Tiêu đề Hóa 9 - Bài 3 - Tách kim loại và sử dụng hợp kim.docx ✅

Hóa 9 –Bài: TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM Phần A: Lí Thuyết 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 bauxide; iron(III) oxide là thành phần chủ yếu trong quặng hematite; zinc sulfide là thành phần chủ yếu trong quặng sphaleride. Một số kim loại quý như vàng có thể tồn tại dưới dạng đơn chất trong các hạt nhỏ li ti, nằm lẫn trong đất, đá. Từ quặng, người ta thường làm giàu quặng bằng cách loại bỏ tạp chất (đất, cát, đá,...) để thu được hợp chất của kim loại với hàm lượng cao. Sau đó, từ hợp chất của kim loại sẽ tách được kim loại ở dạng đơn chất. Các phương pháp phổ biến thường được dùng để tách kim loại ở dạng đơn chất từ hợp chất gồm: phương pháp điện phân nóng chảy, phương pháp nhiệt luyện và phương pháp thủy luyện. Tùy vào mức độ hoạt động hóa học của kim loại, có thể lựa chọn phương pháp hóa 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 hóa học mạnh như Na, Ca, Mg, Al,… - Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình như Fe, Zn,…: có thể dùng các chất như C, CO, H 2 , 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 thủy luyện để tách các kim loại hoạt động hóa học yếu như Ag, Au,… 1 Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng 1.1 Tách nhôm ra khỏi aluminium oxide bằng phản ứng điện phân Nguyên liệu: quặng bauxite (thành phần chính là A1 2 O 3 ). Quá trình điện phân nóng chảy: Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân Các phương pháp tách kim loại theo mức độ hoạt động hóa học Phương pháp điện phân nóng chảy Phương pháp nhiệt luyện Phương pháp thủy luyện
Aluminium oxide nóng chảy, theo phản ứng sau: 232243dpncAlOAlO 1.2. Tách sắt ra khỏi iron(III) oxide Hình 20.1 Sơ đồ bể điện phân aluminium oxide nóng chảy
Ở nhiệt độ cao, sắt được tách ra khỏi iron(III) oxide bởi carbon monoxide: 0 232323tCOFeOFeCO 1.3. Tách kẽm ra khỏi zinc sulfide Quặng chứa zinc sulfide (ZnS) được đốt trong không khí để chuyển zinc sulfide thành zinc oxide (ZnO): 0 22232tZnSOZnOSO Tiếp theo, kẽm được tách ra khỏi zinc oxide bởi carbon: 0 tZnOCZnCO II - 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,... 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. Do đó, chúng được sử dụng phổ biến trong đời sống và trong công nghiệp. 3. Một sỗ hợp kim phổ biến 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% đến 5% trong gang và dưới 2% trong thép). Hiện nay, chúng là những vật liệu kim loại phổ biến nhất trên thế giới. Thép có nhiều ưu điểm hơn sắt về độ cứng, độ đàn hồi, khả năng chịu lực nên được sử dụng rộng rãi 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,... Inox là một loại thép đặc biệt, ngoài sắt và carbon còn có các nguyên tố khác như chromium, nickel. Inox cứng và khó bị gỉ, được sử dụng làm đồ gia dụng, thiết bị y tế,... Đuy-ra (duralumin) là hợp kim của nhôm với đồng, manganese, magnesium,... Đuy-ra nhẹ tương đương nhôm nhũng bển và cứng hơn nhiều, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô,... Ill -Sản xuất gang, thép Sắt tinh khiết hầu như không được sử dụng trong cuộc sống, nhưng các hợp kim của sắt là gang và thép lại được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và đời sống. 1. Sản xuất gang từ nguồn quặng chứa iron(III) oxide Nguyên liệu: quặng sắt (thường là quặng hematite với thành phần chính là Fe 7 O 3 ), than cốc và chất tạo xỉ như CaCO 3 , SiO 2 ,... Quặng sát, than cốc, đá vôi được đưa vào lò cao qua miệng lò, chuyên dẩn từ trên xuống. Không khí
nóng được thổi từ dưới lên. Các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang: Phản ứng tạo thành khí CO: 0 0 22 22 t t COCO CCOCO   - Khí CO phản ứng với các oxide của sắt trong quặng: 0 232323tCOFeOFeCO Sắt nóng chảy hoà tan một lượng nhỏ carbon cùng một số nguyên tố khác tạo thành gang lỏng. - Đá vôi bị phân huỷ thành CaO. CaO kết hợp với các oxide như SiO 2 trong quặng tạo thành xỉ: 0 23 t CaOSiOCaSiO Xỉ nhẹ nổi lên trên gang lỏng, được đưa ra ngoài qua cửa tháo xỉ. Khí thải tạo thành trong lò cao được đưa ra ngoài qua cửa ở gần miệng lò. 2. Sản xuất thép Nguyên liệu chính để sản xuất thép là gang (hoặc thép phế liệu) và khí oxygen. Trong quá trình sản xuất thép, khí oxygen được thổi vào lò đựng gang nóng chảy ở nhiệt độ cao, đốt cháy các tạp chất trong gang. Các oxide tạo thành ở dạng khí (CO 2 , SO 2 ,...) sẽ thoát ra theo khí thải, còn các oxide dạng rắn (SiO 2 , MnO 2 ,...) sẽ tạo xỉ nhẹ, nổi lên trên thép lỏng Phần B: Bài Tập Tự Luận Câu 1 (CTST- trang 79): Trong công nghiệp, phương pháp nào được sử dụng để sản xuất nhôm? Nguyên liệu để sản xuất nhôm là gì? Hướng dẫn giải Nhôm được sản xuất từ quặng bauxite (thành phần chủ yếu là aluminium oxide). Phương pháp điện phân nóng chảy được sử dụng phổ biến để tách nhôm. Câu 2 (CTST- trang 80): Người ta đã dùng phương pháp nào để tách Zn từ zinc sulfide? Viết phương trình hoá học xảy ra. Hướng dẫn giải Kim loại kẽm cũng có thể được tách ra theo phương pháp nhiệt luyện. Nung nóng quặng sphalerite ở nhiệt độ cao với luồng không khí trong lò để chuyển thành zinc oxide theo phương trình hoá học: 0 22232tZnSOZnOSO Cho ZnO phản ứng với C ở nhiệt độ cao thu được kẽm. 0 tZnOCZnCO Câu 3 (CTST- trang 80): Hãy giải thích vì sao vàng, đồng, sắt được con người biết đến và sử dụng trước