Mở đầu: Kim loại được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Chúng được tách từ nguồn nguyên liệu nào và sản xuất bằng cách nào?
Trả lời:
- Kim loại thường tồn tại dưới các dạng hợp chất như mỏ muối, quặng. Có nhiều phương pháp để sản xuất kim loại như: điện phân nóng chảy, thủy luyện, nhiệt luyện.
I. Phương pháp tách kim loại
Câu hỏi: Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng.
Trả lời:
Các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng:
- Từ các quặng kim loại, người ta làm giàu quặng bằng cách loại bỏ các tạp chất như đất, cát, đá …
- Sau đó, tuỳ thuộc vào mức độ hoạt động hoá học của kim loại, có thể lựa chọn phương pháp hoá học phù hợp để tách kim loại ra khỏi hợp chất của nó.
II. Quy trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng
Hoạt động 1: Hãy chỉ ra điểm giống nhau và khác nhau trong quá trình tách kẽm và tách sắt đã nêu ở trên.
Trả lời:
- Giống nhau: quá trình tách kẽm và tách sắt đều dùng phương pháp nhiệt luyện để tách kim loại.
- Khác nhau:
+ Ở quá trình tách kẽm ra khỏi quặng thì trước tiên phải nung nóng ZnS trong không khí tạo ra ZnO sau đó dùng C để khử ZnO để tạo ra kẽm.
+ Ở quá trình tách sắt ra khỏi oxide thì dùng CO để khử Fe2O3 để tạo ra được sắt.
Hoạt động 2: Theo em, kim loại natri có thể tách bằng phương pháp nhiệt luyện như tách kẽm được không? Vì sao?
Trả lời:
Theo em, kim loại natri không thể tách bằng phương pháp nhiệt luyện như tách kẽm. Vì kim loại natri hoạt động mạnh, phương pháp phù hợp để tách natri là phương pháp điện phân.
Câu hỏi 1: Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động mạnh như K, Na, Al, …?
Trả lời:
- Phương pháp điện phân nóng chảy để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh.
Câu hỏi 2: Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động trung bình như Zn, Fe?
Trả lời:
- Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại hoạt động trung bình như Zn, Fe.
III. Hợp kim
Câu hỏi 1: 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.
Trả lời:
- Thành phần của kim loại: chủ yếu là nguyên tử kim loại đó
- Thành phần của hợp kim: bao gồm kim loại cơ bản và một kim loại hoặc phi kim khác
- Tính chất kim loại: phụ thuộc vào kim loại đó
- Tính chất hợp kim: bao gồm tính chất kim loại cơ bản và tính chất của kim loại và phi kim khác.
- Thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim vì những ưu điểm của hợp kim vượt trội hơn so với kim loại như: độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét.
+ Ví dụ: người ta sử dụng gang và théo để đúc các chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống.
Câu hỏi 2: 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?
Trả lời:
- 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.
IV. Sản xuất gang, thép
Hoạt động 1: Mô tả các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang. Viết phương trình hoá học của các phản ứng.
Trả lời:
Các giai đoạn chính sản xuất gang:
- Phản ứng tạo thành khí CO:
- Khí CO phản ứng với các õide của sắt trong quặng:
Sắt nóng chảy hòa tan một lượng nhỏ carbon cùng một số nguyên tố khác tạo thành gang lỏng.
- Đá vôu bị phân hủy thành CaO. CaO kết hợp với các oxide như SiO2 trong quặng tạo thành xỉ:
Xỉ nhẹ nổi trên gang lỏng, được đưa ra ngoài qua cửa tháo xỉ.
Hoạt động 2: Tại sao khi bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép?
Trả lời:
- Vì hàm lượng carbon trong gang cao hơn thép, nên khi loại bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang nên tính chất của gang cũng bị thay đổi và dần thu được thép.
Hoạt động 3: 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.
Trả lời:
- 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 hỏi 1: Gang và thép có thành phần khác nhau như thế nào? Thành phần đó ảnh hưởng đến tính chất vật lí của gang và thép như thế nào? Nêu các ứng dụng nổi bật của gang và thép trong cuộc sống.
Trả lời:
- Gang và thép đều hợp kim quan trọng của sắt với carbon và một số nguyên tố nhưng carbon chiếm hàm lượng từ 2% đến 5% trong gang và dưới 2% trong thép.
- Tính chất vật lí của gang: cứng và giòn hơn thép.
- Tính chất vật lí của thép: có ưu điểm nhiều hơn sắt về độ cứng, độ đàn hồi, khả năng chịu lực.
- Ứng dụng nổi bật của gang: thường được dùng để đúc các chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống,...
- Ứng dụng nổi bật của thép: được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng, giao thông.
Câu hỏi 2: Phương pháp tách kim loại nào đã được vận dụng trong quá trình sản xuất gang? Giải thích.
Trả lời:
Phương pháp nhiệt luyện được sử dụng vì trong giai đoạn tạo gang từ quặng:
