Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Ăn mòn điện hóa (Hóa học Lớp 12)

(AI giải đề cho tôi) Trong không khí ẩm, các hợp kim tạo hệ điện hóa: Fe-Cu và Fe-C (Fe hoạt động hơn Cu và C nên Fe là âm cực, bị ăn mòn). Với Fe-Zn và Fe-Mg, Zn và Mg hoạt động hơn Fe nên Fe là dương cực, được bảo vệ, không bị ăn mòn. Vậy Fe bị ăn mòn điện hóa trong 2 hợp kim.

(AI giải đề cho tôi)
Ăn mòn điện hoá xảy ra khi kim loại bị oxi hoá do tiếp xúc với chất oxi hoá trong môi trường dẫn điện, tạo thành hệ pin. - Thí nghiệm (1): Fe tác dụng trực tiếp với FeCl3 theo phản ứng hoá học: Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2 → ăn mòn hoá học, không phải ăn mòn điện hoá. - Thí nghiệm (2): Fe đẩy Cu khỏi dung dịch CuSO4: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu → ăn mòn hoá học. - Thí nghiệm (3): Trong môi trường axit (H2SO4 loãng), Cu bị ion Fe3+ oxi hoá qua quá trình điện hoá (tế bào vi điện hoá trên bề mặt Cu): cathode Fe3+ + e → Fe2+, anode Cu → Cu2+ + 2e → ăn mòn điện hoá. - Thí nghiệm (4): Fe tiếp xúc Cu trong dung dịch HCl tạo cặp điện hoá: Fe làm anode bị ăn mòn (Fe → Fe2+ + 2e), Cu làm cathode (2H+ + 2e → H2↑) → ăn mòn điện hoá. Vậy các thí nghiệm có ăn mòn điện hoá là (3) và (4).

Chọn A (theo bảng đáp án PHẦN ĐÁP ÁN trang 61: 21A).

Lời giải nguồn tại trang 61 bị lỗi biên tập: mục (2), (3) nêu các phản ứng Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + 2H₂O và Mg + Cl₂ → MgCl₂ không liên quan đến thí nghiệm của đề, và câu kết 'Vậy tất cả 4 thí nghiệm đều xảy ra quá trình ăn mòn hóa học' mâu thuẫn với đáp án A. Phần nguồn đúng (áp dụng cho thí nghiệm (1) và (4)) được giữ nguyên:

(1) Ban đầu xảy ra quá trình ăn mòn hóa học Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

- Khi Cu giải phóng ra bám vào thanh Fe thì hình thành vô số cặp pin điện hóa Fe – Cu, lúc này xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa:

+ Ở cực âm (anot) xảy ra sự oxi hóa Fe: Fe → Fe${}^{2+}$ + 2e

+ Ở cực dương (catot) xảy ra sự khử Cu${}^{2+}$: Cu${}^{2+}$ + 2e → Cu

(4) Vừa xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa và quá trình ăn mòn hóa học:

+ Quá trình ăn mòn hóa học: Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂.

+ Quá trình ăn mòn điện hóa tương tự như cặp pin Fe – Cu nêu trên.

Phân tích bổ sung (do AI, nhất quán với đáp án A):

(2) Lá thép (Fe chứa C) trong không khí ẩm: hình thành pin Fe – C với điện phân là hơi nước ngậm CO₂, xảy ra ăn mòn điện hóa (thanh thép bị gỉ).

(3) Thanh sắt nguyên chất nhúng vào dung dịch FeCl₃: chỉ xảy ra phản ứng hóa học Fe + 2FeCl₃ → 3FeCl₂, không có hai cực điện cực khác nhau nên KHÔNG ăn mòn điện hóa.

Vậy có 3 thí nghiệm (1), (2), (4) xảy ra ăn mòn điện hóa học → đáp án A.

