Lý thuyết KHTN 9 Bài 17 (Cánh diều): Tách kim loại. Sử dụng hợp kim

Lý thuyết KHTN 9 Bài 17: Tách kim loại. Sử dụng hợp kim

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

- Từ quặng, người ta thường làm giàu quặng bằng cách loại bỏ tạp chất (đất, cát, đá,…) để thu được hợp chất của kim loại có hàm lượng cao. Sau đó, từ hợp chất của kim loại sẽ tách được kim loại ở dạng đơn chất bằng phương pháp thích hợp như phương pháp điện phân nóng chảy, phương pháp nhiệt luyện và phương pháp thuỷ luyện.

1. Phương pháp điện phân nóng chảy

- Thường dùng để tách các kim loạicó mức độ hoạt động hoá học mạnh như Na, Mg, Al,…

Ví dụ: Từ quặng bauxite, tách được aluminium oxide (Al₂O₃). Điện phân nóng chảy Al₂O₃, tách được nhôm (aluminium – Al) ra khỏi oxide theo phương trình hoá học:

2. Phương pháp nhiệt luyện

- Thường được dùng để tách các kim loại có mức độ hoạt động hoá học trung bình và yếu như Fe, Zn, Cu…

- Ví dụ 1: Tách được sắt ra khỏi iron(III) oxide (Fe₂O₃):

$F{e}_2{O}_3+3CO\stackrel{t^{°}}{\to }2Fe+3C{O}_2$

- Ví dụ 2: Quặng sphalerite có thành phần chính là zinc sulfide (ZnS). Từ quặng sphalerite người ta tách kẽm như sau:

+ Nung quặng sphalerite trong không khí ở nhiệt độ cao thu được zinc oxide (ZnO):

$2ZnS+3O_2\stackrel{t^{°}}{\to }2ZnO+2S{O}_2$

+ Sau đó, cho zinc oxide phản ứng với carbon ở nhiệt độ cao, tách được kẽm:

3. Mở rộng về phương pháp thuỷ luyện

- Phương pháp thuỷ luyện để tách các kim loại có mức độ hoạt động hoá học yếu.

- Trước tiên, các đơn chất hoặc hợp chất của kim loại có mức độ hoạt động yếu có trong khoáng vật được chuyển thành muối tan. Sau đó dùng kim loại có mức độ hoạt động hoá học mạnh hơn để đẩy các kim loại có mức độ hoạt động hoá học yếu hơn ra khỏi dung dịch muối.

II. HỢP KIM

1. Khái niệm hợp kim

- Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa kim loại cơ bản và kim loại khác hoặc phi kim.

- Ví dụ: Khi trộn đều, làm nguội hỗn hợp nóng chảy gồm nhôm và một lượng nhỏ đồng thu được hợp kim Al – Cu. Hợp kim này được gọi là hợp kim của nhôm do nhôm là kim loại cơ bản để tạo nên chúng.

2. Sử dụng hợp kim

- Một số hợp kim có nhiều tính chất ưu việt hơn so với kim loại tạo nên chúng, như tính cứng, độ bền cơ học, hoá học, khả năng chịu mài mòn,…

Ví dụ: Đồng thau (hợp kim của đồng và kẽm) cứng hơn, chịu ăn mòn tốt hơn đồng hoặc kẽm.

- Nhiều loại hợp kim của nhôm, của sắt, của đồng,… được sử dụng làm vật liệu xây dựng, vật liệu chế tạo máy móc, thiết bị, dụng cụ, đồ dùng,…

3. Một số hợp kim phổ biến

Hợp kim của sắt và hợp kim của nhôm được sử dụng phổ biến trong cuộc sống.

4. Sản xuất gang, thép

a. Sản xuất gang

- Nguyên liệu: quặng sắt (thường là quặng hematite), than cốc và chất tạo xỉ như CaCO₃, SiO₂,… Các nguyên liệu này được xếp thành từng lớp xen kẽ và được cho di chuyển chậm từ miệng lò xuống đáy lò, tiếp xúc với luồng không khí nóng đi ngược từ phía dưới đáy lò lên.

- Các giai đoạn cơ bản của quá trình sản xuất gang bao gồm:

+ Than bị cháy trong lò tạo khí carbon monoxide theo các phản ứng sau:

$\begin{array}{l}C+O_2\stackrel{t^{°}}{\to }C{O}_2\\ C+C{O}_2\stackrel{t^{°}}{\to }2CO\end{array}$

+ CO phản ứng với oxide của sắt và một số oxide tạp chất có trong nguyên liệu tạo ra Fe cùng với Mn, Si,…

$3CO+F{e}_2{O}_3\stackrel{t^{°}}{\to }2Fe+3C{O}_2$

Sắt nóng chảy hoà tan một lượng nhỏ carbon cùng một số nguyên tố khác như Mn, Si,… tạo thành gang lỏng, chảy xuống đáy lò và sau đó được dẫn ra ngoài qua cửa tháo gang. Hàm lượng carbon trong gang vào khoảng 2 – 5%.

+ Trong quá trình nung, đá vôi bị phân huỷ tạo thành calcium oxide (CaO):

$CaC{O}_3\stackrel{t^{°}}{\to }CaO+C{O}_2$

CaO kết hợp với các tạp chất trong quặng tạo thành xỉ như:

$CaO+Si{O}_2\stackrel{t^{°}}{\to }CaSi{O}_3$

Xỉ nhẹ nên nổi lên trên bề mặt gang lỏng, được tháo ra ngoài qua cửa tháo xỉ.

b. Sản xuất thép

- Nguyên liệu chính: Gang hoặc thép phế liệu và khí oxygen.

