Trong nội dung chương trình hóa học lớp 9, hóa 9 bài 20 hợp kim sắt – gang, thép là một chuyên đề vô cùng quan trọng. Hôm nay, KienGuru sẽ cung cấp cho các bạn những lý thuyết cần thiết về hợp kim sắt, phương thức sản xuất và hỗ trợ các bạn giải các bài tập sgk trang 63.

Mời các bạn cùng theo dõi.

 

1. KIẾN THỨC CẦN NHỚ BÀI 20 HÓA 9

Trong đời sống và trong kĩ thuật hợp kim của sắt là gang, thép được sử dụng rất rộng rãi. Thế nào là gang, thép? Gang thép được sản xuất như thế nào? Hôm nay KienGuru sẽ cùng các bạn nghiên cứu.

1.1. HỢP KIM CỦA SẮT

Hợp kim là chất rắn thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc của kim loại và phi kim.

a. Gang

Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2-5%, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như Si, Mn, S,…

Gang cứng và giòn hơn sắt.

 

b. Thép

Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%.

Thép có nhiều tính chất lí, hóa quý hơn sắt. Thép được dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo chi tiết máy, dụng cụ lao động, phương tiện giao thông…

 

1.2. SẢN XUẤT GANG, THÉP

a. Sản xuất gang như thế nào?

a.1. Nguyên liệu

Nguyên liệu sản xuất gang là quặng sắt, thí dụ quặng manhetit (chứa Fe₃O₄), quặng hematit (chứa Fe₂O₃); than cốc (than đã được tinh chế); không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO₃,…

 

a.2. Nguyên tắc

Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao).

 

a.3. Quá trình sản xuất gang trong lò cao:

Quặng, than cốc, đá vôi có kích thước vừa phải được đưa vào lò cao qua miệng lò và xếp thành từng lớp xen kẽ nhau. Không khí nóng được thổi từ hai bên lò từ dưới lên.

– Phản ứng tạo thành khí CO:

– Phản ứng khử oxit sắt thành sắt.

Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon tạo thành gang.

– Đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO₂ có trong quặng tạo thành xỉ.

Xỉ nhẹ nổi lên trên và được đưa ra ở cửa tháo xỉ.

b. Sản xuất thép như thế nào

b.1. Nguyên liệu sản xuất

Nguyên liệu sản xuất thép là gang, sắt phế liệu, khí oxi.

b.2. Nguyên tắc sản xuất

Nguyên tắc sản xuất thép là oxi hóa một số kim loại, phi kim để loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố cacbon, silic, mangan,…

b.3. Quá trình sản xuất thép

Luyện thép được thực hiện trong lò Bet-xơ-me.

Thổi khí oxi vào lò đựng gang nóng chảy ở nhiệt độ cao. Khí oxi oxi hóa các nguyên tố trong gang như C, Mn, Si,..

Sản phẩm thu được là thép.

 

2. HỖ TRỢ GIẢI ĐÁP BÀI TẬP HÓA 9 BÀI 20 SGK TRANG 63

Từ những kiến thức về hợp kim của sắt ở trên, các bạn cùng vận dụng những kiến thức đó để giải một số bài tập cơ bản trong SGK hóa học 9 sau.

2.1. Bài 1

Thế nào là hợp kim? Thế nào là gang, thép? Nếu thành phần , tính chất và ứng dụng của gang và thép.

Lời giải:

– Hợp kim là chất thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim.

– Gang là hợp chất của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2% đến 5%. Ngoài ra trong gang còn có một số nguyên tố khác như Si, Mn, S …

– Thép là hợp kim sắt của cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%.

– Ứng dụng của gang và thép :

+ Gang, thép có nhiều ứng dụng trong sản xuất, trong kĩ thuật và đời sống. Gang trắng dùng để luyện thép, gang xám dùng để chế tạo máy móc, thiết bị.

