Tiêu đề CHUYÊN ĐỀ 3. TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM (File GV).docx ✅

CHUYÊN ĐỀ 3. TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM KIẾN THỨC CẦN NHỚ I. Phương pháp tách kim loại Phương pháp điện phân nóng chảy Phương pháp nhiệt luyện ♦ Nguyên tắc: Cho dòng điện một chiều qua chất nóng chảy. ♦ Phạm vi: Tách các kim loại mạnh như Na, K, Ca, Mg, Al, … (mạnh hơn Zn). VD: Tách Al ra khỏi Al 2 O 3 bằng điện phân nóng chảy: 2Al 2 O 3 ®iÖnph©nnãngch¶y cryolite 4Al + 3O 2 Cryolite (Na 3 AlF 6 ) có tác dụng hạ nhiệt độ nóng chảy của Al 2 O 3 nhằm tiết kiệm năng lượng. ♦ Nguyên tắc: Cho C, H 2 , CO, Al, … tác dụng với oxide kim loại cần tách ở nhiệt độ cao. ♦ Phạm vi: Tách các kim trung bình như Zn, Fe, … VD: Tách Fe ra khỏi Fe 2 O 3 bằng CO. 3CO + Fe 2 O 3 ot  2Fe + 3CO 2 VD: Tách Zn ra khỏi ZnS bằng O 2 , C. Ban đầu: ZnS + O 2 ot  ZnO + SO 2 Sau đó: C + ZnO ot  Zn + CO Quặng bauxite (Al 2 O 3 .2H 2 O) Quặng hematite (Fe 2 O 3 ) Quặng sphalerite (ZnO) ♦ Ngoài hai phương pháp trên người ta còn sử dụng phương pháp thủy luyện (dùng kim loại mạnh đẩy kim loại yếu ra khỏi muối) để điều chế các kim loại yếu như Ag, Au … 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 chiếm thành phần chính trong hợp kim. VD: Thép có kim loại cơ bản là sắt, đuy-ra có kim loại cơ bản là nhôm, … 2. Ưu điểm của hợp kim - Một số hợp kim có nhiều tính chất ưu việt hơn so với kim loại tạo nên chúng như tính cứng, độ bền cơ học, hóa học, khả năng chịu mài mòn, … nên được sử dụng phổ biến. VD: Đồng thau (hợp kim của đồng và kẽm) thì cứng hơn, chịu ăn mòn tốt hơn đồng và kẽm. Thép inox Đuy-ra Đồng thau
❖ BÀI TẬP TỰ LUẬN ♦ VÍ DỤ MINH HỌA Câu 1. Viết phương trình hóa học xảy ra trong các thí nghiệm sau và cho biết kim loại tạo thành trong mỗi phản ứng bằng phương pháp nào? (a) Điện phân nóng chảy Al 2 O 3 . (b) Điện phân nóng chảy NaCl (sản phẩm là sodium và khí chlorine). (c) Cho CO dư qua Fe 2 O 3 , nung nóng. KIẾN THỨC CẦN NHỚ 3. Một số hợp kim phổ biến Hợp kim Thành phần Tính chất Ứng dụng Gang Chủ yếu là sắt, 2% - 5% carbon và một số nguyên tố khác Có độ cứng và độ bền tương đối cao, dẫn nhiệt tốt. Sản xuất bếp, nồi, chảo, lò hơi, chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống, … Thép thường (thép carbon) Chủ yếu là sắt, dưới 2% carbon và một lượng nhỏ nguyên tố khác. Dẻo và cứng. Làm vật liệu xây dựng, thiết bị, máy móc, vật dụng, … Inox (thép đặc biệt) Chủ yếu là sắt và một số nguyên tố khác như Cr, Ni, … Khó bị gỉ Dao, kéo, bồn rửa nhà bếp, dụng cụ phẫu thuật, … Đuy – ra (duralumin) Hợp kim của nhôm với Cu, Mg, Mn, … Nhẹ và bền Chế tạo vỏ máy bay, áo giáp, khung xe đạp, … III. Sản xuất gang, thép Sản xuất gang Sản xuất thép ♦ Nguyên liệu: Quặng sắt (thường là