Title 9D. TÀI LIỆU DẠY THÊM KHTN 9 - HÓA HỌC - BÀI 20. TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM.pdf ✅

1 BÀI 20. TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI – Trong tự nhiên, kim loại chủ yếu tồn tại ở trong quặng dưới dạng hợp chất như oxide, muối. Ví dụ: aluminium oxide là thành phần chủ yếu trong quặng bauxite; iron(III) oxide là thành phần chủ yếu trong quặng hematite; zinc sulfide là thành phần chủ yếu trong quặng sphalerite. Quặng bauxite Quặng hematite Quặng sphalerite Hình. Một số mẫu quặng – Các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng: – Tuỳ thuộc vào mức độ hoạt động hoá học của kim loại, có thể lựa chọn phương pháp hoá học phù hợp để tách kim loại ra khỏi hợp chất của nó: + Phương pháp điện phân nóng chảy được áp dụng để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh như Na, Ca, Mg, Al,... + Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học trung bình như Fe, Zn,.... có thể dùng các chất như C, CO, H2, Al,... tác dụng với oxide kim loại ở nhiệt độ cao, thu được kim loại. + Ngoài hai phương pháp trên, người ta còn dùng phương pháp thuỷ luyện để tách các kim loại hoạt động hoá học yếu như Ag, Au,... II. QUÁ TRÌNH TÁCH MỘT SỐ KIM LOẠI NHIỀU ỨNG DỤNG 1. Phương pháp điện phân nóng chảy Điều chế các kim loại hoạt động hoá học mạnh như Li, Na, K, Ca, ... từ những hợp chất của chúng (muối, oxide, ...). Ví dụ: Nhôm được sản xuất từ quặng bauxite (thành phần chủ yếu là aluminium oxide – Al2O3). Phương trình hoá học của phản ứng được viết như sau:
2 2Al2O3 (*) t đpnc ⎯⎯⎯⎯→ cryoli e 4Al + 3O2 ↑ (*) Cryolite được sử dụng để giảm nhiệt độ nóng chảy của Al2O3, tiết kiệm năng lượng,... Hình. Sơ đồ mô phỏng bể điện phân sản xuất nhôm 2. Phương pháp nhiệt luyện Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại có mức độ hoạt động hoá học trung bình và yếu như Zn, Fe, Cu,... Ví dụ: + Người ta tách được sắt ra khỏi iron(III) oxide (Fe2O3) bằng cách cho Fe2O3 phản ứng với carbon monoxide (CO) ở nhiệt độ cao: Fe2O3 + 3CO o t ⎯⎯→ 2Fe + 3CO2 + Quặng sphalerite có thành phần chính là zinc sulfide (ZnS). Từ quặng sphalerite người tách kẽm như sau: • Nung quặng sphalerite trong không khí ở nhiệt độ cao thu được zinc oxide (ZnO): 2ZnS + 3O2 o t ⎯⎯→ 2ZnO + 2SO2 • Sau đó, cho ZnO tác dụng với carbon ở nhiệt độ cao, tách được kẽm ra khỏi zinc oxide: ZnO + C o t ⎯⎯→ Zn + CO III. HỢP KIM 1. Khái niệm hợp kim Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác. Kim loại cơ bản là kim loại chiếm thành phần chính trong hợp kim. Ví dụ: thép có kim loại cơ bản là sắt, đuy–ra (duralumin) có kim loại cơ bản là nhôm,...
3 2. Ưu điểm của hợp kim Hợp kim thường 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. 3. Một số hợp kim phổ biến Gang, thép và hợp kim nhôm là các hợp kim phổ biến có thành phần, tính chất đặc trưng với nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và sản xuất. Bảng. Thành phần, tính chất, ứng dụng của một số hợp kim của sắt và nhôm Hợp kim Thành phần Tính chất đặc trưng Ứng dụng phổ biến Gang Hợp kim của của sắt với carbon (khoảng 2 – 5% khối lượng) và một số nguyên tố khác. Cứng, giòn Sản xuất bếp, lò nướng, bánh răng làm đường ống và phụ kiện đường ống dẫn nước cấp, nổi và chảo, khuôn đúc,... Thép (thép thông thường) Hợp kim của của sắt với carbon (dưới 2% khối lượng) và lượng nhỏ nguyên tố khác. Cứng, dẻo hơn gang Làm vật liệu trong xây dựng, thiết bị, máy móc. Inox (thép đặc biệt) Hợp kim của Fe cùng một số nguyên tố khác như Cr, Ni,... Khó bị gỉ Làm đồ dùng, dụng cụ trong gia đình; chi tiết trong các dụng cụ, thiết bị y tế;... Duralumin (hay dural) Hợp kim của Al với một số nguyên tố khác như Cu, Mg, Mn. Nhẹ, bền Chế tạo cánh máy bay, áo giáp, khung xe đạp IV. SẢN XUẤT GANG, THÉP 1. Sản xuất gang từ nguồn quặng chứa iron (III) oxide – Nguyên liệu: quặng sắt (thường là quặng hematite với thành phần chính là Fe2O3), than cốc và chất tạo xỉ như CaCO3, SiO2,... Quặng sắt, than cốc, đá vôi được đưa vào lò cao qua miệng lò, chuyển dần từ trên xuống. Không khí nóng được thổi từ dưới lên. – Các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang: + Tạo CO: C + O2 o t ⎯⎯→ CO2; C + CO2 o t ⎯⎯→ 2CO + Tạo gang từ quặng: 3CO + Fe2O3 o t ⎯⎯→ 2Fe + 3CO2
4 + Tạo xỉ, tách xỉ thu được gang: CaO + SiO2 o t ⎯⎯→ CaSiO3 Hình. Sơ đồ lò luyện gang 2. Sản xuất thép – Nguyên liệu chính để sản xuất thép là gang (hoặc thép phế liệu) và khí oxygen. – Quá trình sản xuất thép: Làm giảm các tạp chất C, Si, Mn,... trong gang bằng cách chuyển chúng thành các oxide và loại bỏ chúng để thu được thép.