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

CHỦ ĐỀ 3: TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM (FILE GV) A. HỆ THỐNG LÝ THUYẾT B. HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN 1: BÀI TẬP TỰ LUẬN PHẦN 2: BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM NHIỀU PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN MỨC ĐỘ 1 : BIẾT MỨC ĐỘ 2 : HIỂU MỨC ĐỘ 3,4: VẬN DỤNG – VẬN DỤNG CAO PHẦN 3: BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM ĐÚNG SAI PHẦN 4: BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM TRẢ LỜI NGẮN A. HỆ THỐNG LÝ THUYẾT I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI Quặng bauxite: Al2O3.2H2O Quặng hematite: Fe2O3 Quặng sphalerite: ZnS Điện phân nóng chảy Phương pháp nhiệt luyện Phương pháp thủy luyện 1.Nguyê n tắc Dùng dòng điện một chiều qua chất nóng chảy. Cho C, CO, H2, Al + oxide kim loại cần tách ở nhiệt độ cao. Cho kim loại mạnh (không tan trong nước) + dung dịch muối KL cần tách. 2.Phạm vi Kim loại mạnh: K, Na, Ca,Mg, Al Kim loại trung bình: Zn, Fe,Ni, Sn, Pb Kim loại yếu: Cu, Ag, Au 3.Ví dụ *Tách Al từ Al2O3 bằng đpnc Ñieänphaânnoùngchaûy 2 3 Cryolite 2 2Al O 4Al+3O - Quặng bauxite: chứa Al2O3 -Cryolite (Na3AlF6) hạ nhiệt độ nóng chảy, tiết kiệm nhiên liệu. *Tách kẽm (zinc) ra khỏi zinc sulfide (ZnS) bởi O2,C 2ZnS+3O2 0 t 2ZnO +2SO2 ZnO + CO 0 t Zn + CO *Tách Cu từ CuSO4 bởi Fe Fe+CuSO4 FeSO4+Cu II. HỢP KIM 1.Khái niệm 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. Ví dụ: gang, thép (Fe – C), Đuy-ra(duralumin) : Al – Cu, Mg; đồng thau (Cu – Zn) 2. Ưu điểm của hợp kim hợp kim - Cứng và bền hơn kim loại nguyên chất. - Tăng khả năng chống ăn mòn rồi rỉ sét phù hợp với nhiều ứng dụng do đó chúng được sử dụng phổ biến trong đời sống và trong công nghiệp. 3. Một số hợp kim phổ biến Hợp kim Thành phần Tính chất đặc trưng Ứng dụng phổ biến Hình ảnh minh họa
Gang Fe - C(  2 – 5% khối lượng) và một số nguyên tố khác. Cứng, giòn. Làm đường ống và phụ kiện đường ống dẫn nước cấp, nồi và chảo, khuôn đúc, ... Thép (thép thông thường) Fe – C (< 2% khối lượng) và một số nguyên tố khác. Cứng, dẻo hơn gang. Làm khung của công trình xây dựng, thiết bị, máy móc. Inox (thép đặc biệt) Hợp kim của sắt 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 ... Đuy-ra (duralumin) Hợp kim của Al với Cu, Mg nhẹ và bền. Chế tạo vỏ máy bay, ô tô, khung xe đạp,... Đồng thau Hợp kim của Cu và Zn. Dẻo và bền Đồ trang trí, vật liệu hàn, thiết bị điện, các loại đầu đạn súng cá nhân, và rất nhiều các nhạc cụ hơi... III. SẢN XUẤT GANG,THÉP 1. Sản xuất gang từ nguồn quặng chứa iron (III) oxide. - Nguyên liệu: quặng sắt (quặng hematite thành phần chính là Fe2O3); than cốc, chất tạo xỉ: CaCO3, SiO2,... - Các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang * Phản ứng tạo thành chất khử CO: o o t 2 2 t 2 C+O CO CO +C 2CO  * Phản ứng khử iron oxide o t C F 2 3 2 e O +3CO 2Fe+3CO * Phản ứng tạo xỉ: o o t 3 2 t 2 3 CaCO CaO+CO CaO+SiO CaSiO    Sơ đồ lò luyện gang 2. Sản xuất thép -Nguyên liệu: gang (hoặc thép phế liệu) và khí oxygen. - Phản ứng: oxygen oxi hóa các tạp chất trong gang thì oxide dạng khí (CO2, SO2,..) thoát ra theo khí thải; oxide dạng rắn (SiO2, MnO2,..) sẽ tạo xỉ nhẹ, nổi lên trên thép lỏng và được tách ra để thu lấy thép.
