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 rút gọn:

Kim loại được tách từ nguồn nguyên liệu ở trong quặng và 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.

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

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

Giải rút gọn:

• Bước 1: khai thác quặng.

• Bước 2: tinh chế quặng.

• Bước 3: tách kim loại ra khỏi quạng 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 rút gọn:

• Giống nhau: đều dùng phương pháp nhiệt luyện để tách kim loại.

• Khác nhau:

• Quá trình tách kẽm trước tiên phải nung nóng ZnS trong không khí tạo ra ZnO sau đó dùng C để khử ZnO để tạo ra kẽm.

• Quá trình tách sắt 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 rút gọn:

Không thể tách bằng phương pháp nhiệt luyện vì natri là một kim loại rất dễ phản ứng với nước và không khí. Khi tiếp xúc với không khí ẩm, natri sẽ bị oxi hóa thành Na₂O và NaOH.

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

Giải rút gọn:

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 rút gọn:

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 rút gọn:

• Thành phần của kim loại chứa kim loại thuần khiết còn hợp kim 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 nhiêt, dẫn điện và ánh kim còn hợp kim có nhiều ưu điểm vượt trội hơn.

• Trong thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim vì có nhiều ưu điểm vượt trội hơn. Ví dụ: Innox là một loại thép đặc biệt, cứng và khó gỉ, được sử dụng làm đồ gia dụng, thiết bị y tế,…

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 rút gọn:

• Vì các hợp kim này có nhiều ưu điểm và sản xuất được nhiều sản phẩm đa dạng phục vụ các 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 rút gọn:

Các giai đoạn chính sản xuất gang:

• Phản ứng tạo thành khí CO: 

•  

•  

• Khí CO phản ứng với oxide của sắt trong quặng:

• Sắt nóng chảy tạo thành gang lỏng.

• Đá vôi phân hủy thành CaO kết hợp với các oxide 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 rút gọn:

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, giúp kiểm soát thành phần hợp kim để 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 rút gọn:

• Khí thải trong sản xuất gang, thép thường chứa CO₂, SO₂,...

• Ảnh hưởng: ô nhiễm không khí, gây hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu.

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 rút gọn:

• Gang có hàm lượng carbon chiếm từ 2% đến 5% 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 về độ cứng, độ  đàn hồi, khả năng chịu lực.

• Ứng dụng của gang: đúc các rút gọn máy, ống dẫn nước, nắp cống,...

• Ứng dụng của thép: sử dụng 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 rút gọn:

Phương pháp nhiệt luyện vì nhiệt luyện áp dụng cho các kim loại hoạt động trung bình và các phản ứng đều xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao.