Câu 1: Thế nào là sự phân cực. Cho VD. Thế nào là phân cực anot, catot. Nguyên nhân gây ra sự phân cực. Khi tiến hành phân cực trên bề mặt các điện cực xảy ra quá trình gì?

* Sự phân cực

Hiện tượng chuyển dịch điện thế điện cực so với điện thế điện cực cân bằng () do 1 dòng điện chuyển qua điện cực được gọi là sự phân cực điện cực.

VD: Đối với 1 điện cực đơn như Cu2+/Cu, tại bề mặt phân cách giữa KL và dd xảy ra phản ứng:

Cu2+ + 2e = Cu    (1)

Khi điện cực ở TTCB ( không có dòng điện chuyển qua, mạch hở) thì:

 = 0,34 V

- Nếu ta áp lên điện cực Cu 1 điện thế  > thì  tăng do phản ứng (1) xảy ra theo hướng:

Cu = Cu2+ + 2e

Điều này dẫn tới  tăng =>  tăng lên lệch khỏi vị trí cân bằng = > hiện tượng phân cực.

* Phân cực catot và anot

- Phân cực anot là hiện tượng điện thế điệc cực dịch chuyển về phía dương hơn

- Phân cực anot là hiện tượng điện thế điệc cực dịch chuyển về phía âm hơn

* Nguyên nhân gây ra sự phân cực

- Chậm phóng điện tức là quá trình chuyển nhận điện tử diễn ra chậm

- Chậm loại vỏ hydrat của ion

- Chậm kết tinh KL trên bề mặt điện cực

- Chậm khuếch tán chất phản ứng đến bề mặt điện cực

- Chậm thoát các phân tử khí ra khỏi bề mặt điện cực

- Chậm tái kết hợp nguyên tử thành phân tử

* Khi tiến hành phân cực trên bề mặt các điện cực xảy ra quá trình

- Quá trình catot là quá trình khử điện hóa, trong đó các phân tử phản ứng nhận e từ điện cực.

- Quá trình anot là quá trình OXH điện hóa, trong đó các phân tử phản ứng cho e cho điện cực.

- Trong TH hệ điện hóa là nguồn điện thì phân cực làm cho điện thế điện cực (+) và (-) tiến lại gần nhau => giảm cường độ dòng điện.

- Trong TH hệ điện hóa là quá trình điện phân thì phân cực làm cho điện thế điện cực (+) và (-) tách xa nhau ra => điện thế áp từ bên ngoài vào phải > - thì quá trình điện phân mới xảy ra. Trên bề mặt điện cực, cặp OXH-K nào có điện thế ít âm nhất (dạng OXH mạnh nhất) sẽ bị khử đầu tiên.

Câu 2: Trình bày sơ đồ và các giai đoạn phản ứng điện hóa đơn giản tại bề mặt điện cực đối với quá trình điện cực. Thế nào là quá thế anot, catot

a, Sơ đồ và các giai đoạn phản ứng điện hóa đơn giản

O + ne = Kh

( Sơ đồ)

- Giai đoạn 1: vật chất OXH bê trong lòng dd di chuyển đến bề mặt điệc cực vào vùng khuếch tán nhừ quá trình chuyển khối.

- Giai đoạn 2: vật chất OXH tiếp tục dịch chuyển đến bề mặt tiếp xúc cực đại có thể xảy ra 1 số phản ứng hóa học. Sau đó đi vào bề mặt điện cực hấp phụ lên đó, thực hiện phản ứng điện hóa, trao đổi e với điện cực.

- Giai đoạn 3: vật chất OXH sau khi phản ứng trở thành chất khử, tiến hành nhả hấp phụ và tồn tại trên bề mặt tiếp cận cực đại.

- Giai đoạn 4: vật chất khử tiến ra khỏi bề mặt tiếp cận cực đại, có thể thực hiện 1 số phản ứng hóa học rồi đi vào vùng khuếch tán, tiếp tục chuyển vào trong lòng dd nhờ quá trình chuyển khối.

b, Quá thế

- Quá thế là độ chênh lệch điện thế so với điện thế cân bằng để xảy ra phản ứng với tốc độ i nào đó. Quá thế có thể coli là năng lượng điện khắc phục các trở lực của quá trình điện hóa diễn ra trên bề mặt điện cực ( )

- Quá thế anot: độ chênh lệch của điện thế điện cực so với điện thế cân bằng khi điện thế điện cực dịch chuyển về phía dương hơn

- Quá thế catot: độ chênh lệch của điện thế điện cực so với điện thế cân bằng khi điện thế điện cực dịch chuyển về phía âm hơn

Câu 3: Đường cong phân cực của quá trình kết tủa có đặc điểm gì. Dòng giới hạn là gì. Ý nghĩa của dòng giới hạn.

a, Đường cong phân cực của quá trình kết tủa

( Sơ đồ)

- Vùng I: vùng động học, tốc độ phản ứng bị khống chế bởi các yếu tố điện hóa.

- Vùng II: vùng quá độ

- Vùng III: vùng khuếch tán, tốc độ phản ứng bị khống chế vởi yếu tố khuếch tán.

Ở vùng I, II khi nồng độ dòng điện tương đối nhỏ thì tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào sự khuếch tán đảm bảo cung cấp hay thải kịp thời sản phẩm ra khỏi bề mặt phản ứng.

Ở vùng III khi mật độ dòng điện lớn sự khuếch tán không kịp và toàn bộ quá trình bị khống chế bởi khuếch tán

b, Dòng giới hạn, ý nghĩa của dòng giới hạn

- Dòng giới hạn là dòng mà khi đó dù tăng điện thế thì mật độ dòng điện cũng không tăng được nữa, hay nói cách khác đó là mật độ dòng điện cực đại đạt được khi 1 phân tử phóng điện.

