Lý thuyết Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim KHTN lớp 9 (Kết nối tri thức)

Lý thuyết KHTN 9 Bài 20: Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim

I. Phương pháp tách kim loại

- Trong tự nhiên, kim loại chủ yếu tồn tại ở trong quặng dưới dạng hợp chất như oxide, muối,… Ví dụ: Aluminium oxide là thành phần chủ yếu trong quặng bauxite; iron (III) oxide là thành phần chủ yếu trong quặng hematite,… Một số kim loại quý như vàng có thể tồn tại dưới dạng đơn chất.

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

+ Từ quặng, người ta làm giàu quặng bằng cách loại bỏ các tạp chất như đất, cát, đá,… thu được hợp chất chứa kim loại.

+ 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.

- Một số phương pháp hoá học thường để tách kim loại:

+ Phương pháp điện phân nóng chảy được áp dụng để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh như Na, Ca, Mg, Al,…

+ Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học trung bình như Fe, Zn,…; có thể dùng các chất như C, CO, H₂, Al,… tác dụng với oxide kim loại ở nhiệt độ cao, thu được kim loại.

+ Phương pháp thuỷ luyện để tách các kim loại hoạt động hoá học yếu như Ag, Au,….

II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng

1. Tách nhôm ra khỏi aluminium oxide bằng phản ứng điện phân

- Nguyên liệu: quặng bauxite (thành phần chính là Al₂O₃).

- Quá trình điện phân nóng chảy: Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân nóng chảy aluminium oxide nóng chảy, theo phản ứng sau:

2. Tách sắt ra khỏi iron (III) oxide

Ở nhiệt độ cao, sắt được tách ra khỏi iron (III) oxide bởi carbon monoxide:

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

3. Tách kẽm ra khỏi zinc sulfide

- Quặng chứa zinc sulfide (ZnS) được đốt trong không khí để chuyển zinc sulfide thành zinc oxide (ZnO):

$2\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{S}+3{\mathrm{O}}_2\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }2\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}+2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$

- Tiếp theo, kẽm được tách ra khỏi zinc oxide bởi carbon:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{O}+\mathrm{C}\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }\mathrm{Z}\mathrm{n}+\mathrm{C}\mathrm{O}$

Mở rộng:

Phương pháp thuỷ luyện: Các hợp chất hoặc hỗn hợp các kim loại hoạt động hoá học yếu như bạc,… được chuyển thành muối tan. Sau đó, dùng kim loại hoạt động hoá học mạnh hơn đẩy kim loại bạc ra khỏi muối, tách chúng ra khỏi dung dịch.

II. Hợp kim

1. Khái niệm hợp kim

Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.

Kim loại cơ bản là kim loại chiếm thành phần chính trong hợp kim.

Ví dụ: thép có kim loại cơ bản là sắt, đuy-ra (duralumin) có kim loại cơ bản là nhôm,…

2. Ưu điểm của hợp kim

Hợp kim thường 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 nên được sử dụng phổ biến trong đời sống và trong công nghiệp.

3. Một số hợp kim phổ biến

- Gang và thép là hai hợp kim của sắt với carbon và một số nguyên tố khác (carbon chiếm hàm lượng từ 2% đến 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 rộng rãi 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,…

- Inox là một loại thép đặc biệt, ngoài sắt và carbon còn các nguyên tố khác như chromium, nickel. Inox cứng và khó bị gỉ, được sử dụng làm đồ gia dụng, thiết bị y tế,…

- Đuy-ra (duralumin) là hợp kim của nhôm với đồng, manganese, magnesium,… Đuy-ra nhẹ tương đương nhôm nhưng bền và cứng hơn nhiều, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô,…

III. Sản xuất gang, thép

1. Sản xuất gang từ nguồn quặng chứa iron (III) oxide

- Nguyên liệu: quặng sắt (thường là quặng hematite với thành phần chính là Fe₂O₃), than cốc và chất tạo xỉ như CaCO₃, SiO₂,…

- Các giai đoạn chính:

+ Tạo thành khí CO:

$\begin{array}{c}\mathrm{C}+{\mathrm{O}}_2\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2\\ \mathrm{C}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }2\mathrm{C}\mathrm{O}\end{array}$

+ Khí CO phản ứng với các oxide của sắt có trong quặng:

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

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

+ Tạo xỉ, tách xỉ thu được gang:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}+\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2\stackrel{{\mathrm{t}}^{°}}{\to }\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_3$

Lưu ý:

+ Xỉ nhẹ, nổi lên trên gang lỏng, được đưa ra ngoài cửa tháo xỉ.

