Giải Hóa 12: Bài 29. Hợp kim của sắt

BÀI 29. HỢP KIM CỦA SAT
A. KIẾN THỨC CẨN NHỚ
I. Gang
1) Khái niệm
Gang là hợp kim sắt với cacbon trong đó có từ 2 - 5% cacbon, ngoài ra còn một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, s,... Gồm hai loại: gang xám và gang trắng.
74	GIẢI BÀI TẬP HOÁ HỌC 12 - cơ BÁN
2) Sản xuất gang
Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao.
Nguyên liệu: Quặng sắt oxit (thường là quặng hematit đỏ Fe2O3), than cốc và chất chảy (CaCO3 hoặc SiO2).
Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang:
Phản ứng tạo thành chất khử CO:
c + 02 —-—> co2 co2 + c —2CO
Phản ứng khử oxit sắt:
Ở nhiệt độ khoặng 400°C xảy ra phản ứng:
3Fe2O3 + CO —-—> 2Fe3O4 + CO2T
ở nhiệt độ khoảng 500 - 600°C thì khử Fe3O4 thành FeO:
Fe3O4 + CO —3FeO + co2t
ở nhiệt độ khoảng 700 - 800°C xảy ra phản ứng khử FeO thành Fe:
FeO + CO —Fe + co2t
Phản ứng tạo xỉ:
CaCO3 —CaO + co2t CaO + SiO2—» CaSiO3 (canxi silicat)
II. Thép
ỉ) Khái niệm
Thép là hợp kim sắt chứa từ 0,01 - 2% khối lượng cacbon cùng với một sô' nguyên tố khác (Cr, Ni, Mn, Si, ...). Gồm: thép thường và thép đặc biệt.
2) Sản xuất thép
Nguyên tắc: làm giảm hàm lượng các tạp chất c, s, Si, Mn, ... có trong gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.
Các phương pháp luyện thép:
Phương pháp Bet-xơ-me.
Phương pháp Mac-tanh.
Phương pháp lò điện.
B. HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ ĐÁP ÁN BÀi TẬP SGK TRANG 151
Câu 1.
Nguyên tắc luyện quặng thành gang:
Khử quặng bằng than cốc trong lò cao. Dùng co làm chất khử để khử các oxit sắt.
Những phản ứng chính xảy ra trong lò cao:
c + 02 —co2
co2 + c —2CO
3Fe2O3 + CO —-—> 2Fe3O4 + CO2t
Fe3O4 + CO —3FeO + CO2T
FeO + CO —£-> Fe + co2t
CaCOs —CaO + co2t CaO + SiO2 -» CaSiO3
Câu 2. Các phương pháp luyện thép:
Phương pháp Bet-xơ-me (lò thổi oxi):
02 tinh khiết nén dưới áp xuất lOatm được thổi đều trên bề mặt và trong lòng gang nóng chảy, do vậy oxi đã oxi hóa rất mạnh các tạp chất (Si, c, p, s,...)
Ngày nay khoảng 80% thép được sản xuất theo phương pháp này.
Ưu điểm:
+) Phản ứng trong lò gang tỏa nhiều nhiệt.
+) Nâng cao chất lượng thép, thời gian ngắn, sản xuất được nhiều thép.
Nhược diểrti: Không luyện được thép chất lượng cao vì thời gian chỉ 45 phút.
Phương pháp Mac-tanh (lò bằng):
Nhiên liệu là khí đốt hoặc dầu cùng với không khí và oxi được phun vào lò để oxi hóa tạp chất trong gang.
Ưu điểm: Có thể kiểm soát được tỉ lệ các nguyên tố trong thép và bổ sung các nguyên tố cần thiết khác như Mn, Ni, Cr, Mo,... Do vậy có thể sản xuất được thép có chất lượng cao.
Nhược điểm: Tốn nhiên liệu để đốt lò vì thời gian từ 5 - 8 giờ.
Phương pháp lồ điện:
Nhiệt lượng sinh ra trong lò hồ quang điện giữa các điện cực bằng than chì và gang lỏng tỏa ra nhiệt độ 3000°C và dễ điều chỉnh hơn các lò trên.
Ưu điểm: Luyện được thép đặc biệt mà thành phần có những kim loại khó nóng chảy như vonfram, molipđen.
Nhược điểm: Mỗi mẻ thép không lớn, điện năng tiêu thụ lớn. Câu 3. Chọn D.
Câu 4. Chọn B.
Khi cho các oxit sắt tác dụng với co thành co2 thì:
2,24
nco = Ho trong oxit =	=0,1 (moi)
22,4
=> mFe = 17,6 - (0,1 X 16) = 16 (gam).
Câu 5. Chọn B.
Ta có: nc0 = 9^99.8- = 0,007 (moỉ) c°2	22,4
=> nCOĩ = nc trong thép => mc = 0,007 X 12 = 0,084 (gam)
Vậy %mc trong thép =	X100% = 0,84%.
Câu 6.
= 760 (tấn) Fe
100
Khối lượng sắt có trong 800 tấn gang chứa 95% sắt là: 800 X 95
Lượng sắt thực tế cần phải có là: 799x9.99. = 767,68 (tấn)
99
Sơ đồ chuyển hóa: Fe3O4 -> 3Fe (tấn) 232	3x56
Muốn có 767,68 tấn sắt, cần: -797'88 x 232 = 1060,13 (tấn) Fe3O4. 168
Khối lượng quặng manhetit chứa 80% Fe3O4 cần dùng là:
1060,13 X100	,___ .
	= 1325,1625 (tấn).
80