Giải bài tập Hóa 12 Bài 33: Hợp kim của sắt
§33. HỢp kim Của sắt A, TÓM TẮT LÍ THUYẾT Sắt tinh khiết ít được sử dụng trong thực tế, nhưng các hợp kim của sắt là gang và thóp lại được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp và đời sống. L GANG: Gang là hợp kim của sắt với cacbon (2 - 5%) và một số nguyên lố khác (1 - 4% Si; 0,3 - 5% Mn; 0,1 - 2% P; 0,01 - 1% S). Phân loại, tính chát và ứng dụng của gang a) Gang trắng: Gang trắng chứa ít cacbon, rât ít silic, chứa nhiều xemcnlit FC3C. Gang trắng rất cứng và giòn, được dùng để luyện thóp. b. Gang xám: Gang xám chứa nhiều cacbon và silic. Gang xám kém cứng và kém giòn hdn gang trắng, khi nóng chảy thành chất lóng linh động (ít nhớt) và khi hóa rắn thì tăng thể tích, vì vậy gang xám được dùng để đúc các bộ phận của máy, ống dẫn nước, cánh cửa,... Sản xuất gang Nguyên tắc: Khử quặng oxit sắt bằng than cốc trong lò cao. Nguyên liệu: Quặng sắt oxil (thường là quặng hcmalil đó FejO.O, than cốc và chát chảy (CaCO, hoặc SiO2) Những phan ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang Phản ứng lạo thành chất khử CO: c + 02 —> co2. co2 + c -> 2CO. Phản ứng khử oxit sắt: 3Fc20s + co -» 2FC3O4 + co2f. FC3O4 + co -> 3FcO + co2t. FcO + co -> Fe + co2t. Phản ứng tạo xỉ: CaCŨ3 -» CaO + CO2T . CaO + SiO2 —> CaSiO3 Sự tạo thành gang: ớ phần bụng lò (nhiệt độ khoảng 150()"C) sắt nóng chảy có hòa tan một phần cacbon và một lưựng nhỏ mangan, silic,... đó là gang. Gang nóng chảy tích tụ ờ nồi lò. Sau một thời gian nhâì định, người ta tháo gang và xỉ ra khỏi lò cao. THÉP : Thép là hợp kim của sắt với cacbon (0,01 - 2%) và một lượng rất nhỏ các nguyên tố Si, Mn,... Phân loại, tính chất và ứng dụng của thép: Dựa vào thành phần và tính chất, có thổ phân thép thành hai nhóm : a) Thép thường (hay thép cacbon): Chứa ít cacbon, silic, mangan và rất ít hiu huỳnh, pholpho. Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon. Thép cứng chứa trên 0,9% c, thép mềm không quá 0,1% c. Loại thép này thường được sử dụng trong xây dựng nhà cửa, chế tạo các vật dụng trong đời sống. Thép đặc biệt : Là ihép có chứa (hôm các nguyên tố khác như : Si, Mn, Cr, Ni, w, V,.. Thép đặc biêt cỏ những lính chết cơ học, vật lí rất quý. Ví dự: Thép Cr - Ni rất cứng dùng chế tạơ vòng bí, vó xe bọc thép. Thép không gí có thành phân 74% Le, 18% Cr, 8% Ni.dùng để chê tạo dụng cụ y tế, dụng cụ nhà bếp,...' Thép w - Mo - Cr rất cứng dù ở nhiệt độ rất cao, dũng để chê tạo lười dao cắt gọt kim loại cho máy tiện, máy phay,... Thép silic có tính đàn hồi lốt, dùng để chế tạo lò xo, nhíp ôlô,... Thép mangan rát ben, chịu được va đập mạnh, dùng để chê tạo đương ray xe lửa, máy nghiền đá,... Sản xuất thép u) Nguyên tắc: Giảm hàm lượng các tạp chất c, s, Si....bằng cách oxi hóa thành oxit rồi tách ra khói thép. b) Cúc phương pháp luyện tliép Phương pháp Bet-xơ-me (lò thổi oxi): Oxi nén dưới áp suâl 10 aim được thổi trên bề mặt và trong lòng gang nóng cháy, do vậy oxi đã oxi hóa rất mạnh những lạp chát trong gang và thành phần các chất trong thép được trộn đều. Lò thổi oxi có ưu điểm là các phản ứng xảy ra bên trong khôi gang tỏa rất nhiều nhiệt, thơi gian luyện thép ngắn. Lò cơ lơn có thể luyện được 300 lấn thép trong thơi gian 45 phút. Ngày nay có khoảng 80% thép được sản xuất bằng phương pháp này. Phương pháp Mac-tanh (lò bằng): Nhiên liệu là khí đốt hoặc dầu cùng vơi không khí và oxi được phun vào lò để oxi hóa các tạp chát trong gang. Ưu điểm của phương pháp này là có thể kiểm soát được tỉ lệ các nguyên tô trong thép và bổ sung các nguyên lố cần thiết khác như Mn, Ni, Cr, Mo, w. V,... Do vậy, có thể luyện dược những loại thép có châl