Để giải bài toán này, chúng ta cần phân tích các thông tin và áp dụng một số kiến thức về điện phân.

Các thông tin đã cho:

• Nồng độ dung dịch NaCl ban đầu (nước muối bão hòa): 300 g/L
• Nồng độ dung dịch NaCl sau điện phân (nước muối nghèo): 220 g/L
• Hiệu suất của quá trình điện phân: 80%
• Mục tiêu: Tính lượng NaOH sản xuất được từ mỗi lít dung dịch NaCl ban đầu.

Các bước giải:

1. Tính lượng NaCl tham gia vào quá trình điện phân: Mỗi lít dung dịch nước muối bão hòa ban đầu chứa 300 g NaCl.

   Sau quá trình điện phân, nồng độ NaCl trong dung dịch sẽ giảm xuống còn 220 g/L. Do đó, lượng NaCl đã bị tiêu thụ trong quá trình điện phân là:

   Lượng NaCl tieˆu thụ=300 g/L−220 g/L=80 g/L\text{Lượng NaCl tiêu thụ} = 300 \, \text{g/L} - 220 \, \text{g/L} = 80 \, \text{g/L}

   Như vậy, mỗi lít dung dịch NaCl ban đầu tiêu thụ 80 g NaCl.

2. Tính lượng NaOH sản xuất từ NaCl: Quá trình điện phân NaCl để sản xuất NaOH xảy ra theo phản ứng sau:

   2NaCl(aq)→2NaOH(aq)+Cl2(g)2 \text{NaCl} (aq) \rightarrow 2 \text{NaOH} (aq) + \text{Cl}_2 (g)

   Theo phản ứng này, 2 mol NaCl sẽ tạo ra 2 mol NaOH. Do đó, số mol NaOH sản xuất được tỉ lệ thuận với số mol NaCl bị tiêu thụ.

   Mặt khác, 1 mol NaCl có khối lượng là 58.5 g. Do đó, 80 g NaCl tương ứng với số mol NaCl là:

   Soˆˊ mol NaCl=80 g58.5 g/mol≈1.368 mol\text{Số mol NaCl} = \frac{80 \, \text{g}}{58.5 \, \text{g/mol}} \approx 1.368 \, \text{mol}

   Vì tỉ lệ giữa NaCl và NaOH trong phản ứng là 1:1, nên số mol NaOH tạo ra cũng là 1.368 mol.

3. Tính khối lượng NaOH sản xuất được: 1 mol NaOH có khối lượng là 40 g. Do đó, khối lượng NaOH sản xuất được từ 1.368 mol NaOH là:

   Khoˆˊi lượng NaOH=1.368 mol×40 g/mol=54.72 g\text{Khối lượng NaOH} = 1.368 \, \text{mol} \times 40 \, \text{g/mol} = 54.72 \, \text{g}

4. Tính lượng NaOH sản xuất theo hiệu suất: Hiệu suất của quá trình điện phân là 80%, tức là chỉ có 80% lượng NaOH có thể được thu hồi thực tế.

   Do đó, lượng NaOH thực tế sản xuất được là:

   Lượng NaOH thực teˆˊ=54.72 g×0.8=43.776 g\text{Lượng NaOH thực tế} = 54.72 \, \text{g} \times 0.8 = 43.776 \, \text{g}

Kết luận:

Với mỗi lít dung dịch nước muối bão hòa (300 g/L NaCl) ban đầu, quá trình điện phân có thể sản xuất được khoảng 43.78 g NaOH (với hiệu suất 80%).

Vỏ tàu biển làm bằng thép khi tiếp xúc lâu dài với nước biển sẽ bị ăn mòn do tác dụng của muối trong nước biển và quá trình điện hóa giữa thép và nước biển. Để bảo vệ vỏ tàu biển khỏi bị ăn mòn, có thể áp dụng một số biện pháp sau:

1. Sử dụng lớp phủ bảo vệ (Sơn chống ăn mòn):

Một trong những cách đơn giản và hiệu quả để bảo vệ vỏ tàu biển là phủ một lớp sơn chống ăn mòn lên bề mặt thép. Sơn chống ăn mòn chứa các thành phần như epoxy, nhựa polyurethanes, hoặc các hợp chất chứa kẽm giúp tạo một lớp bảo vệ, ngăn cách thép với môi trường nước biển.

