Đầu tiên, ta nhận thấy rằng sau quá trình điện phân, nồng độ NaCl giảm từ 300 g/L xuống còn 220 g/L, tức là mỗi lít nước muối bão hòa ban đầu đã tiêu thụ được:

  300 g – 220 g = 80 g NaCl

Theo phản ứng điện phân (quá trình chlor-alkali) có dạng:

  2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + Cl₂ + H₂

Theo đó, mỗi 1 mol NaCl tiêu thụ tạo ra 1 mol NaOH. Ta có khối lượng phân tử của NaCl xấp xỉ 58,5 g/mol và của NaOH là 40 g/mol.

Số mol NaCl tiêu thụ trên 1 lít = 80 g / 58,5 g/mol ≈ 1,37 mol.

Theo tỉ lệ phản ứng, số mol NaOH sinh ra cũng là ≈1,37 mol, nên khối lượng NaOH lý thuyết thu được là:

  1,37 mol × 40 g/mol ≈ 54,8 g

Nếu hiệu suất quá trình là 80%, khối lượng NaOH thực thu được sẽ là:

  54,8 g × 0,80 ≈ 43,8 g

Trả lời: 43,8 g NaOH cho mỗi lít nước muối bão hòa ban đầu.

Để bảo vệ vỏ tàu biển (làm bằng thép) khỏi bị ăn mòn khi tiếp xúc lâu ngày với nước biển, người ta thường áp dụng hai biện pháp chính:

1. Phủ lớp bảo vệ chống ăn mòn (sơn chống ăn mòn):
    – Vỏ tàu được sơn phủ một lớp sơn chuyên dụng (như sơn epoxy, sơn chống ăn mòn) tạo thành một màng vật lý ngăn cản nước biển, muối và các chất ăn mòn tiếp xúc trực tiếp với bề mặt thép.
    – Lớp phủ này giúp giảm thiểu sự xâm nhập của oxy và ion chloride, từ đó làm chậm quá trình oxi hóa của sắt.

2. Bảo vệ cathodic bằng điện cực hy sinh (sacrifical anodes):
    – Phương pháp này dựa trên nguyên tắc điện hóa: gắn các điện cực hy sinh làm bằng kim loại có tính hoạt động cao hơn (thường là kẽm, magiê hoặc hợp kim của chúng) lên vỏ tàu.
    – Các điện cực này có thế điện cực chuẩn âm hơn thép, do đó chúng sẽ bị ăn mòn (oxi hóa) thay cho thép, bảo vệ vỏ tàu khỏi bị ăn mòn.
    – Đây được gọi là bảo vệ điện cực (cathodic protection).

Kết hợp cả hai phương pháp này giúp tăng tuổi thọ của vỏ tàu biển, giảm thiểu thiệt hại do ăn mòn và duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc trong môi trường biển khắc nghiệt.

Chúng ta xét từng trường hợp khi cho lá sắt (Fe) nhỏ vào dung dịch của các muối:

1. Dung dịch AlCl₃
    – Các ion Al³⁺ có tính hoạt động cao hơn Fe (theo dãy hoạt động: Al > Fe), nên sắt không thể khử Al³⁺ được.
    → Không xảy ra phản ứng.

2. Dung dịch CuSO₄
    – Trong dãy hoạt động, Fe có tính hoạt động cao hơn Cu (Fe > Cu).
    – Phản ứng thay thế:
     Fe(s) + CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq) + Cu(s).

3. Dung dịch Fe₂(SO₄)₃
    – Trong dung dịch chứa ion Fe³⁺, sắt (Fe) có thể khử Fe³⁺ thành Fe²⁺ theo bán phản ứng:
     Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e⁻
     Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq)
    – Nhân bán phản ứng khử với 2 và cộng với phản ứng oxi hóa của 1 mol Fe:
     Fe(s) + 2Fe³⁺(aq) → 3Fe²⁺(aq)
    – Vì 1 mol Fe₂(SO₄)₃ cung cấp 2 mol Fe³⁺, ta có:
     Fe(s) + Fe₂(SO₄)₃(aq) → 3Fe²⁺(aq)
    – Khi các ion Fe²⁺ kết hợp với SO₄²⁻, ta được:
     Fe(s) + Fe₂(SO₄)₃(aq) → 3FeSO₄(aq).

