 2 4 . 0 V 4 Fe / Fe
* Đối với quá trình cathode: 2H+ +2e = H2
Mật độ dòng trao đổi của ion H+ trong dung dịch trên: i -7 2 o,H2(Fe)=10 A/cm
Cho biết hằng số Tafel trong tất cả các trường hợp bằng 0,25V.
1/ Hãy xác định điện thế ăn mòn (Ecorr) và tốc độ ăn mòn (icorr) của sắt.
2/ Mật độ dòng bảo vệ cathode phải bằng bao nhiêu để tốc độ ăn mòn của
sắt bằng 0. Rút ra kết luận gì cho trường hợp này? Giải:
Quá trình Anode: Fe ⇌ Fe2+ + 2e
Quá trình Cathode: 2H+ + 2e ⇌ H2 [ ] [ ]
Ta có: βFe = βH = 0,25 { ( )} | | { ( )} √ | | √ { ( )} √ { } { ( )} Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 18 E(V -0,117 E corr -0,608 -8 -7 log i log i (A/cm2) corr Để i corr 0 thì Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 19
Câu 27:
Hãy trình bày cơ chế hình thành màng phốt phát trên kim loại đen bằng
phương pháp hóa học; Chiều dày và cấu trúc của màng phụ thuộc vào những
thông số kỹ thuật nào? Giải:
Nhúng mẫu thép vào dung dịch muối Photphat ở dạng hòa tan, thường sử dụng là
Mn(H2PO4)2.H2O, MnHPO4, Fe(H2PO4)2 hay MonoPhotphat Zn. Có dạng tổng quá như sau: Me(H2PO4)2.
Quá trình hình thành lớp Photphat hóa:
QT Anode: Fe Fe2+ +2e QT Cathode: 2H+ + 2e H2
Các phản ứng phân hủy: 4Me(H2PO4)2
⇌ MeHPO4 + Me3(PO4)2 + 5H3PO4 Tạo ra ion H+: Me(H 2+ - 2PO4)2 ⇌ Me + 2H2PO4 H - ⇌ + 2- 2PO4 H + HPO4 HPO 2- ⇌ + 3- 4 H + PO4
Lớp dung dịch gần sát bề mặt mẫu thép đạt đến bão hòa và kết tinh lên bề mặt
thép tạo thành lớp phủ Photphat. Thời gian Photphat hóa khoảng 35 – 50 phút,
nhiệt độ dung dịch duy trì khoảng 96 – 98oC.
Thời gian, chiều dày, cấu trúc của lớp Photphat phụ thuộc vào các yếu tố: Kim loại.
Phương pháp gia công bề mặt trước khi Photphat hóa. Nhiệt độ.
Tạp chất có trong dung dịch (SO 2- - 4 , Cl ).
Tỷ số acid chung và acid tự do. Câu 28:
1/ Hãy sử dụng các dữ kiện dưới đây để vẽ đường cong phân cực đối với
phản ứng ăn mòn kim loại Zn trong dung dịch axit loãng với pH=5; tính điện thế
ăn mòn (Ecorr) và tốc độ ăn mòn (icorr) của kẽm (bỏ qua các phản ứng khử phân cực khác).
Phản ứng: Zn=Zn2++2e E 0 2 0.7 V 6 ;i 2 10 3 A/ cm2; 0 2 . 5 ; 2 10 4 / a V C mol l Zn /Zn 0, Zn / Zn Zn 2H+ + 2e = H2 i 0, ( ) 10 6 A/ cm2; 2 . 0 5 H 2 Zn c V
2/ Sử dụng đồ thị trên cho biết tốc độ ăn mòn của kim loại Zn sẽ thay đổi như thế nào khi:
a/ Tăng nồng độ của ion H+.
b/ Giảm hệ số Tafel của phản ứng cathode. Giải: 1. Đi Đ ện hó n h a ó – Ăn mòn hóa họ c Page 20