Giải Hóa học 12 trang 105

🔍 Kiến thức cần nhớ

1. Ăn mòn điện hóá

Định nghĩa: Sự ăn mòn điện hóa sắt là quá trình oxi hóa - khử xảy ra khi có sự tạo thành pin điện.

Điều kiện:

• Hoá chất: đinh sắt mới, nước
• Dung cụ: ống nghiệm (hoặc cốc thủy tinh), giá ống nghiệm

Cơ chế ăn mòn điện hóa sắt trong không khí ẩm:

Trên bề mặt gang thép có lớp nước mỏng đã hòa tan khí oxygen và carbon dioxide tạo thành dung dịch chất điện li. Sắt và các thành phần khác (chủ yếu là carbon) tiếp xúc với dung dịch đó, tạo nên vô số pin điện hóa rất nhỏ với:

• Anode (cực âm): sắt (bị ăn mòn)
• Cathode (cực dương): carbon

Phản ứng tại các điện cực:

Tại anode (sắt bị oxi hóa):

Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e

Tại cathode (khử oxygen):

1/2 O₂(g) + H₂O(l) + 2e → 2OH⁻(aq)

Sản phẩm cuối cùng:
Fe²⁺ tiếp tục bị oxi hóa bởi oxygen không khí, tạo thành gỉ sắt có thành phần chính là Fe₂O₃·nH₂O.

Điều kiện của quá trình ăn mòn điện hoá: Hai kim loại khác nhau hoặc một kim loại và một phi kim; tiếp xúc với nhau trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua dây dẫn điện và cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

---

⚙️ Bài tập

Câu 1

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.

---

Cách 1 — Phân tích dựa trên điều kiện ăn mòn

Phân tích từng trường hợp:

a) Thép bị gỉ trong không khí khô

• Trong không khí khô, không có nước (chất điện li) → không tạo thành pin điện
• Sắt chỉ bị oxi hóa trực tiếp bởi oxygen:

```

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄
```

• Kết luận: Đây là ăn mòn hóa học

b) Thép bị gỉ trong không khí ẩm

• Có mặt hơi nước → tạo lớp nước mỏng trên bề mặt kim loại
• Nước hòa tan CO₂, O₂ → tạo dung dịch chất điện li
• Sắt và carbon tạo thành vô số pin điện hóa nhỏ
• Kết luận: Đây là ăn mòn điện hóa

c) Thép bị gỉ khi tiếp xúc với nước biển

• Nước biển chứa nhiều muối (NaCl, MgCl₂,...) → dung dịch chất điện li mạnh
• Tạo điều kiện thuận lợi cho pin điện hóa hoạt động
• Kết luận: Đây là ăn mòn điện hóa (xảy ra nhanh hơn nhiều so với không khí ẩm)

---

Cách 2 — Dựa vào dấu hiệu nhận biết

Nguyên tắc phân biệt:

• Ăn mòn hóa học: Kim loại tiếp xúc trực tiếp với chất oxi hóa (O₂, acid không có nước,...)
• Ăn mòn điện hóa: Có đủ 3 yếu tố: hai điện cực khác nhau + dung dịch chất điện li + tiếp xúc với nhau

Áp dụng:

---

💡 Mẹo nhớ: Ăn mòn điện hóa luôn cần có "nước" (dung dịch chất điện li). Không khí khô → không có nước → chỉ có thể là ăn mòn hóa học.

⚠️ Lưu ý thi: Câu hỏi thường yêu cầu giải thích, không chỉ trả lời đúng/sai. Cần nêu rõ điều kiện để xảy ra ăn mòn điện hóa.

---

Câu 2

Đề bài: Các thiết bị bằng thép (đường ống, bể chứa, gian khoan dầu, tàu thuyền,...) trong môi trường biển hoặc dưới lòng đất ẩm ướt thường được bảo vệ bằng phương pháp điện hóa. 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.

---

Cách 1 — Phân tích dựa trên dãy điện hóa

Cơ sở lý thuyết:

Khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau trong dung dịch chất điện li:

• Kim loại có tính khử mạnh hơn (đứng trước trong dãy điện hóa) → bị oxi hóa → đóng vai trò anode → bị ăn mòn
• Kim loại có tính khử yếu hơn → đóng vai trò cathode → được bảo vệ

Dãy điện hóa (một phần):

... Zn | Fe | ... Cu | Ag ...
    ← tính khử giảm dần

Áp dụng cho hệ Zn - Fe:

• Zn đứng trước Fe trong dãy điện hóa → Zn có tính khử mạnh hơn
• Khi gắn thanh Zn vào thép (Fe):
• Anode (−): Zn → Zn²⁺ + 2e (Zn bị ăn mòn)
• Cathode (+): Fe (được bảo vệ)
• Tại cathode: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH⁻

Kết luận: Kẽm (Zn) bị ăn mòn, còn thép (Fe) được bảo vệ.

---

Cách 2 — Giải thích theo cơ chế bảo vệ catot

Nguyên lý bảo vệ catot:

Nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có tính khử mạnh hơn → kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ "hy sinh" thay cho kim loại cần bảo vệ.

Tại sao dùng Zn để bảo vệ Fe?

1. Zn hoạt động hơn Fe:

• Thế khử chuẩn: E°(Zn²⁺/Zn) = −0,76V < E°(Fe²⁺/Fe) = −0,44V
• Zn dễ nhường electron hơn Fe

1. Khi tạo thành pin điện hóa Zn-Fe:

• Zn tự nguyện bị oxi hóa trước
• Electron từ Zn chuyển sang Fe
• Fe nhận electron → không bị oxi hóa → được bảo vệ

1. Ưu điểm của Zn:

• Giá thành hợp lý
• Dễ thay thế khi hết
• Không độc hại

Kết luận: Kẽm bị ăn mòn thay cho thép, đóng vai trò "anode hy sinh".

---

💡 Mẹo nhớ: "Kim loại mạnh bảo vệ kim loại yếu" - Zn mạnh hơn Fe nên Zn "hy sinh" để bảo vệ Fe.

⚠️ Lưu ý thi: - Phương pháp này gọi là bảo vệ catot hoặc bảo vệ điện hóa - Ngoài Zn, có thể dùng Mg (hoạt động hơn cả Zn) để bảo vệ Fe - Không dùng Cu vì Cu kém hoạt động hơn Fe → Fe sẽ bị ăn mòn nhanh hơn

---

🎯 Ghi nhớ: - Ăn mòn hóa học: Không có dung dịch điện li, kim loại bị oxi hóa trực tiếp - Ăn mòn điện hóa: Có dung dịch điện li, tạo pin điện, kim loại hoạt động hơn làm anode bị ăn mòn - Bảo vệ catot: Nối kim loại cần bảo vệ với kim loại hoạt động hơn → kim loại hoạt động hơn bị ăn mòn thay