+ Khí thải tạo thành trong lò cao được đưa ra ngoài qua cửa ở gần miệng lò.

2. Sản xuất thép

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

- Quá trình sản xuất thép: Làm giảm các tạp chất C, Si, Mn,… trong gang bằng cách chuyển chúng thành các oxide và loại bỏ chúng để thu được thép.

Trắc nghiệm: Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim

Câu 1: Nguyên liệu chính dùng để sản xuất nhôm là

A. quặng maghetite.

B. quặng bauxite.

C. quặng sphalerite.

D. quặng hematite.

Câu 2. Kim loại nào dưới đây có thể được điều chế bằng cách dùng CO khử oxide kim loại tương ứng ở nhiệt độ cao?

A. Al.

B. Mg.

C. Ca.

D. Fe.

Câu 3. Trong công nghiệp, kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ được điều chế bằng phương pháp nào sau đây?

A. Điện phân dung dịch.

B. Điện phân nóng chảy.

C. Thủy luyện.

D. Nhiệt luyện.

Câu 4. Những kim loại nào sau đây có thể được điều chế từ oxide bằng phương pháp nhiệt luyện nhờ chất khử CO?

A. Zn, Mg, Fe.

B. Ni, Cu, Ca.

C. Fe, Ni, Zn.

D. Fe, Al, Cu.

Câu 5. Kim loại M có thể điều chế được bằng tất cả các phương pháp như thủy luyện, nhiệt luyện, điện phân. Kim loại M là kim loại nào trong các kim loại sau?

A. Al.

B. Cu.

C. Na.

D. Mg.

Câu 6. Nhúng thanh Fe vào dung dịch CuSO₄, sau một thời gian quan sát thấy:

A. thanh sắt có màu trắng hơi xám và dung dịch màu xanh nhạt.

B. thanh sắt có lớp chất rắn màu đỏ bám vào và dung dịch có màu xanh nhạt dần.

C. thanh sắt có màu vàng và dung dịch có màu xanh nhạt.

D. thanh sắt có màu đỏ và dung dịch có màu xanh đậm.

Câu 7. Gang và thép là hợp kim của

A. nhôm với đồng.

B. sắt với carbon.

C. carbon với silicon.

D. sắt với nhôm.

Câu 8. Gang là hợp kim của sắt với carbon và một lượng nhỏ các nguyên tố khác như: Si, Mn, S,… trong đó hàm lượng carbon chiếm:

A. Từ 2% đến 6%.

B. Dưới 2%.

C. Từ 2% đến 5%.

D. Trên 6%.

Câu 9. Quặng hematite chứa

A. FeCl₃.

B. Fe₂O₃.

C. Fe₃O₄.

D. FeO.

Câu 10. Nguyên tắc sản xuất thép là

A. làm tăng hàm lượng C có trong gang.

B. làm giảm hàm lượng C có trong gang.

C. làm giảm hàm lượng các nguyên tố C, Si, Mn… có trong gang.

D. làm giảm hàm lượng của Fe có trong gang.

Câu 11: Cho các phát biểu sau:

Câu 12: Cho các phát biểu:

Câu 13: Khử hoàn toàn 17,6 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe₂O₃ cần 4,958 lít H₂ (đkc). Tính khối lượng Fe thu được?

Đáp án: ……………………………………………………………………………

Câu 14: Cho dần bột sắt vào 50 mL dung dịch CuSO₄ 0,2M, khuấy nhẹ cho tới khi dung dịch mất màu xanh. Lượng mạt sắt đã phản ứng là bao nhiêu gam?

Đáp án: ……………………………………………………………………………

Câu 15: Một loại đồng thau có chứa 59,63% Cu và 40,37% Zn. Hợp kim này có cấu tạo tinh thể của hợp chất hoá học giữa đồng và kẽm. Xác định công thức hoá học của hợp kim?

Đáp án: ……………………………………………………………………………

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Khoa học tự nhiên 9 sách Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 21: Sự khác nhau cơ bản giữa phi kim và kim loại

Lý thuyết Bài 22: Giới thiệu về hợp chất hữu cơ

Lý thuyết Bài 23: Alkane

Lý thuyết Bài 24: Alkene

Lý thuyết Bài 25: Nguồn nhiên liệu

Xem thêm tài liệu Khoa học tự nhiên lớp 9:

Giải KHTN 9 Bài 20: Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim

Giải SBT KHTN 9 Bài 20: Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim

Giáo án Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim lớp 9

Giáo án điện tử Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim lớp 9