tổng hợp câu hỏi ôn tập môn công nghệ điện hóa

Câu 1: Trình bày bản chất điện hóa của ăn mòn trong dung dịch nước?
Zn + 2H
+
 Zn
2+
+ H
2
Zn  Zn
2+
+ 2e
2H
+
+ 2e  H
2

M  M
n+
+ ne
- Quá trình ăn mòn của hầu hết các kim loại đều liên quan đến sự vận chuyển
electron. Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu bản chất điện hóa của ăn mòn. Xét phản
ứng ăn mòn giữa Zn và HCl. Phản ứng viết như sau:
Zn + 2HCl  ZnCl
2
+ H
2

- Ta viết dưới dạng ion:
Zn + 2H
+
+ 2Cl
-

 Zn
2+
+ 2Cl
-
+ H
2
Zn + 2H
+
+ Zn
2+
+ H
2
- Trong H
2
SO
4
phản ứng ăn mòn cũng được biểu diễn như phản ứng trong phương
trình ion thu gọn trên. Phản ứng này được tách thành 2 bán phản ứng:
+ anot: Zn Zn
2+
+ 2e
+ catot: 2H
+
+ 2e  H
2
- Trong 2 bán phản ứng này số oxi hóa của Zn tăng từ 0  +2, số oxi hóa H
2
giảm
từ +1 0
- Tất cả các phản ứng ăn mòn đều là phản ứng điện hóa. Kim loại ăn mòn thể hiện

bằng phản ứng.
M  M
+
+ ne
Fe  Fe
2+
+ 2e
Fe  Fe
3+
+3e
- Phản ứng ở catot quan trọng đối với ăn mòn là rất ít. Phản ứng đơn giản và hay
gặp nhất là phản ứng thoát H
2
trong môi trường axit. Ngoài ra còn có các phản ứng
khử khác như:
Fe
3+
+ 1e  Fe
2+
Sn
4+
+ 2e  Sn
2+
- Là các phản ứng quan trọng và ít gặp. Phản ứng của oxi hòa tan thường gặp
trong dung dịch axit và trung tính.
O
2
+ 2H
2
O + 4e  4OH

-
O
2
+ 4H
+
+ 4e  2H
2
O
Câu 2: Nêu các khái niệm về phân cực catot, anot?
- Phân cực catot là sự dịch chuyển điện thế điện cực về phía âm hơn so với điện thế
ăn mòn, hầu như phản ứng hòa tan kim loại ngừng hẳn.
Muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực âm của nguồn 1chiều
hay nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện cực âm hơn. Trong cả 2
trường hợp kim loại cần bảo vệ đều đóng vai trò catot nên tốc độ ăn mòn giảm.
- Phân cực anot: là sự dịch chuyển điện thế giữa cực về phía dương hơn so với điện
thế ăn mòn cho đến khi kim loại rơi vào trạng thái thụ động
Muốn thực hiện điều này ta nối kim loại cần bảo vệ với cực dương của nguồn 1
chiều hay nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có điện thế điện cực dương hơn.
Trong cả 2 trường hợp kim loại cần bảo vệ là axit.
Câu 3: Trình bày nội dung năng lượng tự do và thế điện cực?
- Xét phản ứng: Zn +2HCl  ZnCl
2
+ H
2
Khi phản ứng xảy ra: Năng lượng tự do ∆G sẽ thay đổi khi sản phẩm có năng
lượng tự do thấp hơn chất phản ứng ∆G <0 phản ứng tự xảy ra.
- Biến thiên năng lượng tự do ∆G quan hệ với thế điện cực tại trạng thái cân bằng:
∆G = n.E.F
n: số electron trao đổi trong phản ứng
E: Năng lượng

F: Hằng số faraday 96500
- Hai bán phản ứng thể hiện quá trình khử và oxi hóa:
Zn  Zn
2+
+ 2e e
a
2H
+
+ 2e  H
2
e
c
e
a
: được gọi là thế oxi hóa hay thế điện cực, e
c
được gọi là thế khử hay thế điện
cực.
- Khi chất phản ứng và sản phẩm xác định ở trạng thái tiêu chuẩn có hoạt độ là 1
đơn vị thì ta có thế oxi hóa, thế khử chuẩn: e
0
a
, e
0
c
Câu 4: Nêu khái niệm dãy điện thế điện cực tiêu chuẩn, mô tả điện cực so
sánh hidro tiêu chuẩn?
- Do không thể đo giá trị tuyệt đối của thế điện cực nên phải đo sự chênh lệch thế
của phản ứng đơn với 1 điện cực so sánh. Thường sử dụng điện cực H
2

làm điện
cực so sánh tuy giá trị tuyệt đối của nó là khác không nhưng người ta quy ước nó
bằng 0.
- Điện cực so sánh H
2
tiêu chuẩn gồm: 1 tấm platin nhúng trong dung dịch axit có
hoạt độ là 1, H
2
được thổi vào dưới áp suất 1atm. Thường điện cực Pt được phủ 1
lớp bụi Pt để tăng điện tích điện cực và khống chế giải phóng H
2
. Thế điện cực
kẽm khi nối với điện cực so sánh H
2
có giá trị đo được là 0,76V
Câu 5: Trình bày nội dung và biểu thức định luật Faraday?
- Phản ứng điện hóa tạo ra electron hoặc tiêu thụ electron dòng electron được đo
bằng cường độ dòng điện (A). Theo định luật Faraday tỉ lệ giữa khối lượng chất
phản ứng với dòng điện được xác định như sau:
m= (1)
a: là khối lượng nguyên tử.
I: cường độ dòng điện
t: thời gian
n: số electron trao đổi.
F: hằng số faraday
- Chia phương trình (1) cho thời gian t và điện tích bề mặt A ta xác định được tốc
độ ăn mòn r:
r = =
Đặt i = (Mật độ dòng)
r = ( Tốc độ ăn mòn)

