Bài 20. Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim Vở thực hành Khoa học tự nhiên 9

20.1

Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng

Phương pháp giải:

Dựa vào phương pháp tách kim loại

Lời giải chi tiết:

Các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng là:

- Loại bỏ tạp chất như đất, đá, cát,…

- Lựa chọn phương pháp tách kim loại phù hợp

- Thực hiện phương pháp đã chọn để tách kim loại.

20.2

Hãy chỉ ra điểm giống nhau và khác nhau trong hai quá trình tách kẽm và tách sắt đã nêu ở trên.

Phương pháp giải:

Dựa vào phương pháp tách kẽm và sắt

Lời giải chi tiết:

Giống nhau: đều tạo thành kim loại sau phản ứng tách

Khác nhau: tách sắt từ oxide (Fe₂O₃) bởi carbon monoxide; tách kẽm từ muối (ZnS) bằng cách đốt cháy ZnS để tạo ZnO và từ đó dùng carbon để tách ZnO.

20.3

Theo em, kim loại natri có thể tách bằng phương pháp nhiệt luyện như tách kẽm được không? Vì sao?

Phương pháp giải:

Dựa vào tính chất hóa học của kim loại mạnh

Lời giải chi tiết:

Na không sử dụng phương pháp nhiệt luyện được vì Na là một kim loại mạnh nên không thể dùng C, CO, H₂ để tác dụng với Na₂O ở nhiệt độ cao.

20.4

Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Al,…?

Phương pháp giải:

Dựa vào các phương pháp tách kim loại

Lời giải chi tiết:

Phương pháp điện phân nóng chảy để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh.

20.5

Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình như Zn, Fe?

Phương pháp giải:

Dựa vào các phương pháp tách kim loại

Lời giải chi tiết:

Phương pháp nhiệt luyện để tách kim loại trung bình như Zn, Fe.

20.6

Thành phần, tính chất của kim loại và hợp kim của nó khác nhau như thế nào? Tại sao trong thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim. Lấy ví dụ minh hoạ

Phương pháp giải:

Dựa vào tính chất của kim loại và hợp kim

Lời giải chi tiết:

Thành phần của kim loại: chủ yếu là nguyên tử kim loại đó

Thành phần của hợp kim: bao gồm kim loại cơ bản và một kim loại hoặc phi kim khác

Tính chất kim loại: phụ thuộc vào kim loại đó

Tính chất hợp kim: bao gồm tính chất kim loại cơ bản và tính chất của kim loại và phi kim khác.

Thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim vì những ưu điểm của hợp kim vượt trội hơn so với kim loại như: độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét.

Ví dụ: người ta sử dụng gang và théo để đúc các chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống.

20.7

Gang, thép, đuy – ra có thành phần và tính chất đặc trưng gì? Tại sao các hợp kim này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và cuộc sống?

Phương pháp giải:

Dựa vào đặc điểm của các loại hợp kim.

Lời giải chi tiết:

- Gang và thép là hai hợp kim quan trọng của sắt với carbon và một số nguyên tố khác (carbon chiếm hàm lượng từ 2% - 5% trong gang và dưới 2% trong thép). Thép có nhiều ưu điểm hơn sắt về độ cứng, độ đàn hồi, khả năng chịu lực nên được sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng, giao thông. Gang cứng và giòn hơn thép, thường được dùng để đúc các chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống, …

- Đuy – ra (duralumin) là hợp kim của nhôm với đồng, manganese, magnesium … Đuy – ra nhẹ tương đương với nhôm nhưng bền và cứng hơn nhiều, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô …

- Gang, thép, đuy – ra nói riêng hay các hợp kim nói chung có nhiều ưu điểm vượt trội so với kim loại nguyên chất về độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét, phù hợp với nhiều ứng dụng do đó được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và cuộc sống.

20.8

Mô tả các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang. Viết phương trình hóa học của các phản ứng.

Phương pháp giải:

Dựa vào quy trình sản xuất gang, thép

Lời giải chi tiết:

Các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang:

- Phản ứng tạo thành khí CO

- Khí CO phản ứng với các oxide của sắt trong quặng

- Đá vôi bị phân hủy thành CaO. CaO kết hợp với các oxide như SiO₂ trong quặng tạo thành xỉ:

20.9

Tại sao khi loại bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép?