• Giải thích: Lớp sơn này tạo thành một hàng rào bảo vệ, ngăn không cho nước biển và không khí tiếp xúc trực tiếp với bề mặt thép, từ đó làm giảm nguy cơ ăn mòn.

2. Áp dụng bảo vệ bằng phương pháp "Hy sinh" (Anode hy sinh):

Một phương pháp rất hiệu quả trong bảo vệ tàu biển là sử dụng các "anode hy sinh". Đây là các vật liệu kim loại có khả năng phản ứng dễ dàng hơn thép với môi trường biển, chẳng hạn như kẽm (Zn) hoặc magie (Mg). Các anode này sẽ được gắn vào vỏ tàu và sẽ "hy sinh" (bị ăn mòn thay cho thép).

• Giải thích: Khi có sự tiếp xúc giữa kim loại "hy sinh" và vỏ tàu, kim loại này sẽ bị ăn mòn trước, bảo vệ thép không bị oxy hóa. Đây là một phương pháp bảo vệ phổ biến, vì kẽm và magie có tính năng khử rất mạnh mẽ, giúp ngăn chặn sự ăn mòn của thép.

3. Phương pháp bảo vệ điện hóa (Bảo vệ điện cực):

Một cách bảo vệ khác là sử dụng hệ thống bảo vệ điện hóa. Hệ thống này liên quan đến việc tạo ra một dòng điện một chiều (DC) nhỏ chạy qua thép, khiến thép trở thành cực âm trong một mạch điện hóa.

• Giải thích: Khi thép trở thành cực âm trong mạch điện hóa, quá trình oxy hóa (ăn mòn) trên bề mặt thép bị ngừng lại hoặc giảm mạnh, do đó bảo vệ vỏ tàu khỏi bị ăn mòn.

4. Sử dụng thép không gỉ hoặc thép hợp kim chống ăn mòn:

Thép không gỉ (stainless steel) hoặc thép hợp kim có chứa crôm, niken và molybden có khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với thép thông thường. Dù chi phí cao hơn, nhưng việc sử dụng thép không gỉ có thể giúp giảm thiểu hiện tượng ăn mòn lâu dài.

• Giải thích: Các hợp kim này có lớp oxit bảo vệ bề mặt, giúp ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa thép và môi trường nước biển, từ đó làm giảm sự ăn mòn.

5. Thực hiện bảo trì và kiểm tra định kỳ:

Ngoài các biện pháp trên, việc kiểm tra và bảo trì vỏ tàu biển định kỳ rất quan trọng. Cần phải làm sạch lớp bề mặt của tàu, loại bỏ tạp chất, muối hoặc lớp rong biển có thể tích tụ, vì chúng có thể thúc đẩy quá trình ăn mòn.

• Giải thích: Việc làm sạch vỏ tàu sẽ giúp ngăn ngừa sự tích tụ các yếu tố gây ăn mòn và giúp sơn hoặc các lớp bảo vệ khác duy trì hiệu quả lâu dài.

Tóm tắt cách bảo vệ:

• Sơn chống ăn mòn: Tạo lớp bảo vệ vỏ tàu khỏi tác động của nước biển.
• Anode hy sinh: Dùng kẽm hoặc magie để bảo vệ vỏ tàu, cho phép các vật liệu này bị ăn mòn thay vì thép.
• Bảo vệ điện hóa: Cung cấp dòng điện để ngừng quá trình ăn mòn trên thép.
• Sử dụng thép không gỉ hoặc hợp kim chống ăn mòn: Thép có khả năng kháng ăn mòn tốt hơn.
• Bảo trì định kỳ: Kiểm tra và làm sạch vỏ tàu để duy trì hiệu quả bảo vệ.

Các phương pháp này có thể kết hợp với nhau để bảo vệ hiệu quả vỏ tàu biển khỏi sự ăn mòn do nước biển.

/Khi cho một lá sắt nhỏ vào dung dịch chứa các muối khác nhau, sắt có thể phản ứng với một số muối trong đó tùy thuộc vào tính oxi hóa khử và độ điện thế chuẩn của các kim loại. Dưới đây là các phản ứng xảy ra với từng muối:

1. Với dung dịch AlCl₃ (Aluminium chloride):

AlCl₃ chứa ion Al³⁺. Sắt (Fe) có thể thay thế ion Al³⁺ vì Fe có độ điện thế khử thấp hơn so với Al.