lượng cao. Mỗi mò thép ra lò có khối lượng chừng 300 tân trong thơi gian từ.5 - 8 giơ. Khoảng 12 - 15% thép trên thế giơi được sản xuất theo phương pháp này. Phương pháp lò điện: Nhiệt lượng sinh ra trong lò hồ quang điện giữa căc điện cực bằng than chì và của gang lỏng tạo ra nhiệt độ cao hơn và dễ điều chỉnh hơn so vơi các loại lò trên. Do vậy, phương pháp lò hồ quang điện có ưu điểm là luyện đưực những loại thép đặc biệt mà thành phần có những kim loại khó nóng chíảy như vonlầm (t„e = 3350"C), molipđen (tnc = 2620°C), crom (lIK. = 1890"C), và loại được hầu hết những nguyên tố có hại cho thép như lưu huỳnh, photpho. Nhược điểm của lò hồ quang điện là dung tích nhỏ nên khối lượng mỗi mẻ thép ra lò không lơn. B, BÀ! TẬP SÁCH GIÁO KHOA Nêu nliữiiỊỊ phản ứiiỊỊ cliinli xàỵ ru irtniỊỉ lò cun. Nêu cúc phưmix pliúp luyện thép Ví) cho biết ưu điểm, nhược iliểm cửu mồi pliươnx pháp. MỘI loại quụiiỊỊ chứa sát trnnx lự nhiên đù dược loại hò lụp chất. Hoù lun quậnx này tronx dunx dịch HNO.i thúy cũ khi mùu nâu huy ru, duitỊỊ dịclì thu dược chu túc dụttỊi với dutiỊ! dịch ItuCI: thấy cú kết lũu irắnx (khâtiỊỊ tun tronx uxit Iiiạnli). Loụi quụnx dó lù A. xiđerit II. Iiemutit c. munlteiit I). pint sill 4; l)é khử lioùn mùn 17,6 xum hỗn liựp xầm Fe, Fe.<Oj, FezO.t đến Fe cún vừu dù 2,24 lít khí co tdktc). Khối lượnx sát thu dược lù -4. 15 xum II. 16 xum c. 17 xum I). 18 xum Nunx một mẫu lliép Ihườnx cú khui lượnx 10 xum Ironx O; du thu dược 0,1568 lít khi CO: Idktc). Tliùnh phun phẩn trùm then khôi lượnx diu cuchnn tronx mầu lliép dó lù A (1,82% II. 0,84% c. 0,85% F>. 0.86% Cun hun nhiêu nin quụùx munlielil clnĩu 80% Fe.iOj dể cú thể sun xuấl dược 800 tun XUI'X có hùm lượnx Slit lù 15%. lìiêt rằnx trunx quá trìnli sún xuất, lượnx sất hị hun hụt lù 1%. Hướng dẫn giải Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện gang Phản ứng tạo chất khử co c + 02 -> co2 + Q ; co2 + c -> 2CO + Q Phản ứng khử oxit sắt: 3Fc2O_ì + co —» 2Fc3O4 + co2t Fe3O4 + co -» 3FeO + co2t FeO + CO -> Fe + co2t Phản ứng tạo xỉ CaCO3 -> CaO + CO2Ĩ; CaO + SiO2 -> CaSiO3 (canxi silicat) a) Phương pháp BETXƠMEN Ưu điểm : Thời gian chuyển gang thành thép râ't nhanh, thiết bị đơn giản, vốn đầu tư không lớn, không cần nhiên liệu. Nhược điểm'. Khó điều chính các điều kiện thích hợp để thu loại thép có thành phần mong muốn, đồng thời chất lượng thép không cao do không loại được hốt lưu huỳnh trong gang và thóp có hòa tan một lượng oxi, nitơ khiến thép trở nên giòn. Phương pliáp MACT ANH Ưu điểm : Tận dụng dược sắt thép phế liệu để luyện thép, luyện được những loại thép chất lượng cao, có thành phần như ý muốn và khối lượng mỗi mỏ thép thu được khá lớn. Nhược điểm: Tiêu hao nhiều nhiên liệu, thời gian luyện mỗi mẻ thép khá dài. Phương pháp LÒ ĐIỆN Ưu điểm: Nhiệt độ trong lò điện cao hơn nhiều và dễ điều chỉnh hơn so với phương pháp Betxơmcn và Mactanh. Luyện đưực nhưng loại thép đặc biệt và không chứa những lạp chất có hại. ♦ Nhược điếm: Lò có dung tích nhỏ nên khối lượng mỗi me thép ít hơn so với các phương pháp khác. Chọn D. FcSọ + 18HN0.Ì—> Fc(NO.3)3 + 2H2SO4 + 15NO2t + 7H2O H2SO4 + BaCl2-» BaSCU + 2HC1 , ^nco - ^co, cmx + mco =mY +mco2 Chọn B. Trong quá trình khứ ta luôn có < 2.24 . . 2.24 17,6 + 28. 77 ■ = m + 44. 77 => m = 16 (g) 22,4 22,4 5. Chọn B. c + O2 —> CO2 0,007 0,007 0,1568 22,4 . . , „ 0.007.12.1(X) 10 1 hành phân phân trăm khói lượng c trong thép: %mc = -77 = 0,84% z 800.95 Khôi lương săt trong 800 tân gang : m = ——— = 760 tân 100 Sơ đồ hợp thức Fe3O.i —> 3Fc 232(g) -> 3.56 (g) ? tấn <- 760 tâ’n Khôi lượng quặng manhetit chứa 80%. Fe.iCL cần dùng 760.232 100 100 L 3.56 80 99