+ Thép dùng để chế tạo nhiều chi tiết máy, vật dụng, dụng cụ lao động. Đặc biệt thép được dùng để làm vật liệu xây dựng nhà cửa, cầu cống … phương tiện giao thông vận tải (tàu thủy, tàu hỏa, ô tô, xe gắn máy, xe đạp …).

2.2. Bài 2

Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết các phương trình phản ứng hóa học.

Lời giải:

Nguyên tắc sản xuất gang : Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao). Các phương trình hóa học xảy ra :

C + O₂ → CO₂

C + CO₂ → 2CO

Khí CO khử oxit sắt trong quặng thành sắt:

3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ ↑ + 2Fe

MnO₂ + 2CO → Mn + 2CO₂ ↑

SiO₂ + 2CO → Si + 2CO₂ ↑

Sắt nóng chảy hòa tan cacbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang.

2.3. Bài 3

Hãy cho biết nguyên tắc luyện gang thành thép và viết các phương trình hóa học.

Lời giải:

Nguyên tắc luyện gang thành thép: Loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố cacbon, silic, mangan …

 

Thổi khí oxi vào lò đựng gang nóng chảy, khí oxi oxi hóa sắt thành FeO. Sau đó FeO sẽ oxi hóa một số nguyên tố trong gang như C, Mn, Si, P, S. Ví dụ:

2Fe + O₂ → 2FeO

FeO + C → Fe + CO

2FeO + Si → 2Fe + SiO₂

FeO + Mn → Fe + MnO.

2.4. Bài 4

Những khí thải (CO₂, SO₂ …) trong quá trình sản xuất gang, thép có ảnh hưởng như thế nào đến môi trường xung quanh? Dẫn ra một số phản ứng để giải thích. Thử nêu biện pháp để chống ô nhiễm môi trường ở khu dân cư gần cơ sở sản xuất gang thép.

 

Lời giải:

Những khí thải trong quá trình luyện gang, thí dụ như SO₂, CO₂ ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

– Khí SO₂ gây ô nhiễm không khí, độc hại cho con người và động thực vật.

– Làm cho nồng độ axit trong nước mưa cao hơn mức bình thường.

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

H₂SO₃ tiếp tục bị oxi hóa thành H₂SO₄.

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

Biện pháp chống ô nhiễm môi trường:

– Xây dựng hệ thống liên hoàn xử lý khí thải độc hại trước khi đưa khí thải ra ngoài không khí.

– Trồng vành đai xanh để hấp thụ khí CO₂.

2.5. Bài 5

Hãy lập các phương trình hoá học theo sơ đồ sau đây:

Cho biết phản ứng nào xảy ra trong quá trình luyện gang, phản ứng nào xảy ra trong quá trình luyện thép, chất nào là chất oxi hoá, chất nào là chất khử ?

 

Lời giải:

Dựa vào nguyên tắc luyện gang, thép để lựa chọn

Chất oxi hóa Fe₂O₃, O₂. Chất khử: CO, Mn, Si, S

2.6. Bài 6

Tính khối lượng quặng hematit chưa 60% Fe₂O₃ cần thiết để sản xuất được 1 tấn gang chứa 95% Fe. Biết hiệu suất của quá trình là 80%.

 

Lời giải:

Trong 1 tấn gang chứa 95% Fe có

Phương trình phản ứng:

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (t^o cao)

160kg Fe₂O₃ tạo ra 2 x 56kg Fe

x kg Fe₂O₃ tạo ra 950kg Fe

Hiệu suất đạt 80% nên thực tế khối lượng Fe₂O₃ cần dùng:

Khối lượng quặng hematit chứa 60% Fe₂O₃ cần dùng:

(≈2,827 tấn)

3. MỘT SỐ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM LIÊN QUAN

Với phần hỗ trợ giải các bài tập về hợp kim của sắt ở trên, các em đã nắm được phương pháp cũng như cách giải cụ thể rồi đúng không nào. Và để nhuần nhuyễn hơn trong việc áp dụng kiến thức đã học, chúng ta hãy cùng nhau giải những bài tập có liên quan trong nội dung môn học này nhé!

