Hoá học 12 Nâng cao - Bài 42. Hợp kim của sắt

  1. Tác giả: LTTK CTV
    Đánh giá: ✪ ✪ ✪ ✪ ✪

    Bài 1 trang 208 SGK hóa học 12 nâng cao. Hãy ghép mỗi chữ cái ở cột trái với một số ở cột phải sao cho phù hợp:
    A.Cacbon 1. là nguyên tố kim loại
    B.Thép 2. là nguyên tố phi kim
    C.Sắt 3. là hợp kim sắt – cacbon ( 0,01- 2%)
    D.Xementit 4. là hợp kim sắt – cacbon ( 2 - 5%)
    E.Gang 5. Là quặng hematit nâu
    6. là hợp kim chất sắt và cacbon
    Giải
    A - 2; B - 3; C - 1; D - 6; E - 4





    Bài 2 trang 208 SGK hóa học 12 nâng cao. Hãy cho biết thành phần các nguyên tố và ứng dụng của:
    a) Gang và thép;
    b) Gang xám và gang trắng;
    c) Thép thường và thép đặc biệt;
    Giải
    *Gang
    + Thành phần các nguyên tố: Gang là hợp kim của sắt với cacbon (2-5%) và một số nguyên tố khác (1-4% Si; 0,3-5% Mn; 0,1-2% P; 0,01-1% S).
    + Ứng dụng:
    - Gang xám dùng để đúc thân máy, bệ máy, ống dẫn nước...
    - Gang trắng dùng để luyện thép.
    *Thép
    + Thành phần các nguyên tố: Thép là hợp kim của sắt với cacbon ( 0,01-2% ) và một số lượng rất nhỏ các nguyên tố Si, Mn...
    + Ứng dụng:
    - Thép thường được sử dụng rộng rãi trong các nghành kinh tế quốc dân.
    - Thép đặc biệt dùng để chế tạo vòng bi, mũi khoan, lò xo, nhíp ô tô, tủ sắt...




    Bài 3 trang 208 SGK hóa học 12 nâng cao. Hãy cho biết:
    a) Nguyên tắc sản xuất gang và nguyên tắc sản xuất thép;
    b) Nguyên liệu cho sản xuất gang và sản xuất thép;
    c) Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện gang và thép;
    Giải:
    a) Nguyên tắc sản xuất gang và nguyên tắc sản xuất thép:
    + Nguyên tắc sản xuất gang: Khử oxit sắt bằng \(CO\) ở nhiệt độ cao, \(Fe\) có số oxi hóa cao bị khử dần dần đến \(Fe\) có số oxi hóa thấp theo sơ đồ:
    \(F{e_2}{O_3} \to F{e_3}{O_4} \to FeO \to Fe\)
    + Nguyên tắc sản xuất thép: Oxi hóa để giảm tỉ lệ cacbon, silic, lưu huỳnh, photpho có trong gang.
    b) Nguyên liệu cho sản xuất gang và sản xuất thép:
    + Nguyên liệu cho sản xuất gang: Quặng sắt, than cốc và chất chảy ( chất trợ dung) \(CaC{O_3}\).
    + Nguyên liệu cho sản xuất thép :
    - Gang trắng hoặc gang xám, sắt thép phế liệu.
    - Chất chảy là \(CaO\).
    - Nhiên liệu có thể là dầu mazut, khí đốt hoặc dùng năng lượng điện.
    - Chất oxi hóa là oxi nguyên chất hoặc không khí giàu oxi.
    c) Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện gang và thép:
    + Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện gang
    - Phản ứng tạo chất khử \(CO\)
    \(C + {O_2} \to C{O_2} + Q\,\,;\,\,\,C{O_2} + C \to 2CO - Q\)
    - Phản ứng khử oxit sắt:
    \(\eqalign{
    & 3F{e_2}{O_3} + CO \to 2F{e_3}{O_4} + C{O_2} \uparrow \cr
    & F{e_3}{O_4} + CO \to 3Fe{O_{}} + C{O_2} \uparrow \cr
    & FeO + CO \to Fe + C{O_2} \uparrow \cr} \)
    - Phản ứng tạo xỉ
    \(\eqalign{
    & CaC{O_3} \to CaO + C{O_2} \uparrow \cr
    & CaO + Si{O_2} \to CaSi{O_3}\,\,\left( {{\rm{ }}canxi{\rm{ }}silicat} \right) \cr} \)
    + Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện thép:
    \(\eqalign{
    & C + {O_2} \to C{O_2}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,S + {O_2} \to S{O_2} \cr
    & Si + {O_2} \to Si{O_2}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,4P + 5{O_2} \to 2{P_2}{O_5} \cr
    & 3CaO + {P_2}{O_5} \to C{a_3}{(P{O_4})_2} \cr
    & CaO + Si{O_2} \to CaSi{O_3} \cr} \)