- Ý nghĩa của dòng giới hạn

+ Khi điện thế điện  cực tăng liên tục, tốc độ phản ứng điện cực không tăng nữa có nghĩa phản ứng đạt tới tốc độ tới hạn.

+ Tốc độ tới hạn phân biệt ranh giới giữa vùng kết tủa Kl chặt sít với jeets tủa KL dạng bột.

+ Dựa vào đặc điểm dòng giới hạn được ứng dụng trong phương pháp cực phổ phân tích ion Kl.

Câu 4: Mật độ dòng điện là gì. Thế nào là mật độ dòng anot, catot. Mật độ dòng trao đổi là gì, ý nghĩa của nó.

* Mật độ dòng điện

Mật độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tốc độ của phản ứng điện hóa, là tỉ số giữa dòng điện trên 1 tiết diện điện cực:

i = (cường độ dòng điện I đi qua hệ thống điện hóa) / (diện tích bề mặt điện cực S)

- Mật độ dòng anot tương ứng với tốc độ quá trình OXH, được quy ước là dương (ia > 0)

- Mật độ dòng catot tương ứng với tốc độ quá trình Kh, được quy ước là âm (ic < 0)

* Mật độ dòng trao đổi (iTĐ)

Mật độ dòng trao đổi  là mật độ dòng tương ứng với trạng thái cân bằng của phản ứng điện hóa. Khi đó, tốc độ phản ứng khử = tốc độ phản ứng OXH: ia =  = iTĐ.

- Ý nghĩa của mật độ dòng trao đổi

Mật độ dòng trao đổi là thước đo mức độ thuận nghịch của phản ứng. Mật độ dòng trao đổi càng lớn, ion tham gia quá trình điện cực càng dễ dàng, phân cực càng nhỏ và ngược lại.

Câu 5: Thế nào là nguồn điện hóa học, nguồn sơ cấp, nguồn thứ cấp. Tính năng của nguồn điện hóa học

* Nguồn điện hóa học

Nguồn điện hóa học là nguồn điện mà điện năng nó có được là do năng lượng của các phản ứng hóa học. Hay nguồn điện hóa học là 1 phương tiện để biến năng lượng của phản ứng hóa học thành điện năng.

* Nguồn sơ cấp

Nguồn sơ cấp  (pin) là 1 nguồn điện hóa học mà hệ thống sau khi phóng điện các chất hóa học đã phản ứng khó tái sinh nên chỉ dùng 1 lần.

* Nguồn thứ cấp

Nguồn thứ cấp (ắc quy) là 1 nguồn điện hóa học có khả năng hoạt động lâu dài nhờ tính chất thuận nghịch của quá trình phóng và nạp điện của nó. Khi nạp điện ăc quy tích trữ năng lượng từ dòng điện của nguồn 1 chiều ngoài nhờ 1 phản ứng hóa học. Khi phóng điện, năng lượng đó lại tỏa ra thành dòng điện mạch ngoài do sự xảy ra ngược lại của phản ứng trên.

* Tính năng của nguồn điện hóa học

- Sức điện dộng: là giá trị đại số các bước nhảy điện thế trên các điện cực khi mạch hở: E = -

- Điện thế U=(V) là giá trị đo được khi nguồn làm việc

U = E – Epc – IR  (V)

- Dung lượng C là lượng điện mà nguồn có thể cung cấp khi phóng điện ở những điều kiện nhất định.

Ăc quy: dung lượng nạp: lựơng điện cung cấp để đầy bình

              dung lượng phóng: lượng điện phóng ra

C = I. t =

I: cường độ dòng phóng

t: thời gian

- Sự tự phóng điện là hiện tượng mất mát dung lượng 1 cách vô ích khi mạch ngoài hở.

Nguyên nhân gây ra:

+ Do trong điện dịch có ion KL có điện thế dương lớn => làm kết tủa trên bề mặt, điện thế (-) nhỏ

+ Do dd muối không đồng nhất

+ Do vật liệu làm điện cực bị ăn mòn, bị hòa tan do các tác nhân bên ngoài

+ Do trong dd điện ly có các ion KL nhiều hóa trị khác nhau như Fe

+ Chất hoạt động điện cực tự phản ứng với điện tích

+ Quá trình vận chuyển chất hoạt động bong tróc

Câu 6: Trình bày pin khô Zn-MnO2. Cấu tạo và tác dụng của từng chi tiết.

Quá trình phản ứng điện cực

- Được phát minh đầu TK 20, cho đến nay vẫn đượ sử dụng rộng rãi, tuy nhiên trên thế giới đã bỏ, chỉ có những nước nghèo và đang phát triển.

- Sức điện động của pin: E=1,45-1,9V

- Dung lượng: C=0,25-3,2 Ah

- Thời gian bảo quản ngắn.

- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, sử dụng thuận tiện, di chuyển dễ dàng, lắc xóc không ảnh hưởng, rẻ tiền.

- Nhược điểm: độ tự phóng cao.

a, Cấu tạo

Đây là loại pin được sủ dụng phổ biến nhất hiến nay

1. Anot – vỏ pin                                 7. Lót giấy 2

2. Lót giấy đáy                                   8. Lót giấy 3

3. Lớp giấy tẩm hồ                             9. Khoảng không

4. Chất hoạt động cực dương             10. Lớp xi phong khẩu

5. Điện cực graphit                             11. Nắp nhựa

6. Lót giấy 1                                       12. Mũ đồng

    ( Sơ đồ)

- Anot Zn (vỏ pin): sản xuất từ Zn tinh khiết 99,99% và bổ sung nguyên tố kim loại vi lượng là Cd kim loại.