• Phương trình phản ứng: 3Fe(s)+2AlCl3(aq)→3FeCl2(aq)+2Al(s)3Fe (s) + 2AlCl₃ (aq) \rightarrow 3FeCl₂ (aq) + 2Al (s) Giải thích: Sắt (Fe) phản ứng với AlCl₃, đẩy Al ra khỏi dung dịch và tạo ra FeCl₂.

2. Với dung dịch CuSO₄ (Copper(II) sulfate):

CuSO₄ chứa ion Cu²⁺. Vì sắt có độ điện thế khử thấp hơn đồng (Cu), sắt có thể thay thế ion Cu²⁺ trong dung dịch.

• Phương trình phản ứng: Fe(s)+CuSO4(aq)→FeSO4(aq)+Cu(s)Fe (s) + CuSO₄ (aq) \rightarrow FeSO₄ (aq) + Cu (s) Giải thích: Sắt phản ứng với Cu²⁺ và đẩy đồng (Cu) ra ngoài dưới dạng kim loại.

3. Với dung dịch Fe₂(SO₄)₃ (Iron(III) sulfate):

Fe₂(SO₄)₃ chứa ion Fe³⁺. Sắt kim loại có thể không phản ứng với Fe³⁺ trong dung dịch này vì chúng cùng là ion của sắt nhưng ở các mức oxi hóa khác nhau, không có sự thay thế nào xảy ra. Do đó, không có phản ứng hóa học xảy ra.

• Phương trình phản ứng: Không có phản ứng.

4. Với dung dịch AgNO₃ (Silver nitrate):

AgNO₃ chứa ion Ag⁺. Sắt có thể đẩy ion Ag⁺ ra khỏi dung dịch vì sắt có độ điện thế khử thấp hơn bạc.

• Phương trình phản ứng: Fe(s)+2AgNO3(aq)→Fe(NO3)2(aq)+2Ag(s)Fe (s) + 2AgNO₃ (aq) \rightarrow Fe(NO₃)₂ (aq) + 2Ag (s) Giải thích: Sắt phản ứng với Ag⁺ trong dung dịch, đẩy bạc (Ag) ra ngoài.

5. Với dung dịch KCl (Potassium chloride):

KCl chứa ion K⁺. Sắt không thể thay thế ion K⁺ vì kali (K) có độ điện thế khử cao hơn nhiều so với sắt, vì vậy không có phản ứng xảy ra.

• Phương trình phản ứng: Không có phản ứng.

6. Với dung dịch Pb(NO₃)₂ (Lead(II) nitrate):

Pb(NO₃)₂ chứa ion Pb²⁺. Sắt có thể thay thế ion Pb²⁺ trong dung dịch vì Fe có độ điện thế khử thấp hơn chì (Pb).

• Phương trình phản ứng: Fe(s)+Pb(NO3)2(aq)→Fe(NO3)2(aq)+Pb(s)Fe (s) + Pb(NO₃)₂ (aq) \rightarrow Fe(NO₃)₂ (aq) + Pb (s) Giải thích: Sắt phản ứng với Pb²⁺ trong dung dịch, đẩy chì (Pb) ra ngoài dưới dạng kim loại.

Tóm lại:

• AlCl₃: Fe thay thế Al → 3Fe + 2AlCl₃ → 3FeCl₂ + 2Al
• CuSO₄: Fe thay thế Cu²⁺ → Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
• Fe₂(SO₄)₃: Không có phản ứng.
• AgNO₃: Fe thay thế Ag⁺ → Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag
• KCl: Không có phản ứng.
• Pb(NO₃)₂: Fe thay thế Pb²⁺ → Fe + Pb(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₂ + Pb

Trong các dung dịch trên, các phản ứng chỉ xảy ra khi sắt có thể thay thế các ion kim loại khác như Al³⁺, Cu²⁺, Ag⁺, Pb²⁺, vì sắt có khả năng khử các ion này thành kim loại.Khi cho một lá sắt nhỏ vào dung dịch chứa các muối khác nhau, sắt có thể phản ứng với một số muối trong đó tùy thuộc vào tính oxi hóa khử và độ điện thế chuẩn của các kim loại. Dưới đây là các phản ứng xảy ra với từng muối:

1. Với dung dịch AlCl₃ (Aluminium chloride):

AlCl₃ chứa ion Al³⁺. Sắt (Fe) có thể thay thế ion Al³⁺ vì Fe có độ điện thế khử thấp hơn so với Al.