Sơ đồ lò thổi B. HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN 1: BÀI TẬP TỰ LUẬN Câu 1 (SGK-KNTT): Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Al,...? Hướng dẫn giải Phương pháp điện phân nóng chảy. Câu 2 (SGK-KNTT): Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học trung bình như Zn, Fe? Hướng dẫn giải Phương pháp nhiệt luyện Câu 3 (SGK-KNTT): Thành phần, tính chất của kim loại và hợp kim của nó khác nhau như thế nào? Tại sao trong thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim. Lấy ví dụ minh hoạ. Hướng dẫn giải -Về thành phần: + Kim loại nguyên chất được cấu tạo nên từ một loại nguyên tố hoá học. + 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 thành phần chính có trong hợp kim. -Về tính chất: Hợp kim cứng hơn, bền hơn so với kim loại nguyên chất. - 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 trong thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim. Ví dụ: Gang và thép là hai hợp kim quan trọng của sắt với carbon và một số nguyên tố khác. Hiện nay chúng là những vật liệu kim loại phổ biến nhất trên thế giới. Câu 4 (SGK-KNTT): Gang, thép, đuy-ra có thành phần và tính chất đặc trưng gì? Tại sao các hợp kim này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và cuộc sống? Hướng dẫn giải - 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% - 5% trong gang và dưới 2% trong thép). Thép có nhiều ưu điểm hơn sắt về độ cứng, độ đàn hồi, khả năng chịu lực nên được sử dụng phổ biến 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, ... - Đuy – ra (duralumin) là hợp kim của nhôm với đồng, manganese, magnesium ... Đuy – ra nhẹ tương đương với nhôm nhưng bền và cứng hơn nhiều, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô ... - Gang, thép, đuy – ra nói riêng hay các hợp kim nói chung 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 được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và cuộc sống. Câu 5 (SGK-KNTT): Tại sao khi loại bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép? Hướng dẫn giải Do hàm lượng carbon trong thép ít hơn hàm lượng carbon trong gang (carbon chiếm hàm lượng từ 2% - 5% trong gang và dưới 2% trong thép) do đó khi bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép. Câu 6 (SGK-KNTT): Khí thải trong sản xuất gang, thép thường chứa các khí gì? Em hãy tìm hiểu và cho biết nếu các khí này được đưa thẳng ra ngoài môi trường mà không qua xử lí thì sẽ gây ảnh hưởng như thế nào tới môi trường sống.
Hướng dẫn giải Khí thải trong sản xuất gang, thép thường chứa carbon dioxide (CO2); sulfur dioxide (SO2) ... Nếu các khí này được đưa thẳng ra ngoài môi trường mà không qua xử lí thì sẽ gây ô nhiễm môi trường, gây mưa acid, gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính ... Câu 7 (SGK-KNTT): Gang và thép có thành phần khác nhau như thế nào? Thành phần đó ảnh hưởng đến tính chất vật lí của gang, thép như thế nào? Nêu ví dụ về các ứng dụng nổi bật của gang và thép trong cuộc sống. Hướng dẫn giải Hợp kim Thành phần Tính chất đặc trưng Ứng dụng phổ biến Gang Hợp kim của sắt với carbon (khoảng 2 – 5% khối lượng) và một số nguyên tố khác. Cứng, giòn. Làm đường ống và phụ kiện đường ống dẫn nước cấp, nồi và chảo, khuôn đúc, ... Thép (thép thông thường) Hợp kim của sắt với carbon (dưới 2% khối lượng) và lượng nhỏ các nguyên tố khác. Cứng, dẻo hơn gang. Làm khung của công trình xây dựng, thiết bị, máy móc. Thép (thép đặc biệt) Hợp kim của sắt 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 ... Câu 8 (SGK-KNTT): Phương pháp tách kim loại nào đã được vận dụng trong quá trình sản xuất gang? Giải thích. Hướng dẫn giải - Phương pháp nhiệt luyện đã được sử dụng trong quá trình sản xuất gang. - Cụ thể trong quá trình tạo gang từ quặng, khí CO phản ứng với các oxide có trong quặng: 3CO + Fe2O3 0 t 2Fe + 3CO2 Câu 9 (SGK-CD): Viết phương trình hoá học của phản ứng điện phân nóng chảy sodium chloride để thu được kim loại natri (sodium) và khí chlorine. Hướng dẫn giải 2NaCl ñpnc2Na + Cl2 Câu 10 (SGK-CD): 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 Phản ứng tạo ra kim loại sát ở trạng thái (thể) nào? Biết rằng nhiệt độ thực hiện phản ứng cao hơn nhiệt độ nóng chảy của sắt (iron). Hướng dẫn giải Phản ứng tạo ra kim loại sắt ở thể rắn, mặc dù nhiệt độ phản ứng cao hơn nhiệt độ nóng chảy của sắt. Câu 11 (SGK-CD): Quặng sphalerite (hình bên) 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 Quặng sphalerite 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