- từ biểu thức cho thấy mật độ dòng ăn mòn tỷ lệ thuận với tốc độ ăn mòn, cùng 1
dòng điện tập trung vào điện tích nhỏ hơn sẽ có tốc độ ăn mòn lớn hơn.
Câu 6: Nêu các khái niệm phân cực và phân cực hoạt hóa?
- Phân cực là sự dịch chuyển điện thế điện cực khỏi thế cân bằng gây ra do phản
ứng tổng trên bề mặt đối với các phản ứng đơn.
- Phân cực catot: Các electron dịch chuyển đến bề mặt do phản ứng chậm và gây
nên điện thế bề mặt âm hơn do vậy phân cực catot được xác định có giá trị âm.
- Phân cực anot: Electron lấy ra khỏi bề mặt sự thiếu hụt electron gây ra sự thay
đổi điện thế, điện thế dịch chuyển về phía dương hơn do vậy phân cực anot có giá
trị dương.
* Phân cực hoạt hóa:
- Khi 1 giai đoạn nào của phản ứng chẫm sẽ khống chế tốc độ dòng electron, lúc
này ta nói phản ứng bị khống chế bởi sự chuyển điện tích và gây ra sự phân cực
hoạt hóa.
Xét phản ứng: 2H
+
+ 2e  H
2
. Trên bề mặt sẽ có 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: H
+
phản ứng với electron trên bề mặt kim loại hình thành H hấp phụ
trên bề mặt. H
+
+e  H
hấp phụ
+ Giai đoạn 2: 2 H
hấp phụ
phản ứng với nhau tạo phân tử H
2

H
hấp phụ
+ H
hấp phụ
 H
2
+ Giai đoạn 3: Các phân tử liên kết với nhau lại thành bóng khí H
2
trên bề mặt kim
loại.
- Mối quan hệ giữa phân cực hay quá thế và tốc độ phản ứng đặc trưng i
a
, i
c
n
a
= β
a
.log.
n
c
= β
c
.log.
β
a
là hằng số tafel cho các phản ứng đơn ở anot, β
c
là hằng số tafel cho các phản
ứng đơn catot.

n
a,
n
c
lần lượt là quá thế anot, catot
- Tương tự như trên xét phản ứng:
2H
+
+ 2e  H
2
- Phản ứng cân bằng tại e
0
H
+
/H
2
, lúc này tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản
ứng nghịch, năng lượng tự do tương ứng là: ∆G
*
thuận
và ∆G
*
nghịch
tương ứng là năng
lượng của phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Độ biến thiên năng lượng tự do
quan hệ với thế điện cực như sau:
∆G
*
thuận
- ∆G

*
nghịch
= ∆GH
+
/H
2
= -n.F.eH
+
/H
2
- Theo định luật Max well về năng lượng của các hạt phản ứng: Tốc độ phản ứng
thuận và tốc độ phản ứng nghịch là hàm của năng lượng hoạt hóa ( r
thuận,
r
nghịch
)
r
thuận
= K
t
.exp(-)
r
nghịch
= K
n
.exp(-)
- K
t
, K
n

lần lượt là hằng số cho phản ứng thuận và nghịch.
r
thuận
= r
nghịch
=
 i
0
= =
- Đặt K
’
t
=
 i
0
= K
’
t
.Exp(-)
Tương tự K
nghịch
, i
0
= K
’
n
.exp(-)
i
0
= K

’
t
.Exp(-) = K
’
n
.exp(-)
i
0
là một hàm của năng lượng hoạt hóa. Khi phân cực catot hay có quá thế (β
c
) trên
bề mặt điện cực thì tốc độ phản ứng phóng điện giảm và quá trình ion hóa tăng lên.
Điều này có được bằng việc giảm năng lượng hoạt hóa cho phản ứng phóng điện
một lượng năng lượng α
n
.F.n
c
và tăng cho phản ứng ion hóa 1 lượng (1-α).n.F.n
c
.
Thừa số α và (1-α) là tỷ lệ của n
c
tham gia vào phản ứng phóng điện và ion hóa.
Tốc độ phóng điện ở catot và anot sẽ trở thành:
i
c
= K
’
t
.Exp(-)

i
a
= K
’
n
. Exp (- )
- Khi phản ứng ở catot xảy ra thuận lợi thì dòng tổng sẽ là i
tổng

c
= i
c
- i
a
- Khi phản ứng ở anot thuận lợi thì dòng tổng sẽ là i
tổng a
= i
a
- i
c
Câu 7: Trình bày nội dung của phân cực nồng độ?
- Ở tốc độ phản ứng cao, phản ứng khử catot sẽ làm giảm nồng độ các hạt mang
điện trong dung dịch gần điện cực. Thế của ion H
+
: eH
+
/H
2
tính theo phương trình
Nest là một hàm của nồng độ ion H

+
hay hoạt độ ion H
+

eH
+
/H
2
= e
0
H
+
/H
2
+ log (
- Nồng độ ion H
+
trong dung dịch bị khống chế bởi phân cực nồng độ. Rỏ ràng
eH
+
/H
2
giảm khi hoạt độ của ion H
+
giảm tại bề mặt. Sự giảm này gọi là phân cực
nồng độ, n
nồng độ
là 1 hàm của mật độ dòng điện
n
nồng độ

= log [1- ]
i
L
: tốc độ phản ứng cực đại.
- Biểu diễn quan hệ giữa ( n
nồng độ
và log
i
) cho thấy n
nồng độ
thấp khi đạt đến mật độ
dòng giới hạn i
L
. i
L
là tốc độ phản ứng cực đại đạt được vì tốc độ khuếch tán của
ion H
+
đạt được trong dung dịch bị giới hạn. i
L
được tính theo biểu thức:
i
L
=
D: Độ khuếch tán của hạt tham gia phản ứng do vậy i
L
tăng khi nồng độ C
B
trong
dung dịch cao, nhiệt độ cao, khuấy trộn dung dịch.

