Lớp 12 · Hoá Học
Bài 21
Hợp kim
Khái niệm và cách điều chế hợp kim, ứng dụng và các hợp kim thông dụng; tính chất vật lí – hoá học của hợp kim so với kim loại cơ bản; cùng các hợp kim quan trọng của sắt (gang, thép, inox) và của nhôm (duralumin).
1
Khái niệm và cách điều chế hợp kim
▼
ĐỊNH NGHĨA
Hợp kim là vật liệu kim loại chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại khác hoặc phi kim.
▸ Ví dụ:
🔩
Thép — hợp kim của sắt với carbon và một số nguyên tố khác (Mn, Si, Cr...).
✈️
Duralumin — hợp kim của nhôm với đồng, magnesium, manganese...
🎺
Đồng thau — hợp kim của đồng với kẽm.
🔥
Cách điều chế: hợp kim thường được điều chế bằng cách nung chảy các thành phần rồi để nguội.
| Thành phần | Đặc điểm | Ví dụ (trong thép) |
|---|---|---|
| Kim loại cơ bản | Chiếm tỉ lệ lớn nhất, quyết định tính chất chính | Fe (~95–99%) |
| Nguyên tố khác (KL/phi kim) | Chiếm tỉ lệ nhỏ, cải thiện một số tính chất | C, Mn, Si, Cr, Ni... |
2
Ứng dụng và một số hợp kim thông dụng
▼
💡
Hợp kim được dùng rộng rãi hơn kim loại nguyên chất vì: có thể thiết kế tính chất phù hợp từng mục đích (điều chỉnh độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn...) và giá thành thường rẻ hơn kim loại nguyên chất.
| Hợp kim | KL cơ bản | Thành phần khác | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Gang | Fe | C (2–5%), Mn, Si... | Luyện thép, bệ máy, nồi, chảo |
| Thép | Fe | C (<2%), Cr, Mn, Ni... | Xây dựng, chế tạo máy |
| Inox | Fe | Cr (≥10%), Ni, C... | Dụng cụ y tế, đồ gia dụng |
| Đồng thau | Cu | Zn (10–45%) | Chi tiết máy, thiết bị điện |
| Đồng đỏ (đồng thanh) | Cu | Sn, Al, Si... | Chế tạo máy, đúc tượng |
| Vàng tây | Au | Cu, Ag | Đồ trang sức, điêu khắc |
| Duralumin | Al | Cu, Mg, Mn... | Hàng không, khung xe |
| Thiếc hàn | Sn | Pb, Ag... | Que hàn, mối hàn điện tử |
3
Tính chất của hợp kim
▼
🔑
Tính chất của hợp kim phụ thuộc vào thành phần các đơn chất tham gia và cấu tạo mạng tinh thể của hợp kim.
▸ a) Tính chất vật lí (so với kim loại cơ bản):
| Tính chất | So với KL cơ bản | Ví dụ |
|---|---|---|
| Độ dẫn điện, dẫn nhiệt | Kém hơn ↓ | Đồng thau dẫn điện kém hơn đồng nguyên chất |
| Độ cứng | Lớn hơn ↑ | Vàng tây cứng hơn vàng nguyên chất |
| Độ dẻo | Kém hơn ↓ | Gang giòn hơn sắt nguyên chất |
| Nhiệt độ nóng chảy | Thường thấp hơn | Gang có t°nc thấp hơn sắt nguyên chất |
🔬
Giải thích: khi thêm nguyên tố khác vào, các nguyên tử "lạ" xen vào mạng tinh thể → cản trở chuyển động của electron (giảm độ dẫn điện) và tăng độ bền liên kết (tăng độ cứng).
▸ b) Tính chất hoá học:
⚗️
Hợp kim có tính chất hoá học tương tự các kim loại thành phần. Ví dụ: thép (hợp kim Fe) bị ăn mòn trong môi trường ẩm giống sắt; duralumin (hợp kim Al) tác dụng với acid giống nhôm.
KẾT LUẬN
Hợp kim có tính chất HOÁ HỌC tương tự kim loại thành phần, nhưng tính chất VẬT LÍ thường khác nhiều.
Mô hình mạng tinh thể hợp kim: nguyên tử nguyên tố khác xen vào mạng tinh thể kim loại cơ bản.
4
Hợp kim của sắt: Gang
▼
GANG LÀ GÌ?
Gang là hợp kim của sắt chứa khoảng 2% đến 5% carbon và một số nguyên tố khác (Mn, Si, P, S...).
🧱
Tính chất gang: cứng nhưng giòn hơn sắt nguyên chất; nhiệt độ nóng chảy thấp hơn sắt nguyên chất; khó rèn, khó dát mỏng.
| Loại gang | Đặc điểm | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Gang trắng | Chứa ít carbon, cứng và giòn, mặt gãy màu trắng sáng | Nguyên liệu để luyện thép |
| Gang xám | Chứa nhiều carbon hơn, ít giòn hơn, mặt gãy màu xám | Đúc bệ máy, vỏ máy, ống nước, nồi, chảo |
5
Hợp kim của sắt: Thép & so sánh gang – thép
▼
THÉP LÀ GÌ?
