Hoá học 9 Bài 20: Hợp kim sắt: Gang, thép Giải Hoá học lớp 9 trang 63

Hoá học 9 Bài 20 giúp các em học sinh lớp 9 nắm vững kiến thức về hợp kim sắt: Gang, thép. Đồng thời giải nhanh được các bài tập Hóa học 9 chương 2 trang 63.

Việc giải Hóa 9 bài 20 trước khi đến lớp các em nhanh chóng nắm vững kiến thức hôm sau ở trên lớp sẽ học gì, hiểu sơ qua về nội dung học. Đồng thời giúp thầy cô tham khảo, nhanh chóng soạn giáo án cho học sinh của mình. Vậy sau đây là nội dung chi tiết tài liệu, mời các bạn cùng tham khảo tại đây.

Lý thuyết Hóa 9 Hợp kim sắt: Gang, thép

1. Hợp kim sắt

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.

a. Gang

• Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2 – 5%, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như Si, Mn, S,… Gang cứng và giòn hơn sắt.
• Có hai loại gang: gang trắng và gang xám. Gang trắng dùng để luyện thép, gang xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước,…

b. Thép

• Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%.
• Thép có nhiều tính chất lí, hóa quý hơn sắt. Thép được dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo máy, dụng cụ lao động…

2. Sản xuất gang, thép

a. Sản xuất gang

• Nguyên liệu sản xuất gang là quặng sắt, thí dụ quặng manhetit (chứa Fe₃O₄), quặng hematit; than cốc (than đã được tinh chế); không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO₃,…
• 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: C + O₂ → CO₂

C + CO₂ → 2CO

• Phản ứng khử oxit sắt thành sắt: 3CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂
• Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon tạo thành gang.
• Đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp vơi SiO₂ có trong quặng tạo thành xỉ.
• CaO + SiO₃ → CaSiO₃
• Xỉ nhẹ nổi lên trên và được đưa ra ở cửa tháo xỉ.

b. Sản xuất thép

• Nguyên liệu sản xuất thép là gang, sắt phế liệu, khí oxi.
• Nguyên tắc sản xuất thép là 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.
• 2Fe + O₂ → 2FeO
• FeO + C → Fe + CO
• 2FeCO + Si → 2Fe + SiO₂

Giải bài tập Hóa 9 Bài 20 trang 63

Câu 1

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

Gợi ý đáp án

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, gàn 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 thồn vận tải (tàu thủy, tàu hỏa, ô tô, xe gắn máy, xe đạp …)

Câu 2

Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết các phương trình phản ứng hóa học.

Gợi ý đáp án

Nguyên tắc sản xuất gang : Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao). Các phương trình hóa học xảy ra :

C + O₂ → CO₂

C + CO₂ → 2CO

Khí CO khử oxit sắt trong quặng thành sắt:

3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ ↑ + 2Fe

MnO₂ + 2CO → Mn + 2CO₂ ↑

SiO₂ + 2CO → Si + 2CO₂ ↑

Sắt nóng chảy hòa tan cacbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang.

Câu 3

Hãy cho biết nguyên tắc luyện gang thành thép và viết các phương trình hóa học.

Gợi ý đáp án

Nguyên tắc luyện gang thành thép: Loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố cacbon, silic, mangan …

Thổi khí oxi vào lò đựng gang nóng chảy, khí oxi oxi hóa sắt thành FeO. Sau đó FeO sẽ oxi hóa một số nguyên tố trong gang như C, Mn, Si, P, S. Ví dụ:

2Fe + O₂ → 2FeO

FeO + C → Fe + CO

2FeO + Si → 2Fe + SiO₂

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.

Gợi ý đáp án

Những khí thải trong quá trình luyện gang, thí dụ như SO₂, CO₂ ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

– Khí SO₂ gây ô nhiễm không khí, độc hại cho con người và động thực vật.

– Làm cho nồng độ axit trong nước mưa cao hơn mức bình thường.

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

H₂SO₃ tiếp tục bị oxi hóa thành H₂SO₄.

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

Biện pháp chống ô nhiễm môi trường:

– Xây dựng hệ thống liên hoàn xử lí khí thải độc hại trước khi đưa khí thải ra ngoài không khí.

– Trồng vành đai xanh để háp thụ khí CO₂.

Câu 5

Hãy lập các phương trình hoá học theo sơ đồ sau đây

a) O₂ + 2Mn 2MnO

b) Fe₂O₃ + CO Fe + CO₂

c) O₂ + Si SiO₂

d) O₂ + 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 oxi hoá, chất nào là chất khử?

Gợi ý đáp án

a) O₂ + 2Mn 2MnO

b) Fe₂O₃ + 3CO 2Fe + 3CO₂

c) O₂ + Si SiO₂

d) O₂ + S SO₂

Phản ứng xảy ra trong quá trình luyện gang là (b), phản ứng xảy ra trong luyện thép là (a), (c), (d).

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

Câu 6

Tính khối 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%.

Gợi ý đáp án

Khối lượng Fe có trong 1 tấn gang = 1 x (95/100) = 0,95 tấn.

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Tỉ lệ: 160 2,56 (tấn)

P.ư: m 0,95

Khối lương Fe₂O₃, phản ứng: m = (0,95.160)/(2.56) = 1,357 tấn

Vì hiệu suất phản ứng chỉ đạt 80% nên khối lượng thực tế cần là: (1,357.100)/80 = 1,696 tấn.

Fe₂O₃ chỉ chiếm 60% khối lượng quặng sắt nên khối lượng quặng sắt cần là:

m_quặng = (1,969.100)/60 = 2,827 tấn