• Phương trình phản ứng: 3Fe(s)+2AlCl3(aq)→3FeCl2(aq)+2Al(s)3Fe (s) + 2AlCl₃ (aq) \rightarrow 3FeCl₂ (aq) + 2Al (s) Giải thích: Sắt (Fe) phản ứng với AlCl₃, đẩy Al ra khỏi dung dịch và tạo ra FeCl₂.

2. Với dung dịch CuSO₄ (Copper(II) sulfate):

CuSO₄ chứa ion Cu²⁺. Vì sắt có độ điện thế khử thấp hơn đồng (Cu), sắt có thể thay thế ion Cu²⁺ trong dung dịch.

• Phương trình phản ứng: Fe(s)+CuSO4(aq)→FeSO4(aq)+Cu(s)Fe (s) + CuSO₄ (aq) \rightarrow FeSO₄ (aq) + Cu (s) Giải thích: Sắt phản ứng với Cu²⁺ và đẩy đồng (Cu) ra ngoài dưới dạng kim loại.

3. Với dung dịch Fe₂(SO₄)₃ (Iron(III) sulfate):

Fe₂(SO₄)₃ chứa ion Fe³⁺. Sắt kim loại có thể không phản ứng với Fe³⁺ trong dung dịch này vì chúng cùng là ion của sắt nhưng ở các mức oxi hóa khác nhau, không có sự thay thế nào xảy ra. Do đó, không có phản ứng hóa học xảy ra.

• Phương trình phản ứng: Không có phản ứng.

4. Với dung dịch AgNO₃ (Silver nitrate):

AgNO₃ chứa ion Ag⁺. Sắt có thể đẩy ion Ag⁺ ra khỏi dung dịch vì sắt có độ điện thế khử thấp hơn bạc.

• Phương trình phản ứng: Fe(s)+2AgNO3(aq)→Fe(NO3)2(aq)+2Ag(s)Fe (s) + 2AgNO₃ (aq) \rightarrow Fe(NO₃)₂ (aq) + 2Ag (s) Giải thích: Sắt phản ứng với Ag⁺ trong dung dịch, đẩy bạc (Ag) ra ngoài.

5. Với dung dịch KCl (Potassium chloride):

KCl chứa ion K⁺. Sắt không thể thay thế ion K⁺ vì kali (K) có độ điện thế khử cao hơn nhiều so với sắt, vì vậy không có phản ứng xảy ra.

• Phương trình phản ứng: Không có phản ứng.

6. Với dung dịch Pb(NO₃)₂ (Lead(II) nitrate):

Pb(NO₃)₂ chứa ion Pb²⁺. Sắt có thể thay thế ion Pb²⁺ trong dung dịch vì Fe có độ điện thế khử thấp hơn chì (Pb).

• Phương trình phản ứng: Fe(s)+Pb(NO3)2(aq)→Fe(NO3)2(aq)+Pb(s)Fe (s) + Pb(NO₃)₂ (aq) \rightarrow Fe(NO₃)₂ (aq) + Pb (s) Giải thích: Sắt phản ứng với Pb²⁺ trong dung dịch, đẩy chì (Pb) ra ngoài dưới dạng kim loại.

Tóm lại:

• AlCl₃: Fe thay thế Al → 3Fe + 2AlCl₃ → 3FeCl₂ + 2Al
• CuSO₄: Fe thay thế Cu²⁺ → Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
• Fe₂(SO₄)₃: Không có phản ứng.
• AgNO₃: Fe thay thế Ag⁺ → Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag
• KCl: Không có phản ứng.
• Pb(NO₃)₂: Fe thay thế Pb²⁺ → Fe + Pb(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₂ + Pb

Trong các dung dịch trên, các phản ứng chỉ xảy ra khi sắt có thể thay thế các ion kim loại khác như Al³⁺, Cu²⁺, Ag⁺, Pb²⁺, vì sắt có khả năng khử các ion này thành kim loại.

