Lớp 12

Điện phân, ăn mòn và bảo vệ kim loại

Dùng điện để ép một phản ứng chạy ngược chiều, và cũng chính hoá điện ấy đứng sau sự gỉ sét.

1 THCS 2 THPT 3 Đại học 4 Nâng cao 5 Nghiên cứu

Trực giácTrực giác: pin điện hoá chạy ngược

Pin điện hoá tạo điện từ phản ứng tự xảy ra. Trong điện phân, nguồn điện ngoài đẩy electron theo chiều ngược lại và ép một phản ứng không tự xảy ra diễn ra, ví dụ tách nước. Sự oxi hoá vẫn xảy ra ở anot và sự khử ở catot, nhưng lúc này anot là cực dương còn catot là cực âm.

Đổi cường độ dòng điện và thời gian. Thể tích

\ce{H2}

luôn gấp đôi

\ce{O2}

và tăng tỉ lệ với điện lượng

It

Phổ thôngMức phổ thông: định luật Faraday

n(e^-) = \frac{It}{F},\qquad m = \frac{M\,I\,t}{z\,F},\qquad F = 96485\ \text{C/mol}

Ví dụ: Mạ đồng

Dòng điện 2,0 A chạy 30 phút qua dung dịch $\ce{CuSO4}$ . Khối lượng đồng bám vào catot là bao nhiêu?

Lời giải

$Q = It = 2{,}0 \times 1800 = 3600$ C nên $n(e^-) = 3600/96485 = 0{,}0373$ mol. $\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}$ cần 2 electron cho mỗi nguyên tử: $n(\ce{Cu}) = 0{,}0187$ mol và $m = 0{,}0187 \times 63{,}55 \approx 1{,}19$ g.

Trong điện phân nước, ở catot $\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}$ và ở anot $\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-}$ . Bốn electron tạo một $\ce{O2}$ nhưng chỉ hai electron tạo một $\ce{H2}$ , do đó tỉ lệ thể tích 2 : 1.

Đại họcĐại học: ăn mòn như một pin bị đoản mạch

Gỉ sét là một pin điện hoá nhỏ trên bề mặt sắt. Chỗ sắt bị hở đóng vai anot, $\ce{Fe -> Fe^2+ + 2e-}$ ; chỗ khác, nơi có oxi và nước, xảy ra phản ứng catot $\ce{O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-}$ . Sản phẩm tạo $\ce{Fe(OH)2}$ và cuối cùng là sắt(III) oxit ngậm nước, tức gỉ.

Để bảo vệ sắt, phủ lên nó (sơn, kẽm) hoặc nối với kim loại dễ bị oxi hoá hơn như kẽm hay magie: “anot hi sinh” sẽ bị ăn mòn thay. Kẽm hiệu quả vì $E^\circ(\ce{Zn^2+/Zn}) = -0{,}76$ V thấp hơn $E^\circ(\ce{Fe^2+/Fe}) = -0{,}44$ V.