Câu 8: Nêu khái niệm và biểu thức của phân cực kết hợp?
- Phân cực catot tổng là tổng của phân cực nồng độ và hoạt hóa.
n
tổng, c
= n
hoạt hóa
,
c
+ n
nồng độ, c
n
tổng, c =
β.C.log+= log [1- ]
Câu 9: Trình bày cấu trúc và hợp phần màng thụ động?
- Cấu trúc mà nhiều nhà nghiên cứu đưa ra của màng mỏng thụ động trên Fe là lớp
dưới Fe
3
O
4
, lớp ngoài là γ- Fe
2
O
3
, lớp trong Fe
3
O
4
được cho là cấu trúc khuyết tật
và vì thế dẫn được điện.
- Màng thụ động thường có đặc tính của bán dẫn loại n mang các điện tích âm

thừa. Màng thụ động của nhiều hợp kim chứa đựng các nguyên tố hợp kim, đặc
biệt là Crom hình thành mang axit rất bền với Fe. Các hợp kim và kim loại nguyên
chất có những tính chất khác nhau và hay thay đổi như là 1 hàm của thế áp đặt vào
thành phần của hợp kim.
- Nhà bác học Evans đóng góp những công trình đầu tiên trong việc đưa ra lý
thuyết màng axit thụ động đã tách màng, cách ly màng axit dày khỏi bề mặt sắt
trong hợp kim với Crom. Cả 2 có cùng cấu trúc và thành phần nhưng màng Cromat
được hình thành do phá màng thụ động trong suốt quá trình cách ly.
- Một đồng nghiệp của Evans đã nhấn mạnh: Tầm quan trọng của oxi hấp phụ chất
hóa học trong việc hình thành màng thụ động, màng hấp phụ không chỉ là 1 rào
ngăn cản sự hòa tan anot mà giới hạn động học giảm mật độ dòng trao đổi i
0
cho
phản ứng hòa tan oxi hấp phụ hóa học thuận lợi khi có mặt các electron phân lớp d
chưa ghép đôi trong kim loại chuyển tiếp. Trong hợp kim Fe-Cr. Crom là hợp chất
nhận electron phân lớp d chưa ghép đôi từ Fe. Hợp kim với Crom < 12%, khoảng
trống electron d chưa ghép đôi trong Crom bị lấp đầy từ Fe dư và hợp kim giống
như Fe. Không hợp kim, không bị thụ động trong dung dịch loãng đã tách khí. Nếu
trong hợp kim > 12% Crom hợp kim bị thụ động trong dung dịch như thế vì các
electron phân lớp d chưa cặp đôi luôn sẵn có cho hấp phụ thuận lợi, màng dày lên,
cation kim loại được giả sử đi vào màng từ kim loại nằm dưới cũng như ion H
+
từ
dung dịch. Ion H
+
hay OH
-
đóng vai trò trong việc hình thành màng thụ động. Do
Fe trong dung dịch amoniac, các dung dịch tương tự không phải nước không thấy
thụ động hoạt động. Mặc dù điện thế oxi hóa khử có thể đo được cho oxi. Hiện

tượng hoạt động không có trong các dung dịch tương tự khác.
Phản ứng anot tổng: Fe + 2H
2
O  Fe(OH)
2
+ 2H
+
+ 2e
Fe(OH)
2
có thể có hoặc không có trong cấu trúc màng. Loren và cộng sự giả thiết:
Fe + H
2
O = Fe(OH)
hấp phụ
+ H
+
+ e
Fe(OH)
hấp phụ
= Fe(OH)
hấp phụ
+ H
+
+ e
Fe(OH)
hấp phụ
+ H
2
O  (FeOOH)

hấp phụ
+ H
+
+ e
- Hấp phụ là giai đoạn đầu trong quá trình hình thành và phát triển màng. Tốc độ
ăn mòn bị ức chế trong vùng thế thụ động là vì màng oxit hay giới hạn động học là
1 trong những vấn đề đang thảo luận hiện nay. Màng oxit có thể giảm và màng hấp
phụ có thể hình thành rào cản.
Câu 10: Trình bày nội dung của phương pháp ngoại suy Tafel?
- Phương pháp này được giới thiệu để mô tả lý thuyết điện thế hỗn hợp ăn mòn
trong dung dịch nước. Để ngoại suy đúng yêu cầu phản ứng đơn phải được khống
chế bằng quá trình chuyển điện tích. Trên đường cong phân cực phải có 1 đoạn
thẳng để có độ chính xác, cách xác định: i
am
bằng ngoại suy Tafel. Điều này thật sự
khó đạt được trong dung dịch loãng lúc này phân cực nồng độ và điện trở ohm ảnh
hưởng giống nhau ở mật độ dòng cao hơn. Tuy nhieenn 1 cách tương đối trong giới
hạn của ngoại suy tafel i
am
luôn bằng mật độ dòng giới hạn i
L
trong phân cực nồng
độ khi khuếch tán khống chế quá trình, thế phân cực nói chung phụ thuộc vào thời
gian và cần xem xét cẩn thận để có được đường cong phân cực ổn định phản ảnh
phân cực ăn mòn thưc. Trong một chừng mực nào đó thì phân cực catot nhanh và
thuận nghịch hơn phân cực axit.
Câu 11: Trình bày nội dung của phương pháp điện trở phân cực?
- Có được từ lý thuyết điện thế hỗn hợp. Xét đường cong phân cực với quá trình
anot, catot bị khống chế bởi quá trình chuyển điện tích:
i

a.pp.c
= i
c
- i
a
i
a.pp.c
:
Là mật độ dòng catot áp đặt tại vùng giá trị điện thế e.
I
a.pp.c
= i
a
- i
c
- Ở thế thấp gần tọa độ phần tuyến tính rõ ràng. Phạm vi tuyến tính phụ thuộc vào
giá trị hằng số Tafel chọn lựa khi phân cực từ thế ăn mòn ta có biểu thức:
ε
c