- Lót giấy đáy: là lớp giấy dày có tác dụng ngăn sự tiếp xúc trực tiếp của chất hoạt động cực dương với điện cực âm tránh hiện tượng đoản mạch

- Lớp giấy tẩm hồ: là lớp giấy mỏng vừa có tác dụng ngăn sự tiếp xúc chất hoạt động cực âm-cực dương. Đồng thời chứa NH4Cl đóng vai trò chất điện ly dẫn điện.

- Chất hoạt động cức dương: bao gồm

  + Bột MnO2 : là thành phần chính catot sinh điện

  + Bột graphit: là chất dẫn điện

  + Muội axetilen: duy trì độ dốc, hấp phụ sản phẩm tạo thành ảnh hưởng đến sự hoạt động của pin

  + NH4Cl tinh thể, than hoạt tính…

- Điện cực graphit: xốp đã biến tính, có tác dụng dẫn điện từ khối chất hoạt động cực dương ra ngoài.

- Lót giấy 1: là giấy dày, có tác dụng cố định khối chất hoạt động điện cực dương

- Lót giấy 2: tác dụng đỡ lớp xi phong khẩu tạo thành khoảng trống trong pin.

- Lót giấy 3: giữu khối xi phong khẩu không cho khối này chảy ra ảnh hưởng đến quá trình bảo quản và sử dụng

- Khoảng không: là không gian trống điều hòa áp suất trong pin, tránh hiện tượng nổ pin.

- Lớp xi phong khẩu: tác dụng bịt kín pin, không cho không khí tiếp xúc với khối chất hoạt động, làm tăng tốc độ tự phóng của pin đồng thời ngăn cản sự bốc hơi nước làm khô khối chất hoạt động cực dương

- Lắp nhựa: che kín chi tiết bên trong, tăng thẩm mỹ.

- Mũ đồng: làm bằng Cu kim loại mạ Ni bên ngoài, có tác dụng bảo vệ điện cực và làm tiếp điểm điện khi sử dụng

b, Phản ứng điện cực

(-) Zn/NH4Cl/MnO2 (+)

Anot (-): Zn – 2e = Zn2+

               Zn + H2O – e = Zn(OH)2 + H+

Catot (+): MnO2 + H+ + e = MnOOH   

                 NH4­Cl = NH4+ + Cl

                 NH4+ + OH = NH4OH = NH3 + H2O

Phản ứng tổng quát:

2Zn + 4MnO2 + 4NH4­Cl = ZnCl2 + 4MnOOH  +  [Zn(NH3)4]Cl2

Câu 7: Lý thuyết về ăc quy chì. Phân tích yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng ăc quy chì

a, Lý thuyết về ăc quy chì

- Sơ đồ điện hóa: (-) Pb/H2SO4/PbO2 (+)

- Lich sử hình thành ăc quy chì kéo tài từ năm 1859 khi Plang đưa ra cơ sở phát minh ăc quy và chế tạo ăc quy chì đầu tiên năm 1860. Đến năm 1881 ăc quy chì được cải tiến, khắc phục được các nược điểm bằng cách tạo các tấm điện cực chì lưới, dùng bột PbO2­ và nó được sử dụng phổ biến trong đời sống kinh tế bắt đầu từ năm 1882.

- Lý thuyết các quá trình điện cực

(-) Pb + SO42- = PbSO4 + 2e

(+)  PbO2 + 4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O – 2e

Phản ứng tổng cộng: Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42 = 2PbSO4 + 2H2O

b, Các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng ăc quy chì

- Lượng chất hoạt động: lượng chất hoạt động càng nhiều, chất lượng càng tốt thì dung lượng lớn và ngược lại. Nếu có tạp chất sẽ tăng sự tự phóng và giảm dung lượng.

- Nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ thì dung lượng của ăc quy chì tăng do điện trở trong giảm và sức điện động E tăng. Ngoài ra nhiệt độ còn ảnh hưởng đến các quá trình điện cực.

- Tính chất của chất hoạt động: thể hiện ở độ tinh khiết và kích thước của chất hoạt động. VD kích thước hạt mịn thì bề mặt tiếp xúc pha lớn, phản ứng xảy ra nhanh => dung lượng lớn

- Nồng độ chất điện giải: nồng độ H2SO4 thích hợp là 32-34%. Nồng độ cao quá gây thoát hơi axit là ăn mòn thiết bị, còn nếu nồng độ thấp quá làm giảm dung lượng, dd không đồng nhất làm tăng sự tự phóng.

- Chế độ hoạt động: đường cong phóng nạp ít biến đổi theo thời gian. Cần hạn chế hoạt động phóng, nạp hợp lý. Nếu phóng nạp quá sâu hay nạp không đủ đều làm giảm dung lượng.

- Thời gian sử dụng: tuổi thọ ăc quy chì không cao, dễ bay hơi axit khi nạp và có sự tự phóng làm giảm dug lượng.

Câu 8: Nguyên liệu và chuẩn bị nguyên liệu để sản xuất  NaOH,Cl2,H2:đặc điểm của một số chất thường dùng.

* Nguyên liệu : Nước biển, muối mỏ: NaCl chiếm 97%

* Chuẩn bị nguyên liệu:

a, Pha chế

- Thu  được bằng cách hòa tan, muối tinh thể bằng nước mềm

- Quá trình hòa tan tạo ra nhiệt độ trực tiếp bằng hơi nước bão hòa. Sau khi hoàn thành thu được dung dịch muối ở trạng thái bão hòa nồng độ 310-315g/l

b,Tinh chế

+ Mục đích: loại bỏ các loại tạp chất ảnh hưởng -> qtdp, tạp chất(còn Mg,Ca,chất cơ học)

+ Phương pháp loại:

- Xô đa-kiềm : Na2CO3 + NaOH:

          Đặc điểm chi phí tốn kém nhung cho độ sạch cao

          Nguyên tắc:       Na2CO3 = 2Na+ + CO32-

                                    NaOH = Na+  + OH-

                                    Ca2+ + CO32- = CaCO3

                                    2OH- + Mg2+ = Mg(OH)2

                                                        SO42- + Ba2+ = BaSO4

- Sữa vôi-xô đa:

Đặc điểm: rẻ tiền nhưng phức tạp, dùng trong trường hợp tạp chất nhiều  Mg2+

                          Ca(OH)2 = Ca2+ + 2OH-

- Sữa vôi-sunfat: vẫn sử dụng một lượng Na2CO3 : AD cho dung dịch có nhiều ion Ca2+

                               Ca2+ + SO42- = CaSO4   gạn bỏ vẫn dư Ca2+

                               Ca2+ + CO32- = CaCO3

- Nhựa trao đổi ion: dùng nhựa trao đổi ion để tách bỏ các tạp chất R-Na+

                                     Ca2+ = 2R-Ca2+ + Na+

                                     Mg2+

                                           2R-Ca2+ + 2HCl = 2R-H+ + CaCl2

                            2R-H+ + NaOH = R-Na+ +H2O

 Dung dịch rất sạch nhưng tốn kém,đắt tiền nên không dùng trong công nghiệp                                                                                                                                                                                                                                   .- Tia hồng ngoại :

+ Chiếu tia hồng ngoại qua các tinh thể  muối, tinh thể không chứa tạp chất thì         cho tia hồng ngoại xuyên wa, tinh thể chứa tạp chất hấp thụ tia hồng ngoại và nóng lên.

+ Cho tinh thể muối wa băng truyền nhạy với nhiệt độ: các tinh thể có nhiệt      độ cao sẽ bị giữ lại. Phương pháp này tốn  kém,phức tạp nên không dùng trong       công nghiệp.

Câu 9: Theo phương pháp sản xuất NaOH-Cl2-H2 bằng phương pháp catot rắn, các quá trình được diễn ra ntn? tn là phản ứng phụ, phản ứng thứ? Hãy phân tích các yếu tố gây ra các phản ứng không mong muốn và cách khắc phục

a, Quá trình điều chế

(c) Na+, H2O:

      H2O + e = ½ H2 + OH-

      Na+ + OH- = NaOH

(a) Cl-, H2O:

      2Cl- -  2e = Cl2                            E = 1,33V

    ( H2O – e  = ½ O2 + 2H+ )            E = 0,87V

Do đó O2 có xu hướng thoát trước, Cl2 thoát sau. Vì vậy,phải có chất thích hợp để ưu tiên quá trình thoát Cl2 or không cho O2 thoát ra or O2 thoát ra rất nhỏ mà                                       η = φ - φcb  → φ = η + φcb

Trường hợp này cần chọn được chất có η thoát O2 rất lớn. thường dùng Pt,Gr,Ti phản ứng oxit hỗn hợp TiO2: RuO2 = 7: 3

Phản ứng tổng:            NaCl + H2O = NaOH + ½ H2 + ½ Cl2

b, Phản ứng phụ

- Không phải là phản ứng oxi hóa

- Catot không có phản ứng phụ nên H=100%

- Anot có phản ứng phụ là phản ứng thoát O2

c, Phản ứng thứ

- Là phản ứng diễn ra sau khi có sản phẩm oxi hóa

- Là phản ứng theo cơ chế : điện hóa và hóa học

+ Hóa học: Cl2 tan vào trong dung dịch sau

                  Cl2 + H2O = HCl + HClO

                  HCl + NaOH = NaCl + H2O

                  HClO + NaOH = NaClO + H2O

  Làm giảm hiệu suất , làm cho sản phẩm lẫn tạp chất. Bản chất là quá trình hấp thụ bị ảnh hưởng bởi yếu tố dung môi,nhiệt độ,áp suất.

 - Khắc phục:

+ Loại trừ yếu tố bằng chất tác dụng

+ Tăng nhiệt độ làm hiệu suất điện phân tăng,tăng đến nồng độ bão hòa,hiệu suất cao nhất nên nồng độ không tăng nữa.

+ Tác dụng vào nhiệt độ,nhiệt độ ảnh hưởng tới quá trình hấp thụ,nhiệt độ tăng thì hấp thụ giảm,nhiệt độ càng cao thì càng khó hòa tan,nhiệt độ cao quá làm nước bay hơi và muối kết tinh lại.khi sản phẩm chứa nhiều nước sẽ tạo thành phân tử hidrat gây ăn mòn thiết bị,tốn kém thêm khi làm

+ Can thiệp vao phương pháp điện phân: cho dung dịch vào và ra liên tục, đồng thời dùng màng ngăn giữa (a) và (c),hạn chế sản phẩm di chuyển sang vùng khác.

+ Khi Cl2 thu được ở (a) dịch chuyển về OH- hạn chế thu được OH- ở (c) làm Cl dịch chuyển liên tục

- Cách tách:

+ Ngâm chất cần tẩy trong dung môi hh

+ Cho hơi dung môi hc ngưng tụ lên bề mặt cần tẩy,giúp cho bề mặt sạch cần tẩy được mọi loại dầu mỏ

- Nhược điểm:

+ Thường dễ bay hơi độc hại nên thiết bị phải luôn kín nên ít sử dụng.

+ Thiết bị cồng kềnh.

Câu 10: Vẽ sơ đồ nguyên lý điện phân sản xuất NaOH-Cl2-H2 bằng phương pháp catot lỏng. Hãy giải thích tại sao khi phân hủy hỗn hống phải dùng lá cực Gr để thúc đẩy quá trình phân hủy.

* Sơ đồ điện phân

( Sơ đồ)

* Nguyên lý

- Tiến hành qua 2 giai đoạn

Giai đoạn 1: điện phân tạo ra hỗn hống và Cl2

Giai đoạn 2: phân hủy hỗ hống tạo thành naOH và H2

- Quá trình điện phân

Trên anot: 2Cl- - 2e = Cl2

                  ( 2H2O – 4e = O2 + 4H+)

Trên anot: Na+ + nHg + e = HgnNa

                 ( 2H2O + 2e = H2 + 2OH-)

Các phản ứng thứ chủ yếu là quá trìn clo hòa tan vào trong nước, oxi hóa điện cực C ra CO và CO2.

- Phân hủy hỗn hống

+ Hỗn hống sau khi ra khỏi thiết bị điện phân thì vào thiết bị phân hủy cho ra sản phẩm cuối cùng

HgnNa + H2O = NaOH + H2 + nHg

* Khi phân hủy hỗn hống phải dùng lá cực Gr để thúc đẩy quá trình phân hủy

Sơ đồ pin điện: (-)HgnNa/NaOH + H2O/Hg (+)

Là quá trình xảy ra trong pin điện, anot chứa hỗn hống còn caot Hg xảy ra quá trình thoát H2. tuy niên Hg có quá thế thoát H2 lớn do đó H2 thoát ra chậm, năng suất kém. Do đó ta phải thêm vật liệu có quá thế thoát H2 nhỏ Vd như Ti, Fe, Ni, Pt, Gr… nhưng các KL hầu như tạo hỗn hống với Hg nhưng Gr thì không. Mặt khác Gr lại rẻ tiền, dễ kiếm nên ta dùng Gr.

Câu 11: Dầu mỡ ảnh hưởng thế nào đến quá trình mạ điện. Có các phương pháp tẩy dầu mỡ nào. Trình bày sơ lược các phương pháp. Tại sao phải kết hợp tẩy anot và catot trong tẩy dầu mỡ điện hóa.

a, Dầu mỡ

Dầu mỡ là nguyên nhân làm lớp mạ bám bính kém, ảnh hưởng đến khả năng thẩm mĩ của lớp mạ, ngăn cản quá trình điện kết tủa KL, đồng thời làm bẩn dd.

b, Các phương pháp tẩy dầu mỡ

* Dung môi hữu cơ

- Thường dùng các hợp chất vủa etan, metan, etylen đã được clo hóa, có tính chất không bắt lửa, không gây ăn mòn KL. Tuy nhiên hơi độc hại, có mùi và ảnh hưởng đến MT.

- Cách tẩy:

+ Ngâm các chi tiết cần tẩy trong dung môi hóa học

+ Cho hơi dung môi hữu cơ ngưng tụ trên bề mặt cần tẩy giúp cho bè mặt sạch, có thể tẩy được mọi loại dầu mỡ.

- Nhược điểm:

+ Thường dễ bay hơi, độc hại cho nên thiết bị phải kín => ít được sử dụng.

* Phương pháp hóa học (phương pháp kiềm nóng)

Thường dùng NaOH + Na3PO4 + Na2CO3 + Na2SiO3 + chất hoạt động bề mặt

- Dầu mỡ động - thực vật (do mồ hôi tay): sẽ xảy ra quá trình xà phòng hóa

(C17H35COO)3C3H5 + NaOH = C17H35COONa + C3H5(OH)3

- Dầu mỡ khoáng ( thực tế dùng nhiều như dầu mỡ của các thiêt bị): dễ dàng xảy ra quá trình nhũ tương hóa.

Dung môi khoáng không tham gia và quá trình xà phòng hóa, chúng bị tách ra trong quá trình nhũ tương.

* Phương pháp tẩy điện hóa

- Tiến hành phân cực trong dung dịch tẩy dầu mỡ hóa học nhưng nồng độ loãng, chi tiết cần tẩy được phân cực anot hoặc phân cực catot. Khi phân cực trong quá trình điện hóa diễn ra  trên anot hoặc catot khí H2 hoặc khí O2 thoát ra đẩy lớp dầu mỡ tách ra khỏi bề mặt, ngay lập tức chúng bị nhũ tương hóa giữ lại trong dd.

- Nếu phân cực catot có phương pháp tẩy catot

Nếu phân cực anot có phương pháp tẩy anot

- Ưu điểm: cho bề mặt sạch dầu mỡ

- Nhược điểm:

+ Phương pháp tẩy anot KL bị ăn mòn OXH do khí O2 thoát ra.

+  Phương pháp tẩy catot khí H2 thoát ra gây giòn Kl.

Để khắc phục nhược điểm phát huy ưu điểm người ta dùng tẩy liên hoàn catot rồi anot do sau khí tẩy catot khí H2 thoát ra làm giòn Kl sau đó tẩy anot thì khí O2 thoát ra sẽ làm KL mềm hơn.

* Phương pháp tẩy dầu mỡ siêu âm

Tần số từ 20000Hz trở lên.

- Nguyên tắc: chi tiết cần tảy được đặt trong dd tẩy hóa học có nguồn phát sóng siêu âm, sóng siêu âm lan truyền trong dd làm cho các phân tử chất lỏng dao động vói tần số lớn tạo ra chất màng có P lớn, biến đổi liên tục gây ra áp lực tác động vào bề mặt chi tiết, bào mòn lớp dầu mỡ.

- Ưu điểm: cho bề mặt rất sạch, có thể tẩy dầu mỡ và tẩy gỉ

- Nhược điểm: chi phí cao

* Phương pháp đốt

Nguyên tắc: tác dụng của nguồn nhiệt OXH hoàn toàn dẫu mỡ thành CO2 và H2O.

c, Phải kết hợp tẩy cả anot và catot trong phương pháp điện hóa vì

- Giảm sự sòn H2, tránh sự OXH do O2

- Chi tiết cầ tẩy đóng vai trò catot có tẩy catot H2 thoát ra

Chi tiết cầ tẩy đóng vai trò anot có tẩy anot O2 thoát ra

Khi kết hợp tẩy anot và catot sẽ hạn chế giòn H2 và hạn chế quá trình OXH Kl bởi O2 do có phản ứng tạo ra H2O.

H2 + O2 = H2O

Câu 12: Trình bày điều kiện tạo thành lớp mạ điện.

* Mạ điện là một công nghệ điện phân.

Quá trình tổng quát là:

-Trên anot xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot :

M – ne → Mn+

2H2O – 4e → O2 + 4H+

-Trên catot xảy ra quá trình cation phóng điện trở thành kim loại mạ :

Mn+ + ne → M

Thực ra quá trình trên xảy ra theo nhiều bước liên tiếp nhau, bao nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như: quá trình cation hidrat hóa di chuyển từ dung dịch vào bề mặt catot (quá trình khuếch tán) ; cation mất lớp vỏ hidrat, vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot (quá trình hấp phụ) ; điện tử chuyển từ catot điền vào vành hóa trị của cation, biến nó thành nguyên tử kim loại trung hòa (quá trình phóng điện) ; các nguyên tử kim loại này sẽ tạo thành mầm tinh thể mới, hoặc tham gia nuôi lớn mầm tinh thể đã hình thành trước đó.

* Để kết tủa  kim loại hình thành do nguyên nhân

- Năng lượng điện bên ngoài gây ra

Nguồn điện làm cho các điện cực bị phân cực: là nguồn cung cấp năng lượng cho quá trình cho và nhận e hay gây ra sự phận cực.

- Năng lượng điện do nguồn cung cấp khắc phục các trở ngại F cản trở đối với quá trình nhận e. Khi đó có sự phân cực catot, tức là điện thế catot dịch về phía âm hơn một lượng so với cân bằng :

ηc = φcb - φ = ηnđ + ηđh + ηkt

Trong đó :

ηc : quá thế tổng cộng ở catot

φcb: điện thế cân bằng của catot

φ: điện thế phân cực catot (đã có dòng i)

ηnđ: quá thế nồng độ (phụ thuộc vào quá trình khuếch tán)

ηđh: quá thế chuyển điện tích

ηkt : quá thế kết tinh

Độ phân cực catot: khi kết tủa KL diễn ra với tốc độ I nào đó ηc là năng lượng để khắc phục các trở ngại F cản trở quá trình kết tủa KL.

Do đó, điện kết tủa kim loại trên catot sẽ chỉ diễn ra khi nào điện thế catot dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng về phía âm một lượng đủ để khắc phục các trở lực nói trên.

Câu 13: Phân tích sự ảnh hưởng của phân bố dòng điện đến chiều dày lớp mạ. Để lớp mạ dày đều có thể dùng cách nào, VD

* Ảnh hưởng của sự phân bố dòng dòng điện đến chiều dày lớp mạ

- Quy luật dòng điên ưu tiên thì đường sức điện trường sẽ đi theo con đường nào có điện trở nhỏ nhất do đường sức điện trường ngoài là đường thẳng còn là đường cong cho nên đường sức điện trường tập trung vào các điểm là góc cạnh đường biên của chi tiết cho nên nếu thay đổi khoảng cách giữa anot và catot thì có thể điều chỉnh được lượng Kl kết tủa hay chiều dày lớp mạ.

- Mật độ dòng điện phân bố ở các vị trí không đồng đều nhau sẽ làm chiều dày lớp mạ trên toàn bề mặt không đều nhau. Nâng cao mật độ dòng điện sẽ nâng cao phân cực anot làm cho khả năng phân bố tốt dẫn đến độ dày lớp mạ ở các vị trí đều nhau.

* Một số biện pháp làm lớp mạ dày đều

- Dùng những dung dịch có khả năng phân bố tốt hoặc cho muối dẫn điện vào trong dd (như CN-, PO43-...) thường có khả năng phân bố tốt vì dd này phân cực catot lớn. Nếu dd không thỏa nãm làm cho khả năng phân bố không tốt thì dùng phương pháp sau:

+ Dùng dòng điện có mật độ lớn gấp 2-3 lần bình thường làm cho các nguyên tử bề mặt chi tiết được hoạt hóa

+ Tăng khoảng cách giữa anot và catot, bố trí khoảng cách anot và catot để dòng điện phân bố đều, khoảng cách tối đa là 30 cm.

+ Dùng điện cực anot có hình thù phức tạp gần giống với catot để cải thiện khả năng phân bố.

VD: mạ 1 hình trụ tròn bố trí anot như hình vẽ b sẽ được lớp mạ đồng đều, nếu như hình a thì lớp mạ không đồng đều

( Sơ đồ)

- Dùng các điện cực catot phụ để hứng các đường sức điện trường tránh dòng điện quá cao ở đầu nhọn hoặc biên vật mạ. Ví dụ mạ crom kéo người ta dùng catot phụ để che đầu nhọn, tránh đầu bị cháy.