(AI giải đề cho tôi)
Xét từng thí nghiệm: (a) Đốt Mg trong oxi là phản ứng cháy trực tiếp (ăn mòn hóa học), không phải ăn mòn điện hóa học. (b) Vật bằng gang trong không khí ẩm: gang là hợp kim Fe–C, có mặt nước ẩm làm môi trường điện phân, tạo cục pin Fe–C nên xảy ra ăn mòn điện hóa học (Fe bị oxy hóa, O2 khử ở cathode). (c) Nhúng thanh đồng vào dung dịch Fe2(SO4)3 có FeSO4: phản ứng Cu + 2Fe3+ → Cu2+ + 2Fe2+ xảy ra trực tiếp trên bề mặt kim loại với một loại kim loại đồng nhất, không tạo nên cục pin, đây là ăn mòn hóa học, không phải ăn mòn điện hóa học. (d) Quấn dây đồng và dây nhôm nhúng vào NaCl: Al và Cu tiếp xúc nhau trong dung dịch điện phân tạo cục pin, Al (kim loại hoạt động hơn) làm anode bị ăn mòn điện hóa học. Vậy có 2 thí nghiệm (b) và (d) xảy ra ăn mòn điện hóa học → đáp án C, trùng với đáp án nguồn (23-C).

(AI giải đề cho tôi) Xét ăn mòn điện hoá học (có tạo dòng điện, kim loại làm anot bị oxy hoá):
- Thí nghiệm 1: Fe nhúng trong FeCl${}_3$ xảy ra phản ứng hoá học trực tiếp Fe + 2FeCl${}_3$ → 3FeCl${}_2$, không phải ăn mòn điện hoá.
- Thí nghiệm 2: Fe nhúng trong CuSO${}_4$ xảy ra phản ứng hoá học trực tiếp Fe + CuSO${}_4$ → FeSO${}_4$ + Cu, không phải ăn mòn điện hoá.
- Thí nghiệm 3: Cu nhúng trong FeCl${}_3$ xảy ra phản ứng hoá học trực tiếp Cu + 2FeCl${}_3$ → CuCl${}_2$ + 2FeCl${}_2$, không phải ăn mòn điện hoá.
- Thí nghiệm 4: Fe tiếp xúc Cu trong HCl tạo cặp điện phân, Fe làm anot bị ăn mòn, trên cathode (Cu) giải phóng H${}_2$ → ăn mòn điện hoá.
Theo phân tích trên chỉ có 1 trường hợp (thí nghiệm 4). Tuy nhiên, đáp án của nguồn là B (2) — nguồn có thể coi thí nghiệm 2 (Fe trong CuSO${}_4$, có kim loại mới Cu bám trên thanh Fe tạo vi cặp điện phân) là ăn mòn điện hoá. Báo cáo xung đột: phân tích hoá học chuẩn cho 1 trường hợp, đáp án nguồn là B (2).

A có ăn mòn điện hóa vì:
Al + Zn${}^{2+}$ —> Al${}^{3+}$ + Zn
Zn bám vào Al tạo cặp điện cực (Al-Zn) tiếp xúc với nhau và cùng tiếp xúc với môi trường điện li nên có ăn mòn điện hóa.
Các trường hợp còn lại chỉ có 1 điện cực nên không có ăn mòn điện hóa.

(AI giải đề cho tôi)
Xét từng phát biểu của Câu 64:
- A đúng: Trong dãy hoạt động hóa học, Al đứng trước Cu nên tính khử của Al mạnh hơn tính khử của Cu.
- B đúng: Nguyên tử các nguyên tố nhóm IIIA (nhóm III) có số oxi hóa +3 trong hợp chất, ví dụ Al${}_2$O${}_3$, AlCl${}_3$ (Al mang số oxi hóa +3).
- C đúng: Fe cháy trong khí oxi tạo Fe${}_3$O${}_4$: $3Fe+2O_2\stackrel{t^0}{\to }F{e}_3{O}_4$.
- D sai: Cho Zn vào dung dịch H${}_2$SO${}_4$ loãng, Zn phản ứng trực tiếp với axit: $Zn+H_{2}S{O}_4\to ZnS{O}_4+H_2\uparrow$. Đây là ăn mòn hóa học, không phải ăn mòn điện hóa học (ăn mòn điện hóa học xảy ra khi kim loại không tinh khiết tiếp xúc với dung dịch điện phân, tạo pin cục bộ).
Vậy phát biểu sai là D, trùng với đáp án đề cho (64-D).

