Bài 20: Hợp kim sắt: Gang thép

Bài 1: Thế nào là hợp kim? Thế nào là gang, thép? Nếu thành phần , tính chất và ứng dụng của gang và thép.

Lời giải:

– Hợp kim là chất thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc hỗn hợp kim loại và phi kim.

– Gang là hợp chất của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2% đến 5%. Ngoài ra trong gang còn có một số nguyên tố khác như Si, Mn, S …

– Thép la hợp kim sắt của cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%.

– Ứng dụng của gang và thép :

+ Gang, thép có nhiều ứng dụng trong sản xuất, trong kĩ thuật và đời sống. Gang trắng dùng để luyện thép, gàn xám dùng để chế tạo máy móc, thiết bị.

+ Thép dùng để chế tạo nhiều chi tiêt máy, vật dụng, dụng cụ lao động. Đặc biệt thép được dùng để làm vật liệu xây dựng nhà cửa, cầu cống … phương tiên giao thồn vận tải (tàu thủy, tàu hỏa, ô tô, xe gắn máy, xe đạp …)

Bài 2: Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết các phương trình phản ứng hóa học.

Lời giải:

Nguyên tắc sản xuất gang : Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao). Các phương trình hóa học xảy ra :

C + O2 → CO2

C + CO2 → 2CO

Khí CO khử oxit sắt trong quặng thành sắt:

3CO + Fe2O3 → 3CO2 ↑ + 2Fe

MnO2 + 2CO → Mn + 2CO2 ↑

SiO2 + 2CO → Si + 2CO2 ↑

Sắt nóng chảy hòa tan cacbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang.

Bài 3: Hãy cho biết nguyên tắc luyện gang thành thép và viết các phương trình hóa học.

Lời giải:

Nguyên tắc luyện gang thành thép: Loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố cacbon, silic, mangan …

Thổi khí oxi vào lò đựng gang nóng chảy, khí oxi oxi hóa sắt thành FeO. Sau đó FeO sẽ oxi hóa một số nguyên tố trong gang như C, Mn, Si, P, S. Ví dụ:

2Fe + O2 → 2FeO

FeO + C → Fe + CO

2FeO + Si → 2Fe + SiO2

FeO + Mn → Fe + MnO.

Bài 4: Những khí thải (CO2, SO2 …) trong quá trình sản xuất gang, thép có ảnh hưởng như thế nào đến môi trường xung quanh? Dẫn ra một số phản ứng để giải thích. Thử nêu biện pháp để chống ô nhiễm môi trường ở khu dân cư gần cơ sở sản xuất gang thép.

Lời giải:

Những khí thải trong quá trình luyện gang, thí dụ như SO2, CO2 ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.

– Khí SO2 gây ô nhiễm không khí, độc hại cho con người và động thực vật.

– Làm cho nồng độ axit trong nước mưa cao hơn mức bình thường.

SO2 + H2O → H2SO3

H2SO3 tiếp tục bị oxi hóa thành H2SO4.

CO2 + H2O → H2CO3

Biện pháp chống ô nhiễm môi trường:

– Xây dựng hệ thống liên hoàn xử lí khí thải độc hại trước khi đưa khí thải ra ngoài không khí.

– Trồng vành đai xanh để háp thụ khí CO2.

Bài 5: Hãy lập các phương trình hoá học theo sơ đồ sau đây:

Cho biết phản ứng nào xảy ra trong quá trình luyện gang, phản ứng nào xảy ra trong quá trình luyện thép, chất nào là chất oxi hoá, chất nào là chất khử ?

Lời giải:

Bài 6: Tính khối lượng quặng hematit chưa 60% Fe2O3 cần thiết để sản xuất được 1 tấn gang chứa 95% Fe. Biết hiệu suất của quá trình là 80%.

Lời giải:

Trong 1 tấn gang chứa 95% Fe có mFe = (1000 x 95) / 100 = 950kg

Phương trình phản ứng:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (to cao)

160kg Fe2O3 tạo ra 2 x 56kg Fe

x kg Fe2O3 tạo ra 950 kg Fe

x = (160 x 950) / 112 = 1357,14kg

Hiệu suất đạt 80% nên thực tế khối lượng Fe2O3 cần dùng:

(1357,14 x 100) / 80 = 1606,425kg

Khối lượng quặng hematit chứa 60% Fe2O3 cần dùng:

(1696,425 x 100) /60 ≈ 2827,375kg. (≈2,827 tấn)