    Bài 4 trang 208 SGK hóa học 12 nâng cao. Hãy nêu những ưu điểm và nhược điểm chính của 3 phương pháp luyện thép.
    Giải:
    a) Phương pháp BETXƠMEN
    + Ưu điểm : Thời gian chuyển từ gang thành thép rất nhanh, thiết bị đơn giản, vốn đầu tư không lớn, không cần nhiên liệu.
    + Nhược điểm : Khó điều chỉnh các điều kiện thích hợp để thu loại thép có thành phần mong muốn, đồng thời chất lượng thép không cao do không loại được hết lưu huỳnh trong gang và thép có hòa tan một lượng oxi, nitơ khiến thép trở nên giòn.
    b) Phương pháp MACTANH
    + Ưu điểm : Tận dụng được sắt thép phế liệu để luyện thép, luyện được những loại thép chất lượng cao, có thành phần như ý muốn và khối lượng một mẻ thép thu được khá lớn.
    + Nhược điểm : Tiêu hao nhiều nhiên liệu, thời gian luyện mỗi mẻ thép khá dài.
    c) Phương pháp LÒ ĐIỆN
    + Ưu điểm : Nhiệt độ trong lò điện cao hơn nhiều và dễ điều chỉnh hơn so với phương pháp Betxơmen và Mactanh. Luyện được những loại thép đặc biệt và không chứa những tạp chất có hại.
    + Nhược điểm : Lò có dung tích nhỏ nên khối lượng mỗi mẻ thép ít hơn so với các phương pháp khác.




    Bài 5 trang 208 SGK hóa học 12 nâng cao. Người ta luyện gang từ quặng chứa \(F{e_3}{O_4}\) trong lò cao.
    a) Viết phương trình hóa học cho các phản ứng xảy ra
    b) Tính khối lượng quặng chứa \(92,8\% {\rm{ }}F{e_3}{O_4}\) để có \(10\) tấn gang chứa \(4\% C\) và một số tạp chất. Giả thiết hiệu suất của quá trình là \(87,5\%\).
    Giải:
    a)
    \(\eqalign{
    & C + {O_2} \to C{O_2} + Q\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,C{O_2} + C \to 2CO - Q \cr
    & F{e_3}{O_4} + CO \to 3Fe{O_{}} + C{O_2} \uparrow \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,FeO + CO \to Fe + C{O_2} \uparrow \cr}\)
    b) Khối lượng \(Fe\) có trong \(10\) tấn gang: \({{10.96} \over {100}} = 9,6\,\text{ tấn }\) (Vì \(Fe\) chiếm \(96\%\) )
    \(\eqalign{
    & F{e_3}{O_4} + 4CO \to 3Fe + 4C{O_2} \uparrow \cr
    & 232{\rm{ }}\left( g \right)\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\buildrel {} \over
    \rightarrow 3.56{\rm{ }}\left( g \right) \cr
    & ?\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\buildrel {H\% = 87,5\% } \over
    \longrightarrow 9,6\,\text{ tấn }\cr} \)
    Khối lượng \(F{e_3}{O_4}\)nguyên chất ban đầu:\({{9,6.232.100} \over {3.56.87,5}} = 15,15\,\text{ tấn }\)
    Khối lượng quặng ban đầu: \({{15,15.100} \over {92,8}} = 16,33\,\text{ tấn }\)




    Bài 6 trang 208 SGK hóa học 12 nâng cao.
    a) Viết một số phương trình hóa học của phản ứng xảy ra khi luyện thép từ gang.
    b) Cần bao nhiêu tấn muối chứa \(80\%\) sắt (III) sunfat để có một lượng sắt bằng lượng sắt có trong 1 tấn quặng hematit chứa \(64,0\% {\rm{ }}F{e_2}{O_3}\)?
    c) Nếu lấy quặng hematit trên đem luyện gang, rồi luyện thép thì từ \(10\) tấn quặng sẽ thu được bao nhiêu tấn thép chứa \(0,1\% C\) và các tạp chất. Giả thiết hiệu suất của quá trình là \(75\%\).
    Giải:
    a)
    \(\eqalign{
    & Si + {O_2} \to Si{O_2}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2Mn + {O_2} \to 2MnO \cr
    & 2C + {O_2} \to 2CO\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,S + {O_2} \to S{O_2} \cr
    & 4P + 5{O_2} \to 2{P_2}{O_5}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,2Fe + {O_2} \to 2FeO \cr} \)
    b) Khối lượng \(F{e_2}{O_3}\) có trong 1 tấn quặng hematit: \({{1.64} \over {100}} = 0,64\,\text{tấn}\)
    Sơ đồ hợp thức :
    \(\eqalign{
    & F{e_2}{(S{O_4})_3}\buildrel {} \over
    \longrightarrow F{e_2}{O_3}. \cr
    & \,\,\,\,400(g)\;\;\;\;\;\buildrel {} \over
    \longrightarrow 160(g) \cr
    & \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,?\;\;\;\;\;\;\;\;\;\buildrel {} \over
    \longleftarrow 0,64\,\text{tấn} \cr} \)
    Khối lượng \(F{e_2}{(S{O_4})_3}\) nguyên chất \({{0,64.400} \over {160}} = 1,6\,\text{tấn}\)
    Khối lượng muối sunfat cần dùng \({{1,6.100} \over {80}} = 2\,\text{tấn}\)
    c)
    \(\eqalign{
    & F{e_2}{O_3} + 3CO \to 2Fe + 3C{O_2}. \cr
    & {n_{F{e_2}{O_3}}} = {{0,{{64.10}^6}} \over {160}} = {4.10^3}mol \Rightarrow {n_{Fe}} = {{{{4.10}^3}.2.75} \over {100}} = {6.10^3}mol. \cr} \)
    Khối lượng thép thu được : \(m = {{{{6.10}^3}.56.100} \over {99,9}} \approx 3,363\,\text{tấn}\)