hematite: Fe 2 O 3 ), than cốc, chất tạo xỉ CaCO 3 , SiO 2 , … - Các nguyên liệu được xếp thành lớp xen kẽ và được cho vào lò cao qua miệng lò, chuyển dần từ trên xuống tiếp xúc với không khí nóng được thổi từ dưới lên. ♦ Các giai đoạn chính: - Phản ứng tạo thành khí CO: C + O 2 ot  CO 2 C + CO 2 ot  2CO - Khí CO phản ứng với oxide sắt: 3CO + Fe 2 O 3 ot  2Fe + 3CO 2 Sắt nóng chảy hòa tan một lượng nhỏ carbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang lỏng - Quá trình tạo xỉ: Đá vôi bị phân hủy thành CaO, CaO kết hợp với SiO 2 tạo thành xỉ. CaCO 3 ot  CaO + CO 2 CaO + SiO 2 ot  CaSiO 3 Xỉ nhẹ nổi lên trên gang lỏng, được đưa ra ngoài qua cửa tháo xỉ. ♦ Nguyên liệu: Gang hoặc thép phế liệu và oxygen. ♦ Oxygen được thổi vào lò đựng gang nóng chảy ở nhiệt độ cao, đốt cháy cac tạp chất (C, S, Si, Mn, …) trong gang. - Các oxide tạo thành ở dạng khí (CO 2 , SO 2 ) sẽ thoát ra ngoài theo khí thải, các oxide còn lại ở dạng rắn (SiO 2 , MnO 2 , …) sẽ tạo xỉ nhẹ, nổi lên trên thép lỏng và được tách ra để thu lấy thép. Sơ đồ lò thổi
(d) Cho C qua ZnO, nung nóng. (e) Cho H 2 dư qua Fe 3 O 4 , nung nóng. (g) Cho Fe tác dụng với dung dịch AgNO 3 . (h) Cho Fe tác dụng với dung dịch CuSO 4 . Hướng dẫn giải (a) 2Al 2 O 3 ®iÖnph©nnãngch¶y cryolite 4Al + 3O 2 PP điện phân nóng chảy (b) 2NaCl ®iÖnph©nnãngch¶y 2Na + Cl 2 PP điện phân nóng chảy (c) 3CO + Fe 2 O 3 ot  2Fe + 3CO 2 PP nhiệt luyện (d) C + ZnO ot  Zn + CO PP nhiệt luyện (e) 4H 2 + Fe 3 O 4 ot  3Fe + 4H 2 O PP nhiệt luyện (g) Fe + 2AgNO 3 → Fe(NO 3 ) 2 + 2Ag PP thủy luyện (g) Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu PP thủ y luyện Câu 2. [CTST - SGK] Trong công nghiệp, phương pháp nào dùng để sản xuất nhôm? Nguyên liệu để sản xuất nhôm là gì? Hướng dẫn giải Phương pháp điều chế nhôm trong công nghiệp là phương pháp điện phân nóng chảy. Nguyên liệu: Quặng bauxite. Câu 3. [CTST - SGK] Quan sát trong nhà, em thấy những vật dụng nào được chế tạo từ hợp kim? Kể tên hợp kim làm nên vật dụng đó. Hướng dẫn giải Vật dụng Hợp kim Nồi, dao, muôi, thìa, … inox Chảo Gang Khung cửa Thép Khung xe đạp Duralumin Câu 4. [CTST - SGK] Vì sao người ta thường sử dụng hợp kim mà không dùng kim loại tinh khiết để chế tạo các vật dụng trong đời sống? Hướng dẫn giải Vì hợp kim có các tính chất ưu việt hơn so với các kim loại tinh khiết tạo ra nó như như tính cứng, độ bền cơ học, hóa học, khả năng chịu mài mòn, … Câu 5. [CD - SGK] Pha trộn bột mịn của Al và Mg với nhau có thu được hợp kim không? Giải thích. Hướng dẫn giải Không tạo thành hợp kim vì các kim loại vẫn tách rời, cần nung nóng chảy hỗn hợp sau đó để nguội thì mới thu được hợp kim. Câu 6. [CD - SGK] Theo em, nên sử dụng thép, inox hay duralumin để chế tạo chân (móng) và khung của bảng quảng cáo ngoài trời. Giải thích. Hướng dẫn giải Nên sử dụng inox vì inox khó bị ăn mòn nên sẽ bền và dùng được lâu. Câu 7. [CD - SGK] Trong quá trình sản xuất gang, phương pháp nào đã được sử dụng để tách kim loại ra khỏi oxide? Hướng dẫn giải Phương pháp nhiệt luyện. 3CO + Fe 2 O 3 ot 2Fe + 3CO 2