- Loại A vì: chỉ có 1 điện cực Al

- Loại C vì: Chỉ có 1 điện cực Na

- Loại D vì: Không có dung dịch chất điện li

- B đúng vì:

+ Hợp kim Fe-Cu có 2 điện cực tiếp xúc trực tiếp.

+ Dung dịch chất điện li là dung dịch muối ăn (NaCl).

→ Xảy ra ăn mòn điện hóa.

Note 5: Ăn mòn kim loại

a) Khái niệm và phân loại

Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường xung quanh.

Bản chất của ăn mòn kim loại: $M\to M^{n+}+ne$

Có hai loại ăn mòn kim loại: Ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa

Ăn mòn hóa học:

Khi chưa có dây dẫn

$Zn\to Z{n}^{2+}+2e$

$2H^{+}+2e\to H_2\uparrow$

Ăn mòn điện hóa:

Khi có dây dẫn

Cực âm (anot): $Zn\to Z{n}^{2+}+2e$

- Không sinh ra dòng điện.
- Không tạo ra cặp pin điện hóa, các electron của kim loại chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường.
- Khí $H_2$ thoát ra trên bề mặt Zn, khi đó Zn bị ăn mòn chậm.

Cực dương (catot): $2H^{+}+2e\to H_2\uparrow$
- Kim điện kế quay → Có sinh ra dòng điện.
- Tạo ra cặp pin điện hóa Zn-Cu, dòng electron chuyển dời từ cực âm đến cực dương.
- Khí $H_2$ sinh ra trên bề mặt điện cực Cu, khi đó Zn bị ăn mòn nhanh hơn.

b) Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa:

$$\{\begin{array}{l}+\text{Hai điện cực khaˊc nhau veˆˋ bản chaˆˊt: Vıˊ dụ: Zn - Fe; Fe - C.}\\ +\text{Hai điện cực tieˆˊp xuˊc trực tieˆˊp hoặc giaˊn tieˆˊp nhau qua daˆy daˆ˜n.}\\ +\text{Hai điện cực cuˋng tieˆˊp xuˊc với một dung dịch chaˆˊt điện li}\end{array}$$

Ví dụ 1: Nhúng thanh Fe vào dung dịch $CuC{l}_2$

$$Fe+CuC{l}_2\to FeC{l}_2+Cu\downarrow$$ → Cu tạo ra bám lên thanh Fe → Tạo ra cặp pin điện hóa Fe-Cu tiếp xúc trực tiếp với dung dịch chất điện li là $CuC{l}_2$ → Xảy ra ăn mòn điện hóa.

Sắt tây là sắt tráng thiếc. Trong phương pháp bảo vệ bề mặt: thiếc là kim loại khó bị oxi hóa ở nhiệt độ thường, màng oxit thiếc mỏng và mịn cũng có tác dụng bảo vệ thiếc và thiếc oxit không độc lại có màu trắng bạc khá đẹp. Thiếc là kim loại mềm, dễ bị sây sát. Nếu vết sây sát sâu tới lớp sắt bên trong thì sẽ xảy ra ăn mòn điện hóa học, kết quả là sắt bị ăn mòn nhanh.

- Trong ăn mòn điện hóa của cặp kim loại Sn-Pb, Sn là kim loại có tính khử mạnh hơn đóng vai trò là anot (cực âm) và bị ăn mòn còn Pb có tính khử yếu hơn đóng vai trò là catot (cực dương) và được bảo vệ; khi Sn bị ăn mòn hết thì lúc đó Pb sẽ bị ăn mòn.

Điều kiện để xảy ra ăn mòn điện hóa là: (3 điều kiện bắt buộc)
(1) Có các cặp điện cực khác nhau về bản chất, có thể là kim loại – kim loại, kim loại – phi kim. Kim loại hoạt động mạnh hơn đóng vai trò cực âm và bị ăn mòn.
(2) Các cặp điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau thông qua dây dẫn.
(3) Các điện cực phải cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.
- Ở thí nghiệm 1: Không thỏa mãn điều kiện (1).
- Ở thí nghiệm 2: Thỏa mãn.
- Ở thí nghiệm 3: Không thỏa mãn điều kiện (1).
- Ở thí nghiệm 4: Thỏa mãn.