= β
c
.log( )
ε
a
= β
a
.log( )
β
a

, β
c
hằng số Tafel.
I
am
tốc độ ăn mòn
ε
c
ε
a
quá thế catot, anot
Khi ε 0 lấy đi vi phân ta có:
K
p
= []= = =
Với β = : Hằng số Tafel
- Hằng số Tafel chọn giá trị lớn sẽ có phần tuyến tính ở gốc. Phần tuyến tính xuất
hiện ở quá thế thấp khi hằng số Tafel thấp. Quan hệ giữa logR
p
với logi
am
logR
p
– log i
am
là một đường thẳng có mật độ dốc là -1 và điểm cắt quy định bởi
hằng số tỷ lệ β. Phần tuyến tính trên 1 dãi rộng
Câu 12: Để bảo vệ nhôm và hợp kim nhôm người ta cần phải làm gì?
- Để bảo vệ nhôm và hợp kim nhôm người ta tạo trên bề mặt nó 1 lớp axit bằng
phương pháp hóa học hoặc điện hóa. Màng oxit dày hoặc mỏng tùy theo điều kiện

oxi hóa. Màng có thể dày đến hằng trăm muycromet. Màng có độ rắn cao có khả
năng hấp thụ màu, thấm dầu mỡ tốt nên có thể làm việc ở nơi có ma sát cao. Sau
khi oxi hóa màng được đem đi nhuộm màu vô cơ hoặc hữu cơ. Màng oxit nhôm có
thể hình thành trên bề mặt nhôm bằng phương pháp điện hóa hay hóa học.
Câu 13: Trình bày nội dung phương pháp điện hóa trong quá trình oxi hóa
nhuộm màu nhôm?
* Cơ cấu màng oxit:
- Màng có 2 lớp: lớp mỏng sít chặt sát bề mặt nhôm cấu tạo từ oxit nhôm ngậm
nước chiều dày 0,01-0,1μm lớp bên ngoài ngậm nước nhiều hơn khi nhúng nhôm
vào dung dịch ở anot nhôm có quá trình hòa tan điện hóa nhôm.
Al Al
3+
+3e
Đồng thời nhôm tác dụng với dung dịch điện phân theo phản ứng:
2Al + 2H
2
SO
4
 Al
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
- Diễn ra đồng thời với quá trình hòa tan nhôm là quá trình thoát oxi theo phản
ứng:
4OH
-

- 4e  O
2
+ 2H
2
O
Quá trình giải phóng oxi có thể qua các bước:
2OH
-
= H
2
O + O
2-
O
2-
= O
-
+ e
O
-
= O + e
2O = O
2
Các sản phẩm trung gian O
2-
, O tác dụng với nhôm ở anot:
2Al
3+
+ 3O
2-
= Al

2
O
3
2Al + 3O = Al
2
O
3
Quá trình hình thành màng nhanh chóng, màng tạo được sít, mỏng, chiều dày hầu
như không thay đổi trong suốt thời gian oxi hóa. Quá trình hòa tan màng sẽ xảy ra
đồng thời phản ứng:
Al
2
O
3
+ 3H
2
SO
4
 Al
2
(SO
4
)
3
+ 3H
2
O
- Hòa tan màng này sẽ tạo ra các lỗ xốp. Ở catot xảy ra quá trình khử:
2H
+

+ 2e  H
2
Khi hình thành lỗ xốp O
2-
, O khuếch tán qua màng ở đáy các lỗ xốp và hình thành
Al
2
O
3
. Phần này sẽ tiếp tục phát triển làm dày them màng oxit. Đồng thời phần
màng ở phía trên sẽ bị hòa tan do vậy chiều dày của màng hầu như không đổi, phần
trên các lỗ xốp có dạng hình côn.
- Trong các lỗ xốp có các phản ứng hidrat hóa:
Al
2
O
3
+ H
2
O  Al
2
O
3
.H
2
O
Al
2
O
3

+ 3H
2
O  Al
2
O
3
.3H
2
O
Al
2
O
3
.nH
2
O + H
2
SO
4
 Al
2
(SO
4
)
3
+ (n+3)H
2
O
* Dung dịch và chế độ điện phân:
- Dung dịch H

2
SO
4
từ 180-200g/l để ở nhiệt độ phòng, mật độ dòng anot từ 1,5-
2A/dm
2
, thời gian oxi hóa từ 40-50 phút.
* Nhuộm màu nhôm:
- Màng oxit nhôm xốp nên có khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ đôi khi các
chất màu tác dụng với màng oxit tạo các hợp chất hóa học. Các chất màu vô cơ
hình thành do các phản ứng tạo chất màu.
Câu 14: Để nhuộm vàng da cam nhôm người ta tiến hành như thế nào?
- Xử lý bề mặt nhôm trước khi oxi hóa
- Oxi hóa điện hóa nhôm trong axit rồi nhúng vào dung dịch K
2
Cr
2
O
4
trong 30
phút. Sau đó lại nhúng vào dung dịch AgNO
3

- Màu vàng da cam có được do phản ứng:
AgNO
3
+ K
2
Cr
2

O
4
 Ag
2
CrO
4
+ KNO
3
Câu 15: Nêu khái niệm photphat hóa kim loại?
- Phốt phát hóa kim loại là quá trình tạo màng bảo vệ trên bề mặt chi tiết. Màng
gồm các muối phốt phát của Fe, Mn, Zn hay hỗn hợp các muối này. Màng phốt
phát có độ bền không cao do xốp nên độ bền ăn mòn kém nhưng lại có khả năng
hấp phụ tốt nên làm nền để sơn hoặc gia công thêm trong dung dịch Cr
2
O
4
rồi thấm
dầu để bịt kín các lỗ xốp sẽ tăng độ bền ăn mòn, màng phốt phát hóa rẽ tiền tạo nền
tốt cho sơn. Tính bảo vệ của màng phốt phát phụ thuộc nồng độ muối phốt phát
trong dung dịch, thời gian, thành phần thép và trạng thái bề mặt trước khi phốt phát
hóa. Lớp phốt phát tan trong nước ở nhiệt 25
0
C là 1,5 mg/l, ở 90
0
C là 10,6g/l tan
mạnh trong axit và kiềm.
Câu 16: Nội dung của phốt phát hóa thường?
- Nhúng mấu thép vào dung dịch muối phốt phát ở dạng hòa tan như Zn, Mn
thường dùng là muối majep hay dạng mon phốt phát ở nhiệt độ thường muối mono
phốt phát có phân hủy nhưng không đáng kể:

Me(H
2
PO
4
)
2
MeHPO
4
+ H
3
PO
4
- Khi đun nóng: Me(H
2
PO
4
)
2
(xúc tác t
0
) MeHPO
4
+ Me
3
(PO
4
) + H
3
PO
4

- Nhúng thép vào dung dịch phốt phát hóa sẽ xảy ra 2 quá trình:
+ Ở anot:Fe  Fe
2+
+ 2e
+ Ở catot: 2H
+
+ 2e  H
2
- Ion H
+
do sự phân ly của H
3
PO
4
tự do hay của Me(H
3
PO
4
)
2
H
3
PO
4
H
+
+ H
2
PO
4

-
H
2
PO
4
-
 HPO
4
2-
+ H
+
HPO
4
2-
 H
+
+ PO
4
3-
Me(H
2
PO
4
) Me
2+
+ 2H
2
PO
4
-

H
2
PO
4
-
H
+
+ HPO
4
2-
HPO
4
2-
H
+
+ PO
4
3-
- Kết quả là lớp dung dịch gần bể mặt mẫu thép giàu ion Fe
2+
cũng như
HPO
4
2-
,PO
4
3-
, Fe(PO
4
)

2
, Mn
3
(PO
4
)
2
. Bởi vậy lớp dung dịch ở đây đạt quá bão hòa
và kết tinh lên bề mặt thép tạo thành lớp phũ phốt phát.
Fe
2+
+ HPO
4
2-
 FeHPO
4
Mn
2+
+ HPO
4
2-
 MnHPO
4
Zn
2+
+ HPO
4
2-
 ZnHPO
4

Fe
2+
+

PO
4
3-
 Fe
2
(PO
4
)
2
Mn
2+
+ PO
4
3-
 Mn
3
(PO
4
)
2
Zn
2+
+ PO
4
3-


Zn
3
(PO
4
)
2
- Nhiệt độ cao thì mono phốt phát dễ phân hủy do đó MeHPO
4
và Me
3
(HPO
4
)
2
có
thế kết tủa trên bề mặt thép và gang ngay cả trong dung dịch. Nếu khống chế nhiệt
độ thấp thì thời gian phốt phát hóa kéo dài. Thời gian phốt phát hóa phụ thuộc vào:
+ Thành phần kim loại
+ Phương pháp gia công bề mặt trước khi phốt phát hóa.
+ Tỷ số axit chung và axit tự do
+ Nhiệt độ.
- Thành phần và chế độ phốt phát hóa:
[nFe(H
2
PO
4
)
2
.[mMn(H

2
PO
4
)
2
] : 30-35g/l
Nhiệt độ: 97 -99
0
C, thời gian 40-80 phút.
Câu 17: Trình bày nội dung của phương pháp Crôm mát hóa bề mặt kim
loại?
- Lớp Crôm mát bề mặt kim loại: Al, Mg, Zn, Cd, Sn, Cu, Ag bám tốt, bền ăn mòn.
Màu sắc: xanh lam, vàng, xanh lục, đen là những hợp chất của Cr
3
có mặt Cr
6
. Khả
năng chống ăn mòn của lớp Crôm mát không phải do sự thụ động về mặt kim loại
mà khi có mặt Crôm mát tác dụng của độ ẩm môi trường. Hàm lượng trong lớp bề
mặt càng cao, chiều dày càng dày thì độ bền ăn mòn cao. Cường dộ màu của lớp
Crom mát phụ thuộc tỷ lệ Cr
3
/Cr
6
- Phương pháp Crom mát có 2 giai đoạn:
+ Xử lý bề mặt kim loại
+ Nhuộm màu trong dung dịch đặc của axit Crom mic và H
2
SO
4

sau đó nhuộm
xanh cho dung dịch kiềm.
- Phương pháp này có nhược điểm là tốc độ hòa tan kim loại quá nhanh có thể
dùng phương pháp Crom mát hóa 1 giai đoạn trong dung dịch H
2
SO
4
từ 5-10g/l
CrO
3
:10-20g/l với thời gian 180 giây.
Câu 18: Trình bày cấu trúc của hạt keo vô cô trong dung dịch. Tính chất của
hạt keo?
* Cấu trúc hạt keo:
- Hạt keo gồm 3 phần:
+ Nhân hạt keo: Là tập hợp nhiều phần tử rắn liên kết với nhau, được bao bọc bởi 1
lớp vỏ ion. Sựu hấp phụ 1 loại ion nào đó trong dung dịch tạo nên lớp vỏ ion này.
+ Lớp điện tích kép: Hình thành bởi các ion trái dấu với lớp vỏ ion
+ Lớp ion khuếch tán: Hình thành ở phần ngoài của lớp điện tích kép.
* Tính chất của hạt keo:
- Các hạt keo tồn tại lơ lững trong dung dịch chịu tác động bởi 2 lực đối nhau. Lực
hút phân tử Vander Waals có khuynh hướng kết hợp các hạt keo lại khi chúng ở 1
khoảng cách phân tử rất gần nhau. Lực đẩy tĩnh điện ngăn cản sự kết hợp các hạt
keo tinh điện cùng dấu.
- Tồn tại một điện thế điện động Zê ta: là điện thế tính từ mặt trượt của hạt và
trong lòng dung dịch.
Câu 19: Trình bày nội dung của sự tạo thành keo nhôm bằng hòa tan anot?
- Đối với dung dịch có pH= 5-7 khi điện phân trên anot có sự thoát khí oxi, trên
catot thoát khí hidro, ion nhôm bị thủy phân nên pH dung dịch thấp thành phần chủ
yếu là Al(OH)

2+
và Al(OH)
+
ngoài ra còn có Al
3+
và Al(OH)
3
- Nếu dung dịch có tính axit hàm lượng phức hidroxo tích điện dương khá cao
chúng nằm phân tán chậm liên kết lại để tạo thành keo lớn hơn
- Khi tăng pH lên >6 thì ion Al
3+
vừa hình thành sẽ bị thủy phân hoàn toàn phức
hidroxo Al(OH)
2+
và Al(OH)
2
+
liên tục thủy phân, sản phẩm thủy phân cuối cùng là
Al(OH)
3
đến khi pH nằm trong khoảng 7-8 thì Al(OH)
3
đạt nồng độ cực đại, như
vậy khi tăng pH hàm lượng các hạt keo dương giảm dần, các sản phẩm thủy phân
dễ liên kết với nhau lại hơn tạo thành các hạt keo lớn hơn. Thứ tự các phản ứng
thủy phân xảy ra như sau:
Al
3+
.6H
2

O + H
2
O  Al(OH)
2+
.5H
2
O + H
3
O
+
Al(OH)
2+
.5H
2
O + H
2
O  Al(OH)
+
.4H
2
O + H
3
O
+
Al
3+
.6H
2
O + 2H
2

O  Al(OH)
2
+
.4H
2
O + 2H
3
O
+
Al(OH)
2
+
.4H
2
O + H
2
O  Al(OH)
3
.3H
2
O + H
3
O
+
- Trong quá trình điện phân pH của lớp dung dịch sát anot giảm dần do tạo ra keo
nhôm và thoát oxi nên các hidroxo tích điện dương có độ phân tán rất cao. Trong
điện trương ion H
+
chuyển về catot sẽ trung hòa các ion OH
-

chuyển từ catot sang
anot. Giúp cho quá trình thủy phân hình thành các hidroxo dễ dàng. Trong khoảng
pH chày từ 5,7-7 các thành phần chính là Al(OH)
2+
, Al(OH)
2
+
và Al(OH)
3
. Tăng
pH và thời gian điện phân các phân tử đó liên kết tạo các hạt đa nhân.
Câu 20: Trình bày tính chất keo của chất màu hữu cơ?
- Đa số các chất màu tồn tại trong nước dạng keo hoặc bán keo tùy thuộc vào bản
chất, cấu tạo kích thước và khối lượng phân tử của chất màu hữu cơ mà nó ở dạng
hòa tan hay phân tán trong dung dịch. Khi các phân tử có phần không phân cực lớn
và phần phân cực nhỏ thì phân tử thuốc nhuộm riêng lẻ có thể tạo thành misen keo.
Sự liên kết xảy ra đối với những thuốc nhuộm mà phân tử chứa nhiều nhóm kị
nước ví dụ như thuốc nhuộm polymethin. Một vài loại của thuốc nhuộm này không
liên kết trong rượu nhưng liên kết trong nước tạo thành các misen làm cho độ nhớt
tăng, dải phổ hấp phụ màu bị thay đổi. Các phân tử thuốc nhuộm có nhiều vòng
cacbua hidro kị nước và một số nhóm phân cực ưa nước như: SO
3
Na, OH,
COONa. Có thể tan trong nước, rượu, axeton….Tùy khối lượng và cấu tạo phân tử
mà chúng có thể tồn tại dạng keo ưa nước hay hòa tan tạo thành dung dịch thực.
Các phân tử khá nhỏ như metyl da cam mà bao gồm 1 số ít vòng thơm và nhiều
nhóm phân cực mạnh như OH, SO
3
Na thì không tạo thành misen. Các điều kiện
khác như nồng độ chất màu chất điện ly nhiệt độ dung dịch có thể ảnh hưởng đến

độ bền của chất màu: Nồng độ chất màu tăng thì làm giảm độ bền của keo- sự có
mặt của các chất điện ly có thể làm thay đổi độ bền của hệ keo màu, nhiệt độ tăng
làm tăng độ hòa tann của chất màu nên độ bền của keo tăng lên. Sự tạo thành
misen phụ thuộc vào nồng độ thuốc nhuộm, muối NaCl, khi nồng độ NaCl lớn thì
những misen khổng lồ của benzo purpurin xuất hiện, nhiệt độ cao hơn 60
0
C thì
không thấy tạo thành misen. Sự tạo thành misen được nhận nhận thấy với các
thuốc nhuộm có màu vàng. Tóm lại sự liên kết tạo thành misen của các thuốc
nhuộm khác nhau dường như được khống chế bởi các quá trình tương tự như sự
kết hợp của các phân tử chất tẩy rửa, các phân tử bao gồm nhóm có cực, không có
cực.
Câu 21: Trình bày sự tạo bông lần nhau của các chất keo tích điện?
- Hệ keo có thể bền hay kém bền khi có mặt các chất màu điện ly và chất keo khác
để phá bền hệ keo ưa nước người ta có thể sử dụng các chất keo tích điện trái dấu
với đầu phân cực của chất keo bảo vệ, sự tạo bông có thể xảy ra khi chất keo tích
điện âm được trộn lẫn với chất keo tích điện dương khi 2 chất keo tích điện trái dấu
tương tác như vậy thì sự tạo bông luôn luôn xảy ra hiện tượng tương tự xảy ra khi
1 cấu tử của hệ là kị nước còn cấu tử kia là ưa nước yếu và có hàm lượng không
nhiều quá. Sự tạo bông cũng xảy ra khi các chất đa điện ly bị Sol vác rất kém hay
chúng có kích thước lớn và rất không đối xứng. Số lượng và sự phân bố điện tích
cũng là những vấn đề quan trọng trong sự tạo bông.
Câu 22: Trình bày đặc trưng của cơ chế keo tụ điện hóa chất màu?
- Sự keo tụ xảy ra do chất màu hấp phụ lên các phức hidroxo nhôm, các phức
hidroxo này tiếp tục bị thủy phân khối vô định hình nhôm hidro xít hình thành
càng tạo điều kiện thuận lợi cho các chất màu hấp phụ vào nhôm hidro xít phân tử
liên kết tạo thành bông keo lớn hơn lôi cuốn chất màu theo cơ chế keo tụ quét. Các
yếu tố ảnh hưởng đến việc tách loại màu:
+ Bản chất tách màu: Phương pháp keo tụ bằng muối Al chỉ có hiệu quả đối với
các chất màu hữu cơ phân tán, không tan trong nước. Đối với các thuốc nhuộm