- Dùng các vật liệu không dẫn điện như chất dẻo, thủy tinh để che chắn, phân bố lại các đường sức điện trường, che chỗ không cần mạ hoặc để lớp mạ đều.

Câu 14: Thành phần dd mạ gồm những chất gì. Ảnh hưởng của chúng tới lớp mạ

a, Dung dịch ion đơn (dd mạ axit)

- Cấu tử chính của dd này là các muối của các axit vô cơ, hòa tan nhiều trong nước và phân ly hoàn toàn trong dd thành các ion tự do.

- Đặc điểm

+ Do có nồng độ cation lớn nên phóng điện rất dồi dào .

+ Cation KL có lớp vỏ hydrat liên kết yếu, phân cực hóa học cũng tương đối nhỏ (trừ Fe, Ni, Co) cho nên lớp mạ tinh thể thô to, dày mỏng không đồng đều, tốc độ mạ nhanh, năng suất lớn, mạ tốt cho chi tiết có hình dạng đơn giản.

b, Dung dịch ion phức tạp
 - Thường không có muối sẵn phải pha chế từ cấu tử ban đầu

- Đặc điểm

+ Khi phân ly ra ion KL nằm trong nội cầu phức. Hay dùng để mạ Cu, Cd, Zn…nhưng riêng Ni, Co, Fe là không bao giờ cần dùng đến vì io của chúng rất nhỏ.

+ Khi tăng mật độ dòng điện thì hiệu suất giảm vì vậy dùng để mạ các chi tiết có hình dạng phức tạp vì ở những chỗ có mật độ dòng điện thấp thì hiệu suất dòng điện cao nên tốc độ mạ lớn hơn những vị trí có mật độ dòng cao. Nhờ vậy lớp mạ được đều, lớp mạ tạo thành có tinh thể nhỏ mịn.

+ Các dd phức thường tồn tại trong MT kiềm

c, Chất dẫn điện

- Tác dụng của chất dẫn điện là dẫn điện và tăng độ dẫn điện, giảm điện trở.

- Yêu cầu với chất dẫn điện: dẫn điện tốt, không ảnh hưởng tới các quá trình phản ứng điện cực. Thường dùng muối sunfat của các KL kiềm, kiềm thổ trước nhôm như Na2SO4

d, Chất đệm

Trong quá trình điện phân pH của dd luôn thay đổi dẫn đến dễ sinh ra các hydroxit kết tủa. Để tránh hiện tượng này người ta phải giữ cho pH không đổi bằng cách sử dụng chất đệm.

      VD:            Ni2+ + 2OH- = Ni(OH)2    => lớp mạ bị gai

e, Chất hoạt động bề mặt và chất keo

- Chất hoạt động bề mặt thường là chất hữu cơ có tính chất hấp phụ lên bề mặt. Nhưng nếu sử dụng chất hoạt động không phù hợp thì lớp mạ sẽ bị bong tróc do chất hấp phụ phủ kín bề mặt điện cực.

- Chất hập phụ thường dùng là keo gielatin

f, Chất bóng

Là những chất hoạt động về mặt đặc biệt cho phép thu được lớp mạ bóng trực tiếp ngay từ bể mạ mà không cần đánh bóng hay tẩy bóng thêm

Chất bóng loại 1: cho độ bóng chưa thật cao

Chất bóng loại 2: cho bề mặt nhẵn bóng trước khi mạ nhưng làm tăng ứng suất nội, tăng độ giòn lớp mạ lên rất nhiều lần.

g, Chất thấm ướt

Phản ứng phụ thường xảy ra trên catot là: 2H+ + 2e = H2. Bọt khí H2 thoát ra bám trên bề mặt catot, gây cản trở quá trình mạ tại chân bọt, làm cho lớp mạ bị rỗ. Muốn để bọt khí thoát ra nhanh, tránh rỗ người ta cho thêm chất thấm ướt.

h, Chất chống thụ động

 Đa số các quá trình mạ đều sử dụng anot hòa tan để bù vào nồng độ bị mất do đã tham gia phản ứng điện cực trên catot. Nhưng hiện tượng bất lợi hay gặp là anot bị thụ động, để khắc phục hiện tượng này người ta cho thêm vào dd mạ chất chống thụ động có tác dụng ngăn cản sự hình thành các hợp chất khó tan bám trên anot.

i, Tạp chất

Các tạp chất có thể phóng điện cùng các cation Kl lẫn vào lớp mạ gây ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ

Câu 15: Mạ Zn

 * Đặc điểm của lớp mạ kẽm

- Zn có điện thế (-) nhỏ hơn so với KL khác nên sẽ là lớp mạ anot

- Zn là KL rẻ tiền, rất dễ mạ, chi phí thấp, thường được sử dụng nhiều

- Lớp Zn có nhiều màu sắc khác nhau => sản phẩm phong phú. Nó là lớp mạ bảo vệ độ tinh khiết của lớp mạ cao, cấu trúc đồng đều do đó tính ổn định hóa học cao, đàn hồi tốt nhưng độ cứng thấp, độ bóng kém, trong dd dễ tạo muối ZnCO3 tính kiềm nên bị mờ đi.

* DD mạ phức xianua

Pha chế từ ZnO, Zn(OH)2 + NaCN

Zn(OH)2 + 4NaCN = Na2Zn(CN)4 + 2NaOH

Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O

Na2Zn(CN)4  bền lớn, lớp mạ nhỏ mịn

Na2ZnO2 kém bền hơn, lớp mạ thô to

Do đó cần NaCN tự do, NaOH môi trường và phụ gia.