Thép là hợp kim của sắt chứa ít hơn 2% carbon và một số nguyên tố khác (Cr, Mn, Ni, Si...).
🛠️
Tính chất thép: cứng, bền; có thể chịu nhiệt; có thể chống ăn mòn (tuỳ loại); dễ rèn, dễ dát mỏng hơn gang.
| Loại thép | Thành phần đặc trưng | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Thép thường (thép carbon) | Fe + C (<2%) | Xây dựng, chế tạo máy, ray tàu |
| Thép không gỉ (inox) | Fe + Cr (≥10%) + Ni + C | Dụng cụ y tế, đồ gia dụng, thiết bị nhà bếp |
| Thép chịu nhiệt | Fe + Cr + Ni + W... | Động cơ máy bay, lò nung |
| Thép dụng cụ | Fe + C + W + V + Cr... | Dao cắt, mũi khoan, dụng cụ cắt gọt |
▸ So sánh gang và thép:
| Tiêu chí | Gang | Thép |
|---|---|---|
| Hàm lượng carbon | 2% – 5% | < 2% |
| Độ giòn | Giòn hơn | Ít giòn hơn |
| Khả năng rèn | Khó rèn | Dễ rèn |
| Nhiệt độ nóng chảy | Thấp hơn sắt | Cao hơn gang |
| Ứng dụng chính | Đúc chi tiết, luyện thép | Xây dựng, chế tạo máy |
6
Hợp kim của nhôm (Duralumin và các hợp kim khác)
▼
▸ Duralumin (Đuyra):
| Thành phần | Tỉ lệ gần đúng |
|---|---|
| Nhôm (Al) | ~90–95% |
| Đồng (Cu) | ~4% |
| Magnesium (Mg) | ~1,5% |
| Manganese (Mn) | ~0,5% |
✈️
Tính chất duralumin: nhẹ (thành phần chính là nhôm), cứng và bền hơn nhôm nguyên chất nhiều lần, chịu được lực lớn. Ứng dụng: chế tạo máy bay, tàu vũ trụ, khung xe đạp, xe máy.
▸ Một số hợp kim nhôm khác:
| Hợp kim | Thành phần | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Silumin | Al + Si (10–13%) | Đúc chi tiết máy, vỏ động cơ |
| Al – Mg | Al + Mg (3–5%) | Đóng tàu, kiến trúc |
| Al – Li | Al + Li (1–3%) | Hàng không vũ trụ |
7
Phương pháp giải các dạng bài tập
▼
🧩 Dạng 1 — Nhận biết & phân loại hợp kim
Xác định kim loại cơ bản (chiếm tỉ lệ lớn nhất) → các nguyên tố khác → phân loại.
VD: 96% Fe, 3% C, 1% khác → C nằm trong 2–5% → là gang.
🧩 Dạng 2 — So sánh tính chất hợp kim với KL thành phần
Nhớ quy luật: dẫn điện/nhiệt giảm, độ cứng tăng, độ dẻo giảm, t°nc thường giảm; hoá học tương tự.
VD: đồng thau dẫn điện kém hơn nhưng cứng hơn đồng nguyên chất.
🧩 Dạng 3 — Tính % khối lượng trong hợp kim
Công thức: $\%m_A = \dfrac{m_A}{m_{\text{hợp kim}}} \times 100\%$ ; nếu biết tỉ lệ mol thì $m = n \times M$ rồi tính.
VD: hợp kim Al–Ni có 10 mol Al và 1 mol Ni → $m_{Al}=270$ g, $m_{Ni}=59$ g → $\%m_{Al} = \dfrac{270}{329}\times 100\% \approx 82\%$.
🧩 Dạng 4 — Bài tập về gang và thép
Phân biệt theo hàm lượng C: 2–5% → gang; <2% → thép. Phân biệt thép: có Cr ≥10% → inox; có W, V, Cr → thép dụng cụ.
VD: 12% Cr, 0,1% C → C<2% (là thép) và Cr≥10% → thép không gỉ (inox).
★
Tổng kết & ôn tập
▼
| Hợp kim | KL cơ bản | Đặc trưng | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Gang | Fe | C (2–5%), cứng, giòn | Đúc, luyện thép |
| Thép | Fe | C (<2%), cứng, bền, dẻo | Xây dựng, cơ khí |
| Inox | Fe | Cr (≥10%), chống gỉ | Y tế, gia dụng |
| Duralumin | Al | Cu, Mg, Mn — nhẹ, cứng, bền | Hàng không |
📝
Ghi nhớ quy luật: so với kim loại cơ bản, hợp kim có độ dẫn điện/nhiệt giảm, độ cứng tăng, độ dẻo giảm, nhiệt độ nóng chảy thường thấp hơn; còn tính chất hoá học thì tương tự kim loại thành phần.
📚
Muốn ôn lại lý thuyết đầy đủ, xem thêm công thức, mẹo ghi nhớ và ví dụ chi tiết, hãy đọc bài lý thuyết Bài 21 trên Edus.vn nhé!
Đọc bài chi tiết →
1
—
Điểm: 0/25
⚙️
Cùng luyện Bài 21 – Hợp kim!
25 câu: 20 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/25
💡 Gợi ý
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