- Quá trình sản xuất thép: Khí oxygen được sục vào lò chứa gang hoặc thép phế liệu hoặc hỗn hợp gồm gang và thép phế liệu nóng chảy. Khí oxygen phản ứng với một phần các nguyên tố C, P, Si, Mn,… có trong nguyên liệu nóng chảy tạo thành một số hợp chất ở thế khí tự thoát ra khỏi lò và một số chất ở dạng xỉ được tháo ra khỏi lò. Sản phẩm còn lại trong lò là thép với thành phần chính là sắt và carbon, trong đó, hàm lượng của carbon nhỏ hơn 2%. Thép nóng chảy được chuyển sang khu vực đổ khuôn tạo hình và làm nguội.

Trắc nghiệm: Tách kim loại. Sử dụng hợp kim

Câu 1: Trong công nghiệp để điều chế kim loại Na người ta sử dụng phương pháp nào dưới đây?

A. Điện phân dung dịch.

B. Điện phân nóng chảy.

C. Nhiệt luyện.

D. Thủy luyện.

Câu 2: Vật trang trí bằng đồng thường bị đen do lớp đồng bên ngoài phản ứng với oxygen trong không khí. Để làm sạch vết đen đó, người ta thường

A. rửa kĩ với nước.

B. ngâm, rửa kĩ với xà phòng.

C. dùng bông thấm giấm ăn hoặc chanh chà lên vết đen.

D. dùng miếng cọ sắt để cọ sạch.

Câu 3: Để điều chế nhôm người ta sử dụng nguyên liệu nào sau đây?

A.Quặng manhetit.

B. Quặng hematite.

C. Quặng sphalerite.

D. Quặng bauxite.

Câu 4: Hai kim loại có thể điều chế bằng phương pháp nhiệt luyện là

A. Fe, Zn

B. Ca, Fe

C. Mg, Zn

D. Al, Fe

Câu 5: Mẫu kim loại bạc có lẫn tạp chất sắt, đồng, kẽm. Để làm sạch các tạp chất này có thể cho mẫu bạc trên tác dụng với lượng dư dung dịch nào sau đây?

A. Fe(NO₃)₂.

B. AgNO₃.

C. Cu(NO₃)₂.

D. Zn(NO₃)₂.

Câu 6: Cho khí CO dư qua hỗn hợp gồm Al₂O₃, CuO, MgO và Fe₂O₃, nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoản toàn thu được hỗn hợp rắn Y. Số kim loại trong Y là

A. 3.

B. 1.

C. 2.

D. 4.

Câu 7: Phản ứng nào sau đây là không đúng khi được sử dụng điều chế kim loại trong công nghiệp?

A. 3CO + Al₂O₃ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Al + 3CO₂.

B. 2Al₂O₃ 4Al + 3O₂.

C. 3CO + Fe₂O₃ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe + 3CO₂

D. 2NaCl 2Na +Cl₂.

Câu 8: Tiến hành các thí nghiệm sau:

(1) Điện phân nóng chảy MgCl₂.

(2) Cho kim loại Cu tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư.

(3) Dẫn luồng khí CO đi qua bột CuO nung nóng.

(4) Cho kim loại K vào dung dịch CuCl₂.

Sau khi phản ứng kết thúc, số thí nghiệm thu được kim loại là

A. 1

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Câu 9: Gang và thép là hợp kim của

A. nhôm với đồng.

B. sắt với carbon.

C. carbon với silicon.

D. sắt với nhôm.

Câu 10: Kết luận nào sau đây không đúng khi nói về hợp kim?

A.Một số hợp kim có nhiều tính chất ưu việt hơn so với kim loại tạo nên chúng nên thường được sử dụng trong đời sống và sản xuất.

B.Hợp kim duralumin thường được sử dụng để chế tạo cánh máy bay, áo giáp vì tính chất nhẹ và bền.

C.Inox là hợp kim của Fe cùng Cr, Ni,… thường được sử dụng làm chi tiết trong các dụng cụ, thiết bị y tế do tính chất khó bị gỉ.

D.Gang là hợp kim của sắt chứa khoảng dưới 2% carbon và một số nguyên tố khác.

Câu 11: Quy trình sản xuất gang bao gồm các bước từ việc chuẩn bị nguyên liệu đến các phản ứng hóa học trong lò cao.

Câu 12: Các nhận định sau đây đúng hay sai?

Câu 13: Hòa tan hoàn toàn 6,5 gam zinc trong dung dịch HCl dư. Dẫn toàn bộ lượng khí hydrogen trên vào một ống thủy tinh nằm ngang chứa 8,0 gam bột CuO, đun nóng để thực hiện phản ứng điều chế Cu. Thực tế chỉ có 70% lượng khí hydrogen phản ứng với CuO. Sau phản ứng thu được chất rắn A. Tính khối lượng chất rắn A.

Đáp án: ……………………………………………………………………………

Câu 14: Một mẫu quặng bauxite có chứa 40% Al₂O₃. Để sản xuất 200km một loại dây cáp nhôm nhạ thế người ta sử dụng toàn bộ lượng nhôm điều chế từ m tấn quặng bauxite bằng phương pháp điện phân nóng chảy Al₂O₃. Biết rằng khối lượng nhôm trong một 1km cáp là 1 074 kg và hiệu suất của quá trình điều chế nhôm là 90%. Tính giá trị m?

Đáp án: ……………………………………………………………………………

Câu 15: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO. Cho một luồng khí CO đi qua ống đựng m gam hỗn hợp X nung nóng. Sau khi kết thúc phản ứng thu được 64 gam chất rắn A và 12,395 lít khí B (đkc) có tỉ khối so với hydrogen là 20,4. Xác định giá trị của m.

Đáp án: ……………………………………………………………………………