hoàn nguyên tan hoặc hoạt tính nếu các phân tử chất màu cồng kềnh phức tạp có
khả năng tạo phức với Al thì phương pháp đông tụ điện vẫn có thể áp dụng được
đây có lẽ hạn chế áp dụng của keo nhôm.
+ Các dạng khác nhau của keo nhôm: Tùy thuộc vào giá trị pH mà các dạng tồn tại
của các phức hidroxo cũng khác nhau do vậy hiệu quả xử lý cũng thay đổi theo giá
trị pH, khi pH 6-8 các hạt keo nhôm mang điện tích dương rất dễ tương tác với các
chất màu mang điện tích hay trung tính nên hiệu quả xử lý rất cao.
+ Các yếu tố khác như: Khuấy trộn dung dịch, nhiệt độ… ảnh hưởng đến tính bền
của hạt keo hay nói cách khác sẽ ảnh hưởng đến hậu quả xử lý. Ở catot ion OH
-
tạo
ra do phản ứng thoát khí H
2
sẽ chuyển sang anot cùng với các phân tử chất màu
nhưng với tốc độ lơn hơn do có kích thước bé hơn. Các ion H
+
, Hidroxo và keo Al
sẽ chuyển sang catot. Ion H
+
do có kích thước bé hơn nên chuyển động nhanh hơn,
các phân tử chất màu không tương tác trung hòa điện tích với chất màu. Chúng
nhanh chóng trung hòa các ion OH
-
. Các hidroxo, keo nhôm di chuyển chậm hơn
sẽ tham gia các phản ứng hấp phụ và trung hòa điện tích các phân tử chất màu.
Đồng thời các hidroxo tiếp tục thủy phân nên tiếp tục hấp phụ trung hòa điện tích
các ion màu. Các phân tử chất màu nằm trong khu vực anot sẽ không bị va chạm
với các ion H
+
nên xác xuất va chạm có hiệu quả với các phản ứng hidroxo, keo

nhôm là rất lớn. Trong khoang pH=8 các ion OH
-
đồng thời tham gia phản ứng
thoát oxi và tương tác với ion H
+
thúc đẩy nhanh quá trình tạo phức hidroxo và keo
phân tán tích điện dương. Keo nhôm sau khi hấp phụ chất màu dưới tác dụng tuyển
đổi các bọt khí ở 2 cực anot và catot sẽ nổi lên trên bề mặt dung dịch. Cơ chất hấp
phụ và trung hòa điện tích khống chế chủ yếu quá trình đông tụ điện.
Câu 23: Lợi ích của phương pháp đông tụ điện trong xử lý nước thải, dệt
nhuộm?
Câu 24: Trình bày quá trình sản xuất Criolit bằng phương pháp axit, phương
pháp kiềm?
- Phương pháp axit:
Na
3
AlF
6
hoặc 3NaF.AlF
3
CaF
2
+ H
2
SO
4
 CaSO
4
+ 2HF
12HF + Na

2
CO
3
+ 2Al(OH)
3
 2(3NaF.AlF
3
) + 2CO
2
- Phương pháp kiềm:
B1: Sản xuất NaF
CaF
2
+ Na
2
CO
3
+ SiO
2
 2NaF + CO
2
+ Cao.SiO
2
CaF
2
+ Na
2
CO
3
+ Fe

2
O
3
 2NaF + CO
2
+ Cao.Fe
2
O
3
B2: Sản xuất AlF
3
NaAlO
2
+ CO
2
+ H
2
O  Al(OH)
3
+ NaHCO
3
Al(OH)
3
+ 3NaF  AlF
3
+ 3NaOH
AlF
3
+ 3NaF  Na
3

AlF
6
Câu 25: Nêu tính chất của hỗn hợp Criolit và oxit nhôm?
- Hai thành phần chính là oxit nhôm và Criolit nhiều nghiên cứu thay bằng chất
khác nhưng không có kết quả.
- Tính dẫn điện cao, độ nhớt thấp, khối lượng riêng ở nhiệt độ cao nhỏ hơn Al,
trong dung dịch điện phân nóng chảy nhôm thành phần NaF và AlF
3
không phải
lúc nào cũng phù hợp với lý thuyết của Criolit trong quá trình điện phân nó giảm
dần theo chiều cao của bể điện phân thành phần của 2 cấu tử này không đồng nhất
tỉ số NaF/AlF
3
thường = 3. Khi <3 dung dịch có tính axit.
- Trong sản xuất lượng nhôm oxit thường 8%, quá 8% nhôm oxit bắt đầu kết tinh
tạo ra cặn ở đáy bể điện phân. Thêm AlF
3
, CaF
2
, MgF
2
để điều chỉnh các ảnh
hưởng xấu.
- Khối lượng riêng của hỗn hợp ở 1000
0
C: đối với NaF 1,96g/cm
3
, Criolit
2,112g/cm
3

, Al 2,289g/cm
3
.
Câu 26: Trình bày lý thuyết điện phân tinh luyện kẽm?
- Điện phân tinh luyện kim loại dựa trên nguyên tắc: điện phân dung dịch hoặc
muối nóng chảy của kim loại đó thường sử dụng anot không hòa tan.
+ Phản ứng ở anot: M
n+
+ ne  M
+ Phản ứng ở catot: 2H
2
O  O
2
+ 4H
+
+ 4e.
- Dung dịch điện phân thường là muối sunfat của kim loại, H
2
SO
4
được lựa chọn vì
rẽ tiền. Trong nhiều quá trình kim loại thường chứa trong quặng oxit hoặc sunfit
với hàm lượng không lớn. Việc làm giàu là cần thiết, điện phân tinh luyện là bước
sau cùng.
- Chuẩn bị nguyên liệu thường qua các bước:
B1: làm giàu quặng: tách chất thải bằng tuyển nổi, làm tăng nồng độ của muối
sunfit hay oxit kim loại.
B2: Nung: chuyển kim loại dạng sunfit hay dạng oxit có thể tan trong axit H
2
SO