4. Dung dịch AgNO₃
    – Theo dãy hoạt động, Fe > Ag, do đó sắt khử Ag⁺ thành Ag.
    – Phản ứng:
     Fe(s) + 2AgNO₃(aq) → Fe(NO₃)₂(aq) + 2Ag(s).

5. Dung dịch KCl
    – Ion K⁺ rất hoạt động (K nằm trên Fe trong dãy hoạt động), nên sắt không thể khử K⁺ được.
    → Không xảy ra phản ứng.

6. Dung dịch Pb(NO₃)₂
    – Theo dãy hoạt động, Fe có tính hoạt động cao hơn Pb, nên sắt có thể khử Pb²⁺ thành Pb.
    – Phản ứng:
     Fe(s) + Pb(NO₃)₂(aq) → Fe(NO₃)₂(aq) + Pb(s).

Tóm tắt các phản ứng xảy ra khi cho lá sắt vào dung dịch của các muối đã cho:

1. AlCl₃: Không phản ứng.
2. CuSO₄:
     Fe(s) + CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq) + Cu(s)
3. Fe₂(SO₄)₃:
     Fe(s) + Fe₂(SO₄)₃(aq) → 3FeSO₄(aq)
4. AgNO₃:
     Fe(s) + 2AgNO₃(aq) → Fe(NO₃)₂(aq) + 2Ag(s)
5. KCl: Không phản ứng.
6. Pb(NO₃)₂:
     Fe(s) + Pb(NO₃)₂(aq) → Fe(NO₃)₂(aq) + Pb(s).

1. Gang

• Thành phần chính:

  • Sắt (Fe): Chiếm phần lớn (khoảng 93–94%).
  • Carbon (C): Hàm lượng carbon tương đối cao, thường dao động từ khoảng 2% đến 4,5% (đối với gang xám, gang trắng hay gang có dạng đặc trưng khác).
  • Silic (Si): Thường có khoảng 1–3%, góp phần hình thành các khoáng chất như silicat.
  • Các nguyên tố phụ khác: Mangan (Mn), photpho (P) và lưu huỳnh (S) thường có hàm lượng rất thấp (thông thường dưới 0,5%).

• Đặc điểm cấu trúc:
  Trong gang, carbon có thể hiện dưới dạng các mảnh graphite (gang xám) hoặc dưới dạng các hạt spheroidal (gang dúctile) tùy vào phương pháp chế tạo và quá trình xử lý nhiệt. Sự hiện diện của graphite phân tán trong sắt làm gang có độ cứng cao nhưng lại dễ vỡ và có độ dẻo kém, làm cho gang thường được ứng dụng trong sản xuất các bộ phận có yêu cầu khả năng đúc tốt và khả năng giảm ma sát.

2. Thép

• Thành phần chính:

  • Sắt (Fe): Còn chiếm phần lớn.
  • Carbon (C): Hàm lượng carbon thấp hơn rất nhiều so với gang, thường nằm trong khoảng từ 0,02% đến 2%. Lượng carbon thấp này giúp thép có cấu trúc tinh thể đồng nhất và cho tính dẻo, độ bền cao.
  • Các nguyên tố hợp kim phụ: Thép còn có thể chứa silic (Si), mangan (Mn), photpho (P), lưu huỳnh (S) với hàm lượng nhỏ, và đặc biệt là các nguyên tố hợp kim như crôm (Cr), niken (Ni), molybdenum (Mo), vanadi (V), tungsten (W) tùy thuộc vào loại thép (như thép cacbon, thép hợp kim, thép không gỉ, …). Những nguyên tố này được bổ sung để cải thiện các tính chất như khả năng chịu mài mòn, độ bền cơ học, khả năng chống ăn mòn, khả năng gia công và đáp ứng yêu cầu nhiệt luyện.

• Đặc điểm cấu trúc:
  Nhờ lượng carbon thấp và cấu trúc đồng nhất của sắt, thép có tính dẻo, độ cứng cao và có thể được xử lý nhiệt để điều chỉnh các tính chất cơ học. Các tính chất này làm cho thép có ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, sản xuất máy móc, ô tô, đóng tàu và nhiều ngành công nghiệp khác.