Giải bài tập SGK Hóa 9 Bài 20: Hợp kim sắt Gang, thép

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

Phương pháp giải

Dựa vào kiến thức trang 61- SGK Hóa 9 để trả lời

Hướng dẫn giải

- Khái niệm hợp kim, gang, thép

+ 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 tiên giao thông vận tải (tàu thủy, tàu hỏa, ô tô, xe gắn máy, xe đạp...)

Phương pháp giải

Dựa vào kiến thức trang 61- 62 SGK Hóa 9 để trả lời

Hướng dẫn giải

Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.

Quá trình sản xuất gang trong lò luyện kim (lò cao).

- 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.

Phương trình hóa học xảy ra:

C + O₂ → CO₂

C + CO₂ → 2CO

3CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Phương pháp giải

Dựa vào kiến thức trang 61- 62 SGK Hóa 9 để trả lời

Hướng dẫn giải

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

- Quá trình luyện thép được thực hiện trong lò Bet-xơ-me. Khí oxi oxi hóa các nguyên tố trong gang như C, Mn, Si,.. Sản phẩm thu được là thép.

Phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra:

+ Thổi khí oxi vào lò đựng gang nóng chảy, khí oxi oxi hóa sắt thành FeO:

2Fe + O₂ → 2FeO

+ Sau đó FeO sẽ oxi hóa một số nguyên tố trong gang như C, Mn, Si, P, S:

FeO + C → Fe +CO

2FeO + Si  →2Fe + SiO₂

2FeO + Mn → 2Fe + MnO₂

Phương pháp giải

Khí SO₂ gây ô nhiễm không khí, gây ra hiện tượng mưa axit

Khí CO₂ gây ra hiệu ứng “nhà kính”, làm nhiệt độ Trái Đất nóng lên.

Hướng dẫn giải

Những khí thải trong quá trình luyện gang, thí dụ như SO₂, CO₂ có ảnh hưởng đến môi trường xung quanh: Khí SO₂ gây ra hiện tượng mưa axit, làm cho nồng độ axit trong nước mưa cao hơn mức bình thường. Khí CO₂ gây ra hiệu ứng “nhà kính”, làm nhiệt độ Trái Đất nóng lên làm tan băng ở hai cực.

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

H₂SO₃ tiếp tục bị oxi hóa thành H₂SO₄

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

Biện pháp chống ô nhiễm môi trường : Xây hệ thống liên hoàn xử lí khí thải độc hại trước khi dưa khí thải ra ngoài không khí; Trồng vành đai cây xanh để hấp thụ CO₂...

Phương pháp giải

- Cân bằng các phương trình hóa học

a) O₂ + 2Mn → 2MnO

b) Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

c) O₂  + Si  → SiO₂

d) O₂  +  S  →  SO₂

- Phân loại các phản ứng xảy ra trong quá trình luyện thép.

→ Chất oxi hóa là O₂, Fe₂O₃; chất khử là Mn, CO, Si, S.

Hướng dẫn giải

a) O₂ + 2Mn → 2MnO

b) Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

c) O₂  + Si  → SiO₂

d) O₂  +  S  →  SO₂

Phản ứng (b) xảy ra trong quá trình luyện gang

Phản ứng (a), (c), (d) xảy ra trong luyện thép

Chất oxi hóa là O₂, Fe₂O₃; chất khử là Mn, CO, Si, S.

Phương pháp giải

Ghi nhớ công thức tính hiệu suất phản ứng:

%H = [ lượng phản ứng : lượng ban đầu].100% =

Hướng dẫn giải

Khối lượng Fe có trong 1 tấn gang = \(1 . \dfrac{95}{100} = 0,95\) tấn.

Phương trình hóa học: \(F{e_2}{O_3} + {\rm{ }}3CO{\rm{ }} \to 2Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}3C{O_2}\)

Theo phương trình, khối lượng \(F{e_2}{O_3}\) phản ứng=  \(m =  \dfrac{0,95.160}{2.56} = 1,357\) (tấn) 

Với hiệu suất phản ứng chỉ đạt \(80\%\) nên khối lượng thực tế \(F{e_2}{O_3}\) cần = \( \dfrac{1,357.100}{80} = 1,696\) (tấn).    

Khối lượng quặng hematit chứa 60% \(F{e_2}{O_3}\)= \( \dfrac{1,696.100}{60} = 2,827\) (tấn)