* Tính không ổn định thể hiện như sau

Chất lượng tốt nhưng dd kém ổn định do hiện tượng cacbonat hóa => dd mạ luôn luôn bị biến động

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

NaCN + NaOH + O2 = Na2CO3 + NH3

NaCN + H2O + CO2 =  Na2CO3 + HCN

Do MT kiềm nên dd dễ bị cacbonat hóa làm lớp mạ bị rỗ thủng nên sau 1 thời gian phải loại bỏ bằng cách cho BaCl2 hoặc hạ thấp nhiệt độ để kết tủa cacbonat hoặc thay mới lớp mạ. Điều này xảy ra tương tự với lớp mạ Cu nên không được khuấy trộn mà phải dùng khí nén.

Câu 16: Mạ Ni

a, Đặc điểm lớp mạ Ni:

- Là kim loai màu trắng, ánh vàng.

- 0Ni2+/Ni = -0,25 --> là lớp mạ catot đối với KL đen.

- Trên bề mặt Ni có lợp màng oxit rất mỏng, kín sít, trong suốt và rất bền

- Lớp mạ Ni có nhiều lỗ hổng.

- Lớp mạ Ni dễ đánh bóng.

- Thường mạ lót Cu hoặc mạ nhiều lớp.

b, Đặc điểm quá trình mạ Ni:

- Mật độ dòng trao đổi Ion nhỏ -> chỉ số ß lớn => tốc độ tạo mầm lớn => tinh thể nhỏ mịn.

- Phân cực catot rất lớn ngay cả khi giảm dung dịch muối đơn nên lớp mạ có cấu trúc nhỏ mịn.

- Quá thế thoát H2 rất nhỏ => H2 dễ dàng thoát ra

c, Những thành phần cơ bản của lớp mạ

NiSO4.7H2O: 150-400 g/l

NiCl2.6H­2O : 20-80g/l hoặc NaCl: 10-40g/l

Chất đệm ­H3BO3 : 10-40g/l tối ưu 25g/l

Ngoài ra còn có thêm Na2SO4, MgSO4.7H2O, NaF, Natri lauryl sunfat (C12H25SO4Na)

d, Tác dụng của các thành phần:

- NiSO4: là cấu tử chính cung cấp Ni2+

- NiCl2: là cấu tử chính cung cấp Cl­- => làm giảm phân cực anot, giưps anot dễ tan (chất chống thụ động anot)

- H3BO3: chất đệm ổn đinh pH.

- Natri lauryl sunfat: chất chống châm kim, giảm sức căng bề mặt

Câu 17: Mạ crom

a, Đặc điểm lớp mạ Crom

- Cr là kim loại có màu trắng ánh xanh, độ cứng cao, chịu mài mòn tốt

- 0Cr3+/ Cr = -0,74. Trên bề mặt crom có phủ một lớp oxit mỏng bền vững =>  tăng lên = 0,2V. Do đó nó trở thành lớp mạ catot đối với nền KL đen.

- Mạ Cr có bề mạt phử không kín vì trên bề mặt có nhiều lỗ xốp, vết rãnh.

- Có tính ổn định hóa học tốt, lớp mạ chịu mài mòn, đẹp, phát xạ ánh sáng tốt.

b, Đặc điểm quá trình mạ Cr

- Dung dịch mạ Cr là axit mạnh

- Ngoài cấu tử chính là CrO3, trong dung dịch nhất thiết phải có các ion xúc tác với lượng nhỏ (SO42-, F-, SiF62-...)

- Mật độ dòng trong quá trình mạ Cr lớn gấp trăm lần so với các loại mạ khác.

- HS dòng điện thấp (10-15%), giảm nhanh khi nhiệt độ tăng hoặc giảm mật độ dòng điện khả năng phân bố dung dịch thấp.

- Mật độ dòng điện và nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến quá trình mạ

- Anot sử dụng là anot trơ = Pb hoặc hợp kim Pb.

c,Thành phần của dung dịch Cr2(SO4)3

- CrO3: 150-300g/l

- H2SO4: chiếm 1% hàm lượng CrO3 (đóng vai trò là xúc tác SO42-)

Tác dụng: CrO3: cấu tử chính cung cấ­­p Cr6+

                  H2SO4: đóng vai trò là xúc tác SO42-

Có dung dịch mạ Cr cho thêm H2SiF6.

d, Cơ chế phóng điện của ­Cr với xúc tác là SO42-

- Quá trình Catot:

Cr6+ + SO42- => phức Cromat

Khi điện phân, sự phân cực tăng, trong môi trường axir, ion Cr6+ trong phức Cromat bị khử thành Cr3+. Khi dung dịch ngoài tiếp túc cao thì Cr3+ bị khử thành Cr:

Cr6+ -> Cr3+ -> Cr.

- Quá trình anot: Anot trơ có hai phản ứng:

                          2H2O – 4e -> O2 + 4H+

                          Cr3+ - 3e -> Cr6+

- Hiệu suất dòng lớn nhất khi tỉ lệ Cr2O3/SO= 100/1

+ Trong TH tỉ lệ <100 => nồng độ  SO lớn => phức sinh ra nhiều => màng catot dày lên => ion Cr6+ rất khó xuyên qua màng tiến tới bề mặt, H2 thoát ra dễ dàng => Cr3+ khó nhận điện tử trở thành KL.

+ Trong TH tỉ lệ >100 => nồng độ  SO nhỏ => phức sinh ra ít => màng catot mỏng => lượng Cr3+ trong màng ít, không đủ

cho phản ứng khử => hiệu suất dòng giảm.