Giải Hóa 9: Bài 20. Hợp kim sắt: Gang, thép
BÀI 20. HỘP KIM SẮT: GANG, THÉP KIẾN THỨC CẦN NAM vững Hợp kim là gì? 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. Hợp kim của sắt có nhiều ứng dụng: gang và thép. Gang Gang là hợp kim của sắt với cacbon và một sô" nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2 - 5%. Gang giòn và nặng, gồm có hai loại: gang trắng và gang xám. Gang xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, bánh lái... Gang trắng dùng để luyện thép.* Để luyện gang người ta dùng cacbon oxit để khử quặng sắt ở nhiệt độ cao: Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2t Hoặc Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2t Quặng sắt thường lẫn các hợp chất MnO2, SiO2,... Các chất này cũng bị khử tạo thành đơn chất: Mn, Si, ... SiO2 + c Si + co2 Sắt nóng chảy hòa tan c, Si, Mn, p, s tạo thành gang. Quá trình luyện quặng thành gang được thực hiện trong lò cao. Thép Thép là hợp kim của sắt và cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%. Để luyện thép, người ta oxi hóa một số nguyên tố có trong gang để loại ra khỏi gang phần lớn cacbon, mangan, silic, photpho và lưu huỳnh, biến gang thành thép. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA Câu 1. Thế nào là hợp kim? Thế nào là gang và thép? Nêu thành phần, tính chất, ứng dụng của gang và thép. Bài giải 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. Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2 -> 5%. Ngoài ra, trong gang còn có lượng nhỏ một số nguyên tố khác như Si, Mn, s,... Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó lượng cacbon chiếm dưới 2%. GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC 9 úng dụng: luyện thép, đúc bệ máy, ống dẫn nước, vật liệu xây dựng, chế tạo phương tiện giao thông, vận tải... Câu 2. Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết các phương trình hóa học. Bài giải Nguyên tắc: dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao). Các phương trình hóa học: C(r) + O2(K)—>CO2(K) C(r) + co2 (K) —í—> 2CO(K) 3CO(K) + Fe2O3(r)—^->3CO2+2Fe(r) , Câu 3. Hãy cho biết nguyên tắc luyện gang thành thép và viết các phương trình hóa học. Bài giải Nguyên tắc: Oxi hóa một số kim loại, phi kim đế’ loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố cacbon, silic, mangan... Các phương trình hóa học: 2Fe + O2 —»2FeO FeO + C—>Fe + eot 2FeO + Si —■■"—> 2Fe + SiOọ FeO + Mn —> Fe + MnO Câu .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. Bài giải co2 là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ Trái Đất tăng dần, băng hai cực tan nhanh có thể nhấn chìm nhiều thành phố, làng mạc ven biển. so2 là nguyên nhân gây ra hiện tượng mưa axit, pH thấp làm cho động thực vật bị chết, phá hủy các công trình xây dựng... 2SOo + O0 ^==±2SOo 2 2 \ẶÕ, 3 so2 +H2O^=±H2SO3 so3 + H2O —> HọSO^ị. Để chống ô nhiễm các khí trên có thế dùng các biện pháp sau: Trồng nhiều cây xanh trong khu vực dân cư cạnh nhà máy để làm giảm khí co2. Xây dựng hệ thống xử lí khí thải, thu hồi so2 thải ra. Câu 5. Hãy lập các phương trình hóa học theo sơ đồ sau đây: 02 + 2Mn —2MnO Fe2O3 + CO Fe + co2 02 + Si —SiO2 02 + s so2 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 oxít hóa, chất nào là chất khử? Bài giải 02 + 2Mn ——> 2MnO Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 02 + Si -lU SiO2 02 + s so2 Phản ứng xảy ra trong quá trình luyện gang: b Phản ứng xảy ra trong quá trình luyện thép: a, c, d. Câu 6. Tính khôi lượng quặng hematit chứa 60% Fe2O3 cần thiết để sản xuất được 1 tấn gang chứa 95% Fe. Biết hiệu suất của quá trình là 80%. Bài giải Phương trình hóa học: Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2t (gam) 160 (tấn) X 112 0,95 (tấn) 112 0,95.160 112 0,95.160 Nhưng hiệu suất phản ứng chỉ là 80% X - Fe2O3 chỉ chiếm 60% trong quặng hematit. Do đó khối lượng quặng hematit là: 0,95.160 112.0,8.0,6 = 2,83 (tấn)