Phương pháp giải:

Dựa vào phương pháp sản xuất thép

Lời giải chi tiết:

Vì hàm lượng carbon trong gang cao hơn thép, nên khi loại bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang nên tính chất của gang cũng bị thay đổi và dần thu được thép.

20.10

Khí thải trong sản xuất gang, thép thường chứa các khí gì? Em hãy tìm hiểu và cho biết nếu các khí này được đưa thẳng ra ngoài môi trường mà không qua xử lí sẽ gây ảnh hưởng như thế nào tới môi trường sống

Phương pháp giải:

Dựa vào tính chất hóa học của các khí độc

Lời giải chi tiết:

Khi khí thải chưa được xử lí đưa ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người

 ví dụ : CO₂ gây hiệu ứng nhà kính, khí CO gây khó thở ở người.

20.11

Gang và thép có thành phần khác nhau như thế nào? Thành phần đó ảnh hưởng đến tính chất vật lí của gang, thép như thế nào? Nêu ví dụ về các ứng dụng nổi bật của gang và thép trong cuộc sống

Phương pháp giải:

Dựa vào tính chất của gang và thép

Lời giải chi tiết:

20.12

Phương pháp tách kim loại nào đã được vận dụng trong quá trình sản xuất gang? Giải thích.

Phương pháp giải:

Dựa vào các giai đoạn chính sản xuất gang

Lời giải chi tiết:

Phương pháp nhiệt luyện được sử dụng vì trong giai đoạn tạo gang từ quặng: 

20.13

a) Hãy sắp xếp các kim loại Al, Fe, Zn theo chiều giảm dần của mức độ hoạt động hóa học. Từ đó rút ra nhận xét về phương pháp điều chế các kim loại trên từ các oxide tương ứng.

b) Điện phân nóng chảy một lượng Al₂O₃ thu được m gam Al. Oxygen sinh ra đốt cháy điện cực than chì, tạo ra hỗn hợp khí gồm 3 mol CO và 1 mol CO₂. Tính giá trị của m.

Phương pháp giải:

Dựa vào mức độ hoạt động hóa học của kim loại.

Lời giải chi tiết:

a) Theo chiều giảm dần của mức độ hoạt động hóa học là: Al, Zn, Fe.

Đối với oxide của kim loại mạnh Al dùng phương pháp điện phân nóng chảy.

Đối với oxide của kim loại Zn, Fe dùng phương pháp nhiệt luyện.

20.14

a) Tại sao quá trình tách sắt khỏi iron(III) oxide bằng carbon monoxide như đã nêu trong SGK KHTN 9 lại không thu được sắt nguyên chất mà lại thu được gang, chứa lượng carbon tương đối lớn?

b) Từ 1 tấn gang (chứa 95% Fe và 5%C) cần tách bao nhiêu kilogam C để thu được thép (chứa 99% Fe và 1% C)? Tính lượng khí CO₂ tạo thành.

Phương pháp giải:

Dựa vào phương pháp sản xuất gang, thép.

Lời giải chi tiết:

a) Vì khi điều chế sắt từ iron(III) oxide, sắt phản ứng với CO ở nhiệt độ cao để tạo ra hợp kim Fe – C nên không thu được sắt nguyên chất.

b) Phương pháp nhiệt luyện được sử dụng vì trong giai đoạn tạo gang từ quặng:

m _Fe = 1000.95% = 950kg

m _C = 1000.5% = 50kg

Giả sử khối lượng thép là x kg:

Khối lượng sắt trong thép: x.99% = 0,99x kg

Khối lượng carbon trong thép: x.1% = 0,01x kg

Vì toàn bộ khối lượng sắt trong gang dùng để sẩn xuất thép nên: m _{Fe trong gang} = m _{Fe trong thép}

\( \to \)950 = 0,99x \( \to \)x = 959,6kg

Khối lượng C trong thép là: 959,6.0,01 = 9,6kg

Lượng C cần tách là: 50 – 9,6 = 40,4 kg

C + O₂ \( \to \)CO₂

n _C = \(\frac{{40,4}}{{12}} = \frac{{101}}{{30}}k.mol\)

n _CO2 = \(\frac{{101}}{{30}}.44 = 148,13kg\)