Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh cung cấp cho học viên những kiến thức về thế điện cực, phương trình Nernst mô tả thế điện cực, tốc độ ăn mòn, phương trình Faraday,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài tập Cơ sở khoa học vật liệu: Ăn mòn và bảo vệ vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí HuỳnhCƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh 6/2016 ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆUĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆUĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU THẾ ĐIỆN CỰC ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆUPhương trình Nernst mô tả thế điện cực ở 25oC: 0, 0592 EE  0 logCion nTrong đó:• Cion: là nồng độ ion trong dung dịch (M).• n: là điện tích của ion.• E0: là thế điện cực chuẩn của dung dịch 1M (V). ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Giả sử dung dịch 1000g nước chứa 1g Cu2+ ở 25oC.• Biết thế điện cực chuẩn E0 = 0,34V và khối lượng mol của đồng M = 63,54g/mol.• Tính thế điện cực của đồng. ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Ta biết rằng dung dịch 1M của Cu2+ thu được từ 1mol Cu2+ trong 1000g H2O.• Suy ra nồng độ của dung dịch chứa 1g Cu2+ bằng: 1 CCu 2   0, 0157M 63,54• Từ phương trình Nernst, với n = 2, E0 = +0,34V, ta có: 0, 0592 EE  0 logCion n 0, 0592  E  0,34  log 0, 0157  0, 29V 2ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU TỐC ĐỘ ĂN MÒN ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆUPhương trình Faraday định lượng vật liệu được mạ lêncathode hoặc bị mòn đi ở anode: ItM w nFTrong đó:• w: là lượng vật liệu bám vào hoặc mất đi ở điện cực (g)• I: là dòng điện (A).• M: là nguyên tử lượng (g/mol).• t: là thời gian (s).• n: là điện tích của ion.• F: là hằng số Faraday (96500C). ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆUPhương trình Faraday định lượng vật liệu được mạ lêncathode hoặc bị mòn đi ở anode.• Với diện tích bề mặt điện cực là A (cm2):• Mật độ dòng điện i = I/A: iAtM w nF ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Cần mạ một lớp đồng dày 0,1cm lên bề mặt một cathode có diện tích 1cmx1cm.• Biết đồng có khối lượng riêng bằng 8,93g/cm3 và khối lượng mol bằng 63,54g/mol.• Thiết kế quá trình (dòng điện, thời gian mạ). ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Diện tích bề mặt cathode cần mạ A = 1cm2.• Với lớp đồng dày 1cm, ta có thể tích đồng: V  1cm 2  0,1cm  0,1cm3• Khối lượng đồng: m  V  8,93  0,1  0,893g• Từ phương trình Faraday, ta có: wnF It  M 0,893  2  96500  It   2712As 63,54 ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆUDòng điện Thời gian 0,1A 27,124s = 7,5h 1,0A 2,712s = 45,2h 10,0A 271,2s = 4,5 phút 100,0A 27,12s = 0,45 phút ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Nhúng sâu 20cm một thanh sắt 10cmx10cm trong một dung dịch ăn mòn.• Sau 4 tuần, khối lượng thanh sắt giảm 70g.• Tính dòng và mật độ dòng ăn mòn. ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Tổng thời gian của quá trình ăn mòn: t  4  7  24  3600  2, 42 106 s• Từ phương trình Faraday, n = 2, M = 55,847g/mol, ta có: wnF I tM 70  2  96500 I  0,1A  2, 42 10   55,847 6 ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Tổng diện tích thanh sắt bị ăn mòn: A   4maët beân   10  20   1maët ñaùy   10 10   900cm 2• Mật độ dòng điện: I i A 0,1 i  1,11104 A / cm 2 9004x(10x20) 1x(10x10) ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Giả sử một pin ăn mòn đồng-kẽm có mật độ dòng điện qua cathode là 0,05A/cm2.• Diện tích của 2 điện cực đồng và kẽm đều là 100cm2.• Biết khối lượng mol của kẽm bằng 65,38g/mol.• Tính dòng và mật độ dòng ăn mòn của điện cực kẽm.• Tính lượng kẽm mất đi trong mỗi giờ. ĂN MÒN VÀ BẢO VỆ VẬT LIỆU• Dòng ăn mòn: I  i Cu A Cu  0, 05 100  5A• Dòng ăn mòn bằng nhau tại mọi điểm trong pin.• Suy ra mật độ dòng của kẽm: I 5 i Zn    0, 05A / cm 2 A Zn 100• Từ phương trình Faraday, n = 2, M = 65,38g/mol, ta có: ItM w nF 5  3600  65,38 w  6,1g / h ...