Sắt không bị ăn mòn khi sắt ở cực dương

Trong một pin điện hóa, Anot(-) xảy ra sự oxi hóa
Để Fe bị ăn mòn trước thì Fe phải là Anot(-) [có thể điện cực âm hơn hay tính khử mạnh hơn]=> Đáp án B

Trong một pin điện hóa, Anot(-) xả ra sự oxi hóa
Để Zn bị ăn mòn trước thì Zn phải là Anot(-) [có thể điện cực âm hơn hay tính khử mạnh hơn]=> Đáp án D

Cho miếng hợp kim Fe-C vào dung dịch HCl loãng, khi đó xảy ra quá trình ăn mòn điện hóa học ứng với sự hình thành pin điện. Tại catot (cực dương), ion $H^{+}$ của dung dịch HCl nhận electron biến thành nguyên tử H rồi thành phân tử $H_2$ thoát ra: $2H^{+}+2e\to H_2\uparrow$.

Phân tích: Ăn mòn điện hóa không thể xảy ra ở thí nghiệm (1) và (3) vì ở TN1 và TN3 chưa đủ 2 điện cực khác nhau về bản chất (TN1 chỉ có Fe, TN3 chỉ có Cu). Chú ý: Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa là - Các điện cực phải khác nhau về bản chất, có thể là cặp 2 kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại với phi kim,... - Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp nhau qua dây dẫn. - Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch chất điện li.

(AI giải đề cho tôi)
Ăn mòn điện hóa xảy ra khi kim loại (Zn) tiếp xúc với dung dịch muối của kim loại kém hoạt động hơn, tạo thành các pin vi điện phân trên bề mặt thanh kim loại. Khi cho Zn vào dung dịch AgNO₃, Zn bị oxi hóa tại anot (Zn → Zn²⁺ + 2e⁻) còn Ag⁺ bị khử tại catot (Ag⁺ + e⁻ → Ag), tạo pin vi mô nên xảy ra ăn mòn điện hóa. Với HCl, H₂SO₄ (axit) và NaNO₃ (muối của kim loại mạnh hơn Zn), Zn chỉ phản ứng hóa học trực tiếp (ăn mòn hóa học), không tạo pin vi điện phân. Đáp án D khớp với đáp án nguồn (44-D).

(AI giải đề cho tôi)
Hợp kim Zn-Fe trong không khí ẩm bị ăn mòn điện hóa kiểu ăn mòn không khí (môi trường trung tính, O₂ khử tại catot). Zn có tính khử mạnh hơn Fe (E°(Zn²⁺/Zn) = -0,76 V < E°(Fe²⁺/Fe) = -0,44 V) nên Zn đóng vai trò anot bị oxi hóa: Zn → Zn²⁺ + 2e. Tại catot, O₂ của không khí được khử: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH⁻. Đáp án C khớp với đáp án nguồn (44-C).

(AI giải đề cho tôi)
Ăn mòn điện hóa sắt xảy ra khi Fe đóng vai trò làm anode (bị oxi hóa), tức là khi kim loại tiếp xúc với Fe có tính khử yếu hơn Fe. Xét các lựa chọn: (A) Tôn là sắt tráng kẽm, Zn mạnh hơn Fe nên Zn bị ăn mòn, Fe được bảo vệ (phương pháp bảo vệ điện hóa bằng kim loại thỏi hi sinh) → Fe không bị ăn mòn. (B) Hợp kim Mg-Fe: Mg mạnh hơn Fe, Mg làm anode bị ăn mòn, Fe được bảo vệ. (C) Hợp kim Al-Fe: Al mạnh hơn Fe (Al bị ăn mòn, dù có lớp màng oxit bảo vệ), Fe không phải anode. (D) Sắt tây là sắt tráng thiếc: Sn yếu hơn Fe (E°(Sn²⁺/Sn) = −0,14 V > E°(Fe²⁺/Fe) = −0,44 V), khi lớp thiếc bị trầy xước, trong không khí ẩm Fe làm anode bị oxi hóa: Fe → Fe²⁺ + 2e, sắt bị ăn mòn nhanh hơn cả khi không tráng. Vậy chỉ có sắt tây gây hiện tượng sắt bị ăn mòn điện hóa. Kết quả trùng với đáp án nguồn: D.