3.1. Câu 1

Quặng sắt nào dưới đây có thể dùng để điều chế axit sunfuric?

A. xiđerit B. hematit C. manhetit D. pirit

Đáp án: D

3.2. Câu 2

Nguyên tắc luyện thép từ gang là

A. dùng O₂ oxi hóa các tạp chất C, Si, P, S, Mn,.. trong gang để thu được thép.

B. dùng chất khử CO khử oxit sắt thành sắt ở nhiệt độ cao

C. dùng CaO hoặc CaCO₃ để khử tạp chất Si, P, S, Mn,.. trong gang để thu được thép.

D. tăng thêm hàm lượng cacbon trong gang để thu được thép

Đáp án: A

3.3. Câu 3

Trong lò cao, sắt oxit có thể bị khử theo 3 phản ứng:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂ (1)

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂ (2)

FeO + CO → Fe + CO₂ (3)

Ở nhiệt độ khoảng 700-800^oC, thì có thể xảy ra phản ứng

A. (1). B. (2). C. (3). D. cả (1), (2) và (3).

Đáp án: C

3.4. Câu 4

Câu phát biểu nào dưới đây là đúng ?

A. Thép là hợp kim của Fe không có C và có một ít S, Mn, P, Si.

B. Thép là hợp kim của Fe có từ 0,01 – 2% C và một ít Si, Mn, Cr, Ni.

C. Thép là hợp kim của Fe có từ 2-5% C và một ít S, Mn, p, Si.

D. Thép là hợp kim của Fe có từ 5-10% C và một lượng rất ít Si, Mn, Cr, Ni.

Đáp án: B

3.5. Câu 5

Hoà tan hoàn toàn 10 gam gang trong dung dịch HNO3 dặc nóng (dư), thu được V lít hỗn hợp 2 khí (đktc). Biết hàm lượng C trong gang là 4,8%, bỏ qua các nguyên tố khác trong gang. Giá trị của V là:

A. 3,584. B. 11,424. C. 15,008. D. 15,904.

Đáp án: D

Khí gồm CO₂ và NO₂:

a = 0,51 + 0,16 = 0,67

V = ( 0,67 + 0,04).22,4 = 15,904 lít

3.6. Câu 6

Cho luồng khí CO đi qua ống đựng m gam Fe₂O3 nung nóng một thời gian, thu được 6,72 gam hỗn hợp X gồm 4 chất rắn. Hoà tan hoàn toàn X trong dung dịch HNO₃ dư, thu được 0,448 lít khí Y (đktc) duy nhất có tỉ khối so với khí H₂ bằng 15. Giá trị của m là:

A. 7,56 B. 8,64 C. 7,20 D. 8,80

Đáp án: C

Fe₂O₃ → CO₂ + hhX ( Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄) → dd Fe(NO₃)₃ khí Y (NO)

Xét toàn quá trình: Fe không thay đổi số oxi hoá ( vẫn là +3)

Bảo toàn e: 2a = 0,06

n_CO = n_CO2 = a = 0,03 mol

bảo toàn khối lượng: m_Fe2O₃ + m_CO = m_X + m_CO2

m + 0,03.28 = 6,72 + 0,03.44

m = 7,2 gam

IV. KẾT LUẬN

Bài viết trên đây đã cung cấp đầy đủ thông tin về lý thuyết, cách sản xuất và một số bài tập thực hành của môn hóa 9 bài 20 về hợp kim của sắt – kim loại được ứng dụng vô cùng phổ biến xung quanh chúng ta. Hi vọng những tổng hợp trên sẽ giúp ích cho các bạn học sinh trong quá trình tự học.

Các bạn cùng theo dõi KienGuru để tìm hiểu thêm nhiều kiến thức hữu ích xoay quanh các môn Hóa học, Toán, Vật lý… nhé!

Chúc các bạn luôn học tập thật tốt!