Câu 8. [CTST - SGK] Vì sao khi sản xuất thép thì khí oxygen được thổi liên tục qua gang nóng chảy? Hướng dẫn giải Để khí oxygen tiếp xúc với gang tốt hơn giúp quá trình sản xuất thép xảy ra nhanh hơn. Câu 9. (a) Những khí thải (CO 2 , SO 2 , …) trong quá trình sản xuất gang thép có ảnh hưởng như đến môi trường xung quanh? (b) Để hạn chế khí thải trên thoát ra môi trường, trong quá trình sản xuất gang thép có thể dẫn khí thải đó qua dung dịch nào? (c) Hãy nêu biện pháp để chống ô nhiễm môi trường ở khu dân cư gần cơ sở sản xuất gang thép. Hướng dẫn giải (a) Khí SO 2  gây ô nhiễm không khí, độc hại đối với người và động vật; SO 2  là khí gây ra hiện tượng mưa acid. Khí CO 2  gây ra hiệu ứng “nhà kính”, làm nhiệt độ Trái Đất nóng lên làm tan băng ở hai cực. (b) Để hạn chế khí thải trên thoát ra môi trường, trong quá trình sản xuất gang thép có thể dẫn khí thải đó qua dung dịch Ca(OH) 2 . CO 2 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 + H 2 O SO 2 + Ca(OH) 2 → CaSO 3 + H 2 O (c) Các 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 CO 2 ... ♦ BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu 10. [KNTT - SGK] Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Al, …? Lấy ví dụ minh họa. Hướng dẫn giải - Để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh ta dùng phương pháp điện phân nóng chảy. VD: 2Al 2 O 3 ®iÖnph©nnãngch¶y cryolite 4Al + 3O 2 2NaCl ®iÖnph©nnãngch¶y 2Na + Cl 2 Câu 11. [KNTT - SGK] Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình như Zn, Fe …? Lấy ví dụ minh họa. Hướng dẫn giải - Để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình ta dùng phương pháp nhiệt luyện. VD: 3CO + Fe 2 O 3 ot  2Fe + 3CO 2 C + ZnO ot  Zn + CO Câu 12. [KNTT - SGK] Gang, thép, inox, đuy-ra có thành phần và tính chất đặc trưng là gì? Tại sao các hợp kim này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và cuộc sống Hướng dẫn giải Hợp kim Thành phần Tính chất Ứng dụng Gang Chủ yếu là sắt, 2% - 5% carbon và một số nguyên tố khác Có độ cứng và độ bền tương đối cao, dẫn nhiệt tốt. Sản xuất bếp, nồi, chảo, lò hơi, chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống, … Thép thường (thép carbon) Chủ yếu là sắt, dưới 2% carbon và một lượng nhỏ nguyên tố khác. Dẻo và cứng. Làm vật liệu xây dựng, thiết bị, máy móc, vật dụng, … Inox (thép đặc biệt) Chủ yếu là sắt và một số nguyên tố khác như Khó bị gỉ Dao, kéo, bồn rửa nhà bếp, dụng cụ phẫu thuật, …