4
B3: Cô đặc chất tan: Dung dịch thu được ở dạng sunfat, có các tạp chất khác.
B4: Tinh chế: loại bỏ các tạp chất có điện thế dương hơn có thể kết tủa cùng với
kim loại, H
2
phóng điện. Loại bỏ các tạp chất bằng cách tăng pH của dung dịch, kết
tủa bằng H
2
S
B5: Điện phân: Kết tủa kim loại trên catot trong thùng phản ứng. Khi oxi có mặt ở
anot nồng độ ion kim loại giảm, độ axit của dung dịch điện ly tăng lên dẫn đến giải
phóng H
2
đồng thời với kết tủa kim loại. Thông thường phải bổ sung lượng ion kim
loại.
Câu 27: Trình bày quy trình luyện Kẽm?
- Luyện kẽm thông dụng nhất là điện phân dung dịch kẽm sunfat sản phẩm kẽm
thu được có thể đạt tới 99,99%, ít mất mát kẽm hơn các phương pháp tinh luyện cổ
điển khác.
+Phản ứng ở catot: Cho kết tủa kim loại Zn
Zn
2+
+ 2e  Zn
Oxi thoát ra trên điện cực không tan:
2H
2
O  O
2
+ 4H
+

+ 4e.
- Do quá thế của H
2
Zn rất cao nên Zn có thể kết tủa trong môi trường axit với hiệu
suất rất cao. Thế khử của ion Zn
2+
âm hơn điện thế khử của ion H
+
. Có mặt các tạp
chất khác chúng sẽ kết tủa đồng thời với Zn. Trên catot có những vị có quá thế H
2
thấp. Quá trình thoát H
2
xảy ra mạnh đồng thời với hòa tan Zn đã được kết tủa. Các
tạp chất như Cu, Bitmut(Bi), Ge và Sb không chỉ làm giảm hiệu suất dòng mà còn
ngăn không cho Zn kết tủa vì vậy mục đích xử lý quặng Zn để tạo ra dung dịch
ZnSO
4
không có tạp chất, ảnh hưởng không tốt đến phản ứng ở catot.
- Kỹ thuật điện phân: Các thành phần có trong quặng Zn ảnh hưởng đến phương
pháp xử lý dung dịch ZnSO
4
. ZnSO
4
tách ra phản ứng:
Zn + H
2
SO
4
 ZnSO

4
+ H
2
O
- Với quặng sunfua cần phải nung để chuyển thành dạng oxit:
2ZnS + 3O
2
 2ZnO + 2SO
2
- Tạp chất trong quặng kẽm được chia làm 3 nhóm chính:
+ nhóm 1: Fe, Si, Al, Sb, Bi, Ge, Sn
+ Nhóm 2: Cu, Cd, Ni, CO
+ Nhóm 3: Pb, Ag, SiO
2
- Khi hòa tan ZnSO
4
axit tự do giảm pH tăng như vậy sắt (III) kết tủa, Al và 1 phần
Cu ở dạng hidroxit Fe(OH)
3
có diện tích bề mặt riêng lớn Bi, Cd, Ge sẽ hấp thụ lên
bề mặt Fe(OH)
3
và tách khỏi dung dịch. As ở dạng không tan:
Fe
4
O
5
(OH)
5
As.Fe(OH)

2
kết tủa ở pH =6,5 tại giá trị pH này Zn(OH)
2
cũng kết tủa
do vậy nên oxi hóa Fe
2+
thành Fe
3+
2Fe
2+
+ 4H
+
+ MnO
2
 2Fe
3+
+ Mn
2+
+ 2H
2
O
Ni
2+
, CO
2+
cũng phản ứng với MnO
2
ở pH thấp hơn tạo nên ion với hóa trị 3 kết
tủa ở dạng hidroxit CO(OH)
3

và Ni(OH)
3
cũng được tách ra một phần.
- Trong quá trình điện phân MnO
2
tạo ra do phản ứng:
Mn
2+
+ 2H
2
O  MnO
2
+ 4H
+
+ 4e
- Các tạp chất nhóm thứ 3 sẽ không tan năm trong dung dịch lọc ra.
- Kết tủa chứa các tạp chất nhóm 1,3 và 1 phần nhóm 2 tách ra bằng cách lọc. Tách
tạp chất nhóm 2 bị khử bởi Zn.
M
2+
+ Zn  M(kết tủa) + Zn
2+
( M kim loại nhóm 2)
- Sau khi xử lý nồng độ Zn trong khoảng 120-170g/dm
3
axit tự do có nồng độ 150-
200g/dm
3
- Vật liệu dùng làm catot thường là tấm Al dày 4-8mm Zn bám lên Al kém nên dễ
dàng tách ra sau khi điện phân. Anot chì dày từ 5-10mm kích thước khoảng

100x600mm thời gian làm việc từ 1,5-2 năm. Khi anot chì có từ 1-2% Ag thì thời
gian sử dụng từ 3-4 năm thời gian điện phân trong khoảng 10-24h. Điều kiện để
điện phân:
+ Mật độ dòng catot từ 400-700A/m
2
+ Hiệu suất dòng từ 88-92%
+ Thế 3,3,-3,6V
+ Nhiệt độ từ 30-40
0
C
+ Tiêu thụ điện năng 3000-3500KWh/tấn
+ Sản xuất 1 tấn Zn thì cần 4kg Mn(OH)
3
, 16kg Zn bột và 62 kg axit H
2
SO
4