BÀI 20. TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM

Khởi động: Kim loại được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Chúng được tách từ nguồn nguyên liệu nào và sản xuất bằng cách nào?

Giải nhanh:

- Được tách từ nguồn nguyên liệu ở trong quặng dưới dạng như oxide, muối,...

- Sản xuất bằng cách loại bỏ các tạp chất sau đó chọn phương pháp hóa học phù hợp để kim loại tách ra khỏi hợp chất của nó:

+ Phương pháp điện phân nóng chảy dùng cho kim loại hoạt động mạnh như Na, Ca, Mg, Al,...

+ Phương pháp nhiệt luyện dùng cho kim loại hoạt động trung bình như Fe, Zn,...: có thể dùng các chất như C, CO, H₂, Al,... tác dụng với oxide ở nhiệt độ cao, thu được kim loại.

+ Phương pháp thủy luyện dùng cho kim loại hoạt động yếu như Ag, Au,...

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Câu hỏi: Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng.

Giải nhanh:

Các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng:

- Bước 1: khai thác quặng.

- Bước 2: tinh chế quặng.

- Bước 3: tách kim loại ra khỏi quặng bằng một số phương pháp phù hợp:

+ Phương pháp điện phân nóng chảy.

+ Phương pháp nhiệt luyện.

+ Phương pháp thủy luyện.

II. QUÁ TRÌNH TÁCH MỘT SỐ KIM LOẠI CÓ NHIỀU ỨNG DỤNG

Hoạt động 1: Hãy chỉ ra điểm giống nhau và khác nhau trong hai quá trình tách kẽm và tách sắt đã nêu ở trên.

Giải nhanh:

- Giống nhau: 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?

Giải nhanh:

Không thể. Vì natri là một kim loại rất dễ phản ứng với nước và không khí.

Câu hỏi 1: Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Al,...?

Giải nhanh:

Phương pháp điện phân nóng chảy.

Câu hỏi 2: Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình như Zn, Fe?

Giải nhanh:

Phương pháp nhiệt luyện.

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 họa.

Giải nhanh:

- Thành phần của kim loại là chứa kim loại thuần khiết còn hợp kim là vật liệu kim loại chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.

- Tính chất của kim loại là tính dẻo, tính dẫn nhiệt, dẫn điện và ánh kim còn hợp kim có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với kim loại nguyên chất về độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét.

- Vì có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với kim loại nguyên chất về độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét, giảm chi phí sản suất so với việc sử dụng kim loại nguyên chất.

- Ví dụ: Innox 

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? 

Giải nhanh:

Vì các hợp kim này có khả năng chống ăn mòn tốt, độ bền cao và sản xuất được nhiều sản phẩm đa dạng phục vụ nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

IV. SẢN XUẤT GANG, THÉP

Hoạt động 1: Mô tả các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang. Viết phương trình hóa học của các phản ứng.

Giải nhanh:

- Phản ứng tạo thành khí CO: 

- Khí CO phản ứng với các oxit của sắt trong quặng:

Sắt nóng chảy hòa tan một lượng nhỏ carbon cùng một số nguyên tố khác tạo thành gang lỏng.

- Đá vôi 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 loại bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép?

Giải nhanh:

Vì thành phần carbon trong gang cao hơn so với thép nên loại bỏ một phần carbon giúp giảm đi lượng carbon trong hợp kim. Việc loại bỏ tạp chất giúp ta kiểm soát thành phần hợp kim để từ đó biến gang thành 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.

Giải nhanh:

- Khí CO₂, SO₂,...

- Nếu các khí này được đưa thẳng ra ngoài môi trường mà không qua xử lí thì:

+ Gây ô nhiễm không khí, gây ra các vấn đề về đường hô hấp.

+ Gây ra hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu.

+ Gây ô nhiễm nước ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước.

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, thép như thế nào? Nêu ví dụ về các ứng dụng nổi bật của gang và thép trong cuộc sống.

Giải nhanh:

- 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 

+ Gang: cứng và giòn hơn thép.

+ Thép: có ưu điểm nhiều hơn sắt về độ cứng, độ  đàn hồi, khả năng chịu lực.

- Ứng dụng 

+ Gang: thường được dùng để đúc các chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống,...

+ Thép: 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.

Giải nhanh:

Phương pháp nhiệt luyện. Vì nhiệt luyện áp dụng cho các kim loại hoạt động trung bình như Fe, Zn,.. và các phản ứng đều xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cá mà gang có nguyên liệu thường là sắt nên ta sử dụng phương pháp nhiệt luyện.