Câu 23THPTChuyên đề: Bảo vệ kim loại chống ăn mòn • Lớp 12Ăn mòn điện hóaVận dụng#secondary:CHEM12.L3.METALS.ELECTROCHEM_CORROSION#curriculum:undetermined
Để bảo vệ vỏ tàu biển làm bằng thép (hợp kim của iron và carbon) khỏi sự ăn mòn trong môi trường nước biển (dung dịch chất điện li), người ta áp dụng phương pháp bảo vệ điện hóa bằng cách gắn các khối zinc (Zn) vào phần vỏ tàu chìm dưới nước.
Để bảo vệ vỏ tàu biển làm bằng thép (hợp kim của iron và carbon) khỏi sự ăn mòn trong môi trường nước biển (dung dịch chất điện li), người ta áp dụng phương pháp bảo vệ điện hóa bằng cách gắn các khối zinc (Zn) vào phần vỏ tàu chìm dưới nước.
Các mệnh đề Đúng / Sai:
a)
Nếu các khối zinc bị bong tróc và rơi mất, ta có thể thay thế tạm thời bằng các khối tin (Sn) để tiếp tục bảo vệ vỏ tàu khỏi sự ăn mòn điện hóa.
b)
Giả sử một khối zinc gắn vào thân tàu có khối lượng 6,50 kg. Biết cường độ dòng điện ăn mòn trung bình sinh ra từ quá trình oxi hóa zinc là 0,5 A và hiệu suất bảo vệ của khối zinc là 80% (20% zinc bị hao hụt cơ học hoặc không tham gia tạo dòng điện). Thời gian tối đa khối zinc này có thể bảo vệ được vỏ tàu là 447 ngày. (Biết 1 ngày = 24 giờ, F = 96485 C/mol, không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng đơn vị).
c)
Ở bề mặt vỏ tàu biển xảy ra quá trình oxi hóa các phân tử khí oxygen hòa tan trong nước biển.
d)
Trong phương pháp này, khối zinc đóng vai trò là cực âm (anode) và vỏ tàu bằng thép đóng vai trò là cực dương (cathode).
Đáp án chính thức: a:S,b:S,c:S,d:Đ
Hướng dẫn giải chi tiết
(AI giải đề cho tôi)
Câu 4 (Phần II) – Bảo vệ điện hóa vỏ tàu bằng khối zinc.
a) Sai. Sn có thế điện cực tiêu chuẩn cao hơn Fe (E°(Sn²⁺/Sn) ≈ −0,14 V > E°(Fe²⁺/Fe) ≈ −0,44 V), nên Sn không hoạt động hóa học hơn Fe. Nếu gắn Sn, vỏ tàu (Fe) sẽ đóng vai trò cực âm bị oxi hóa, làm vỏ tàu ăn mòn nhanh hơn thay vì được bảo vệ. Chỉ kim loại hoạt động mạnh hơn Fe (như Zn, Mg, Al) mới bảo vệ được.
b) Sai. Tính lại: khối lượng Zn tham gia tạo dòng điện là 80% của 6,50 kg: m = 0,8 × 6500 = 5200 g. Số mol Zn: n = 5200/65,38 ≈ 79,535 mol. Quá trình oxi hóa: Zn → Zn²⁺ + 2e, nên số mol electron = 2n ≈ 159,07 mol. Điện lượng: Q = 159,07 × 96485 ≈ 1,5348 × 10⁷ C. Thời gian: t = Q/I = 1,5348 × 10⁷/0,5 ≈ 3,0696 × 10⁷ s ≈ 355,1 ngày ≈ 355 ngày. Kết quả này khác 447 ngày nên phát biểu (b) sai. (Nếu tính cả 100% khối Zn: t ≈ 444 ngày, vẫn không đúng 447 ngày.)
c) Sai. Ở bề mặt vỏ tàu (cathode) xảy ra quá trình khử oxygen hòa tan: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH⁻ (ăn mòn không khí/khử oxygen), chứ không phải quá trình oxi hóa oxygen. Oxygen là chất oxi hóa, nhận electron, không bị oxi hóa.
d) Đúng. Trong phương pháp bảo vệ điện hóa bằng anode hy sinh, Zn hoạt động mạnh hơn Fe nên đóng vai trò cực âm (anode) bị oxi hóa: Zn → Zn²⁺ + 2e; vỏ tàu bằng thép đóng vai trò cực dương (cathode) được bảo vệ, nơi oxygen bị khử.
