A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. HỢP KIM CỦA 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.
1. 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 dòn 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,...
2. 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 độngr..
II. SẢN XUẤT GANG, THÉP
1. Sản xuất gang
a) Nguyên liệu sản xuất gang là quặng sắt, thí dụ quặng manhetit (chứa Fe304), quặng hematit; than cốc (than đã được tinh chế); không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO3,...
b) Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.
c) 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 + Fe203 → 2Fe + 3C02
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 trển và được đưa ra ở cửa tháo xỉ.
2. 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.
Bài tập minh họa
Câu 1: Nguyên liệu dùng để sản xuất thép là:
A. Gang , sắt phế liệu
B. Quặng sắt
C. Cacbon , silic , mangan
D. Cả A ,B và C
Câu 2: Nguyên tắc sản xuất thép là
A. Làm tăng hàm lượng C có trong gang
B. Làm giảm hàm lượng C có trong gang
C. Làm giảm hàm lượng các nguyên tố C , Si . Mn… có trong gang
D. Làm giảm hàm lượng của Fe có trong gang
B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1.(Trang 63 SGK)
Thế nào là hợp kim ? Thế nào là gang và thép ? Nêu thành phần, tính chất, ứng dụng của gang và thép.
Hướng dẫn giải
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.
Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm tư 2 – 5%. Gang cứng và giòn hơn sắt. Có hai loại gang là gang trắng và gang xám.
Thép là hợp kim của sắt với cacbon trong đó cacbon chiếm dưới 2%. Thép được ứng dụng rộng rãi do có nhiều tính chất vật lí và hóa học quý.
Câu 2.(Trang 63 SGK)
Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết các phương trình hoá học.
Hướng dẫn giải
Nguyên tắc sản xuất gang: dùng CO khử oxit sắt trong lò cao
Quá trình sản xuất gang trong lò cao:
- Tạo khí CO:
C + O2 →(to) CO2
C + CO2 →(to) CO
- Khử oxit sắt trong quặng sắt:
3CO + Fe2O3 →(to cao) 3CO2 + 2Fe
- Tạo xỉ:
CaO + SiO2 →(to) CaSiO3
Câu 3.(Trang 63 SGK)
Hãy cho biết nguyên tắc luyện gang thành thép và viết các phương trình hoá học.
Hướng dẫn giải
Nguyên tắc sản xuất: oxi hóa một số kim loại, phi kim để loại ra khỏi gang .
Quá trình sản xuất: thực hiện trong lò luyện thép.
Thổi khí oxi để oxi hóa các nguyên tố trong gang: C, Mn, Si, S, P,…
VD: C + O2 →(to) CO2
Câu 4.(Trang 63 SGK)
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.
Hướng dẫn giải
Khí SO2 gây ô nhiễm không khí, là một khí độc. Ngoài ra khí SO2 là khí gây ra hiện tượng mưa axit ảnh hưởng đến cây trồng, công trình kiến trúc, con người
Khí CO2 gây ra hiệu ứng “nhà kính”, làm nhiệt độ Trái Đất nóng lên.
Các biện pháp bảo vệ môi trường: xây dựng hệ thống xử lí khí độc hại trước khi xả ra ngoài môi trường. Trồng vành đai cây xanh để hấp thụ CO2...
Câu 5.(Trang 63 SGK)
Hãy lập các phương trình hoá học theo sơ đồ sau đây :
a) O2 + 2Mn →(to) 2MnO
b) Fe2O3 + CO →(to) Fe + CO2
c) O2 + Si →(to) SiO2
d) O2 + S →(to) 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 ?
Hướng dẫn giải
a) O2 + 2Mn →(to) 2MnO
b) 2Fe2O3 + 3CO →(to) 4Fe + 3CO2
c) O2 + Si →(to) SiO2
d) O2 + S →(to) 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.(Trang 63 SGK)
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%.
Hướng dẫn giải
Khối lượng Fe có trong 1 tấn gang = 1 . 95% = 0,95 tấn.
PTH Fe2O3 + 3CO →(to) 2Fe + 3CO2
Khối lương Fe2O3 cần để sản xuất ra 0,95 tấn Fe là: mFe2O3 = \[0,95.\frac{160}{2.56}\]= 1,357 tấn
Hiệu suất quá trình là 80%: =>mFe2O3 = \[\frac{1,357}{80}\]% = 1,696 tấn
Fe2O3 chỉ chiếm 60% khối lượng quặng sắt nên khối lượng quặng sắt cần là:
mquặng = \[\frac{1,696}{60}\]% = 2,827 tấn
