Đáp án Hóa học 12 cánh diều Bài 16: Hợp kim – sự ăn mòn kim loại

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.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Việc phủ lớp sơn lên vỏ tàu giúp tàu hạn chế bị rỉ sét, kéo dài tuổi thọ cho vỏ tàu và bảo vệ kết cấu tàu lâu nhất có thể.
2. b) Việc hàn đính kẽm vào phần phía dưới của vỏ tàu sẽ giúp cho vỏ tàu được bảo vệ lâu hơn vì khi đính như vậy ta có cặp điện cực Zn – Fe được tạo thành, mà kẽm là kim loại có tính khử mạnh hơn Fe nên nó sẽ bị ưu tiên ăn mòn trước do đó phần sắt được kẽm bảo vệ sẽ có tuổi thọ lâu hơn.
3. c) Việc phủ một lớp sơn cuối cùng lên vỏ tàu ngoài mục đích để trang trí tàu nó còn có mục đích tránh cho vỏ tàu tiếp xúc trực tiếp với nước biển, khiến cho vỏ tàu bị ăn mòn chậm hơn.

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.

Hướng dẫn chi tiết:

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 vì phản ứng giữa nhôm và oxygen có xảy ra và tạo thành aluminium oxide, chất sau phản ứng 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Không thể dùng nhôm để làm lưỡi cưa vì nhôm là kim loại có tính dẻo cao, dễ bị uốn nắn và bị cắt. Mà lưỡi cưa là vật liệu đòi hỏi tính chất như tính cứng cao để có thể 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?

Hướng dẫn chi tiết:

Vật liệu được lựa chọn phải có những tính chất như nhẹ, bền và cứng thì mới có thể làm các tấm khiên trạng bị cho lực lượng cảnh sát. Trong số các hợp kim thông dụng trong cuộc sống, hợp kim duralumin của nhôm thỏa mãn những tính chất cần có trên.

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

Hướng dẫn chi tiết:

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

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

Hướng dẫn chi tiết:

- Thép 304, hay thép không gỉ, là một dạng hợp kim của sắt mà trong đó chứa tối thiểu 10,5% chrome.

Vì các ưu điểm sau mà nó phổ biến trong đời sống như:

- Loại thép này có khả năng chịu nhiệt tốt, chống chịu ăn mòn cao.

- Ngoài ra, nó có khả năng gia công tạo hình tốt.

- Loại thép này rất dễ vệ sinh.

- Chúng có 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Một số vật dụng mà em biết là: 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Khớp nối của ống thép dễ bị ăn mòn hơn so với phần còn lại vì khớp nối của ống thép có thành phần là hợp kim của sắt. Trong thời gian dài, ở vị trí xung quanh khớp nối sẽ hình thành một lớp nước mỏng do độ ẩm có trong không khí. Có một dung dịch chất điện li được tạo thành bằng các hòa tan lớp nước kia với khí hydrogen và carbon dioxide trong khí quyển. Khi đó, 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?

Hướng dẫn chi tiết:

Vị trí trên mái tôn dễ bị ăn mòn điện hoá là vị trí của các đinh vít vì ở vị trí này có hai kim loại khác nhau là kẽm và sắt. Khi ở môi trường không khí ẩm hoặc gặp nước mưa, ta sẽ có 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Cách hạn chế sự ăn mòn là 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.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Biện pháp phủ một lớp dầu, mỡ lên bề mặt kim loại.
2. b) Biện pháp mạ một loại kim loại khác lên bề mặt.
3. c) 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.

Hướng dẫn chi tiết:

- Ở cốc 1, ta quan sát thấy hiện tượng đinh sắt bị ăn mòn nhưng rất chậm và ít, vì khi đó có hiện tượng ăn mòn hoá học xảy ra.

- Ở cốc 2, ta quan sát thấy phần lớn dây kẽm đã bị ăn mòn, còn đinh sắt bị ăn mòn từ từ. Nguyên nhân là do hiện tượng ăn mòn điện hóa xảy ra và kẽm có tính khử mạnh hơn sắt nên kẽm sẽ bị ưu tiên ăn mòn trước.

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

Hướng dẫn chi tiết:

Một số biện pháp như:

- Sơn lên bề mặt cửa và bôi dầu mỡ lên ổ khóa vì làm như vậy có thể tránh được phản ứng trực tiếp giữa thép với các chất trong môi trường tự nhiên xung quanh gây ra, giúp tránh hiện tượng ăn mòn.

- Mạ một lớp kim loại khác lên bề mặt cánh cửa (chrome, nickel…) vì làm như vậy để tránh sự tiếp xúc của thép với các chất bên ngoài, tránh ăn mòn xảy ra.

BÀI TẬP

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

Hướng dẫn chi tiết:

Điểm giống nhau giữa ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa là bản chất của chúng đều là quá trình oxi hóa – khử, đều là những loại ăn mòn phá hủy kim loại.

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.

Hướng dẫn chi tiết:

Tấm tôn lợp nhà thường được làm từ vật liệu thép tráng kẽm hoặc thép tráng hỗn hợp nhôm và kẽm có mục đích giúp tôn tránh bị ăn mòn bởi các chất trong không khí, vì nếu ăn mòn xảy ra thì vật liệu kẽm hay hỗn hợp nhôm và kẽm sẽ bị ăn mòn trước.

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.

Hướng dẫn chi tiết:

Trong phản ứng trên, Ag là chất khử, H₂O là chất oxi hoá.

Bài 4: Xét thí nghiệm sau:

1. a) Cho mẩu kẽm vào ống nghiệm chứa dung dịch sulfuric acid loãng.
2. b) 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.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Cho mẩu kẽm vào ống nghiệm chứa dung dịch sulfuric acid loãng sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn hóa học. Do trong phản ứng này, quá trình oxi hóa – khử được xảy ra và chúng không xảy ra trong môi trường điện li.
2. b) Tiếp tục cho vài giọt dung dịch copper(II) sulfate vào ống nghiệm ở ý a) thì hiện tượng ăn mòn điện hóa xảy ra. Vì khi đó, cặp điện hóa Zn – Cu được hình thành và trong môi trường 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.

Hướng dẫn chi tiết:

Một số cách có thể áp dụng là:

- Phủ một lớp chống ăn mòn kim loại như sơn, dầu, mỡ... lên bề mặt cửa.

- Mạ một lớp trên 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 sạch sẽ.