Kết luận: a) Sai; b) Sai; c) Sai; d) Đúng – phù hợp với đáp án nguồn (4a S, 4b S, 4c S, 4d D).
a) (AI giải đề cho tôi)
Sn kém hoạt động hóa học hơn Fe (E° Sn²⁺/Sn ≈ −0,14 V > E° Fe²⁺/Fe ≈ −0,44 V), nên thay Zn bằng Sn thì Fe trở thành cực âm bị oxi hóa, vỏ tàu ăn mòn nhanh hơn thay vì được bảo vệ.
b) (AI giải đề cho tôi)
m Zn tham gia = 0,8 × 6500 = 5200 g; n(Zn) = 5200/65,38 ≈ 79,535 mol; n(e) = 159,07 mol; Q = 159,07 × 96485 ≈ 1,5348 × 10⁷ C; t = Q/0,5 ≈ 3,0696 × 10⁷ s ≈ 355 ngày ≠ 447 ngày → sai.
c) (AI giải đề cho tôi)
Ở bề mặt vỏ tàu (cathode) xảy ra quá trình khử oxygen hòa tan: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH⁻, không phải quá trình oxi hóa oxygen.
d) (AI giải đề cho tôi)
Zn hoạt động mạnh hơn Fe nên là cực âm (anode) bị oxi hóa: Zn → Zn²⁺ + 2e; vỏ tàu thép là cực dương (cathode) được bảo vệ.
Câu 4 (Phần II) – Bảo vệ điện hóa vỏ tàu bằng khối zinc.
a) Sai. Sn có thế điện cực tiêu chuẩn cao hơn Fe (E°(Sn²⁺/Sn) ≈ −0,14 V > E°(Fe²⁺/Fe) ≈ −0,44 V), nên Sn không hoạt động hóa học hơn Fe. Nếu gắn Sn, vỏ tàu (Fe) sẽ đóng vai trò cực âm bị oxi hóa, làm vỏ tàu ăn mòn nhanh hơn thay vì được bảo vệ. Chỉ kim loại hoạt động mạnh hơn Fe (như Zn, Mg, Al) mới bảo vệ được.
b) Sai. Tính lại: khối lượng Zn tham gia tạo dòng điện là 80% của 6,50 kg: m = 0,8 × 6500 = 5200 g. Số mol Zn: n = 5200/65,38 ≈ 79,535 mol. Quá trình oxi hóa: Zn → Zn²⁺ + 2e, nên số mol electron = 2n ≈ 159,07 mol. Điện lượng: Q = 159,07 × 96485 ≈ 1,5348 × 10⁷ C. Thời gian: t = Q/I = 1,5348 × 10⁷/0,5 ≈ 3,0696 × 10⁷ s ≈ 355,1 ngày ≈ 355 ngày. Kết quả này khác 447 ngày nên phát biểu (b) sai. (Nếu tính cả 100% khối Zn: t ≈ 444 ngày, vẫn không đúng 447 ngày.)
c) Sai. Ở bề mặt vỏ tàu (cathode) xảy ra quá trình khử oxygen hòa tan: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH⁻ (ăn mòn không khí/khử oxygen), chứ không phải quá trình oxi hóa oxygen. Oxygen là chất oxi hóa, nhận electron, không bị oxi hóa.
d) Đúng. Trong phương pháp bảo vệ điện hóa bằng anode hy sinh, Zn hoạt động mạnh hơn Fe nên đóng vai trò cực âm (anode) bị oxi hóa: Zn → Zn²⁺ + 2e; vỏ tàu bằng thép đóng vai trò cực dương (cathode) được bảo vệ, nơi oxygen bị khử.
Kết luận: a) Sai; b) Sai; c) Sai; d) Đúng – phù hợp với đáp án nguồn (4a S, 4b S, 4c S, 4d D).
a) (AI giải đề cho tôi)
Sn kém hoạt động hóa học hơn Fe (E° Sn²⁺/Sn ≈ −0,14 V > E° Fe²⁺/Fe ≈ −0,44 V), nên thay Zn bằng Sn thì Fe trở thành cực âm bị oxi hóa, vỏ tàu ăn mòn nhanh hơn thay vì được bảo vệ.
b) (AI giải đề cho tôi)
m Zn tham gia = 0,8 × 6500 = 5200 g; n(Zn) = 5200/65,38 ≈ 79,535 mol; n(e) = 159,07 mol; Q = 159,07 × 96485 ≈ 1,5348 × 10⁷ C; t = Q/0,5 ≈ 3,0696 × 10⁷ s ≈ 355 ngày ≠ 447 ngày → sai.
c) (AI giải đề cho tôi)
Ở bề mặt vỏ tàu (cathode) xảy ra quá trình khử oxygen hòa tan: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH⁻, không phải quá trình oxi hóa oxygen.
d) (AI giải đề cho tôi)
Zn hoạt động mạnh hơn Fe nên là cực âm (anode) bị oxi hóa: Zn → Zn²⁺ + 2e; vỏ tàu thép là cực dương (cathode) được bảo vệ.