=/Gang và thép đều là các hợp kim của sắt, nhưng thành phần nguyên tố và tính chất của chúng có sự khác biệt. Dưới đây là phần trình bày chi tiết về thành phần nguyên tố của gang và thép:

1. Thành phần nguyên tố của gang:

Gang là hợp kim của sắt chứa nhiều cacbon, thường có hàm lượng cacbon lớn hơn thép. Thành phần chính của gang bao gồm:

• Sắt (Fe): Là nguyên tố chủ yếu trong gang, chiếm phần lớn tỷ lệ.
• Cacbon (C): Là nguyên tố quyết định tính chất của gang. Hàm lượng cacbon trong gang thường dao động từ 2% đến 4%. Cacbon giúp tăng độ cứng và độ bền của gang nhưng lại làm giảm khả năng dẻo dai.
• Silic (Si): Thường có mặt trong gang dưới dạng silic oxit. Hàm lượng silic có thể từ 1% đến 3%, giúp cải thiện khả năng chống oxy hóa và khả năng đúc của gang.
• Mangan (Mn): Thường có mặt trong gang ở một hàm lượng nhỏ (0.5% đến 1%), giúp cải thiện độ bền và khả năng chống mài mòn của gang.
• Lưu huỳnh (S): Là tạp chất không mong muốn trong gang. Lưu huỳnh có thể làm giảm độ dẻo của gang, nên hàm lượng lưu huỳnh trong gang phải được kiểm soát ở mức thấp.
• Phốt pho (P): Tương tự như lưu huỳnh, phốt pho cũng là tạp chất không mong muốn, có thể làm giảm độ dẻo và gây ra hiện tượng nứt giòn trong gang.

Ngoài ra, gang còn có thể chứa một số nguyên tố khác như crom (Cr), niken (Ni), đồng (Cu), và các nguyên tố vi lượng khác tùy vào loại gang và mục đích sử dụng.

2. Thành phần nguyên tố của thép:

Thép là hợp kim của sắt và cacbon, nhưng hàm lượng cacbon trong thép thấp hơn so với gang, thường dao động từ 0.02% đến 2%. Các thành phần nguyên tố chính của thép bao gồm:

• Sắt (Fe): Giống như gang, sắt là nguyên tố chủ yếu trong thép.
• Cacbon (C): Là nguyên tố quyết định tính chất của thép, nhưng hàm lượng cacbon trong thép thường thấp hơn nhiều so với gang. Cacbon giúp tăng độ bền và độ cứng của thép, nhưng nếu có quá nhiều cacbon sẽ làm thép trở nên giòn.
• Mangan (Mn): Mangan có mặt trong thép với hàm lượng dao động từ 0.3% đến 1.5%. Mangan giúp tăng độ bền, khả năng chống mài mòn và ổn định cấu trúc của thép.
• Silic (Si): Silic có mặt trong thép với hàm lượng thấp hơn so với gang, giúp thép tăng cường độ cứng và khả năng chống oxy hóa.
• Chrom (Cr): Thường có mặt trong thép không gỉ (thép Austenit hoặc thép Ferrit), giúp thép có khả năng chống ăn mòn.
• Niken (Ni): Niken được thêm vào thép để cải thiện tính dẻo và độ bền của thép, đặc biệt là thép không gỉ.
• Molybden (Mo): Molybden được thêm vào thép để tăng khả năng chống ăn mòn và nhiệt độ cao.
• Lưu huỳnh (S) và Phốt pho (P): Tương tự như trong gang, đây là các tạp chất không mong muốn trong thép, nhưng hàm lượng của chúng cần được kiểm soát ở mức rất thấp (thường dưới 0.05%).

Ngoài ra, thép có thể chứa một số nguyên tố khác như đồng (Cu), titan (Ti), vanadi (V), bo (B), v.v., tùy thuộc vào yêu cầu của loại thép đặc biệt.

Sự khác biệt giữa gang và thép:

• Cacbon: Hàm lượng cacbon trong gang thường cao hơn so với thép. Điều này ảnh hưởng đến tính chất cơ học của chúng, với gang thường cứng và giòn hơn so với thép.
• Tính dẻo: Thép thường có tính dẻo cao hơn, có thể dễ dàng uốn, kéo và gia công, trong khi gang thường cứng và khó gia công hơn.
• Ứng dụng: Gang thường được sử dụng trong các chi tiết đúc lớn như ống, bệ máy, và các bộ phận đúc cần độ cứng cao. Thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, chế tạo máy móc, và các sản phẩm yêu cầu tính dẻo, chịu lực tốt.

Tóm lại, sự khác biệt trong thành phần nguyên tố của gang và thép dẫn đến những đặc tính cơ học và ứng dụng khác nhau.v