Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Mở đầu trang 95
Đề bài: Kim loại được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Chúng được tách từ nguồn nguyên liệu nào và sản xuất bằng cách nào?
Lời giải:
- Nguồn nguyên liệu: Kim loại được tách từ các loại quặng trong tự nhiên (ví dụ: quặng bauxite chứa $Al_2O_3$, quặng hematite chứa $Fe_2O_3$, quặng sphalerite chứa $ZnS$,…).
- Cách sản xuất: Tuỳ vào mức độ hoạt động hoá học của kim loại, người ta dùng các phương pháp khác nhau: điện phân nóng chảy (kim loại mạnh), nhiệt luyện (kim loại trung bình), thuỷ luyện (kim loại yếu).
I. Phương pháp tách kim loại
Câu hỏi trang 95
Đề bài: Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng.
Lời giải:
Quy trình tách kim loại từ quặng gồm 2 bước cơ bản:
Bước 1: Làm giàu quặng – Loại bỏ các tạp chất (đất, cát, đá,…) để tăng hàm lượng hợp chất chứa kim loại trong quặng.
Bước 2: Dùng phương pháp hoá học phù hợp để tách kim loại ra khỏi hợp chất, tuỳ theo mức độ hoạt động hoá học:
- Điện phân nóng chảy (kim loại mạnh).
- Nhiệt luyện (kim loại trung bình).
- Thuỷ luyện (kim loại yếu).
Sơ đồ tóm tắt:
$$\text{Quặng} \xrightarrow{\text{Làm giàu quặng}} \text{Hợp chất chứa kim loại} \xrightarrow{\text{Phương pháp hoá học}} \text{Kim loại}$$
II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng
Hoạt động trang 96
Đề bài:
- Hãy chỉ ra điểm giống nhau và khác nhau trong hai quá trình tách kẽm và tách sắt đã nêu ở trên.
- Theo em, kim loại natri có thể tách bằng phương pháp nhiệt luyện như tách kẽm được không? Vì sao?
Lời giải:
1. So sánh quá trình tách kẽm và tách sắt:
| Điểm | Tách sắt | Tách kẽm |
|---|---|---|
| Giống nhau | Đều dùng phương pháp nhiệt luyện ở nhiệt độ cao, dùng chất khử (C, CO) để khử oxide kim loại. | |
| Khác nhau | Thực hiện 1 bước: dùng CO khử trực tiếp $Fe_2O_3$. | Thực hiện 2 bước: đốt $ZnS$ với $O_2$ tạo $ZnO$, sau đó dùng C khử $ZnO$. |
Phương trình minh hoạ:
$$3CO + Fe_2O_3 \xrightarrow{t^o} 2Fe + 3CO_2$$
$$2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{t^o} 2ZnO + 2SO_2$$
$$ZnO + C \xrightarrow{t^o} Zn + CO$$
2. Kim loại natri không thể tách bằng phương pháp nhiệt luyện như tách kẽm. Vì:
- Natri là kim loại hoạt động hoá học rất mạnh.
- Các chất khử thông thường (C, CO, $H_2$,…) không khử được oxide của Na ở nhiệt độ cao.
→ Phải dùng phương pháp điện phân nóng chảy hợp chất của natri (như $NaCl$ nóng chảy) để tách Na.
Câu hỏi trang 97
Đề bài:
- Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Al,…?
- Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hoá học trung bình như Zn, Fe?
Lời giải:
1. Để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Al,… thường dùng phương pháp điện phân nóng chảy hợp chất (oxide hoặc muối) của chúng.
2. Để tách các kim loại hoạt động hoá học trung bình như Zn, Fe,… thường dùng phương pháp nhiệt luyện (dùng C, CO, $H_2$,… tác dụng với oxide kim loại ở nhiệt độ cao).
III. Hợp kim
Câu hỏi 1 trang 97
Đề bài: 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 hoạ.
Lời giải:
So sánh kim loại nguyên chất và hợp kim:
| Đặc điểm | Kim loại nguyên chất | Hợp kim |
|---|---|---|
| Thành phần | Chỉ chứa một nguyên tố kim loại | Chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác |
| Tính chất | Mềm hơn, ít bền | Cứng hơn, bền hơn, chống ăn mòn và gỉ sét tốt hơn |
Lí do dùng hợp kim: Hợp kim có nhiều ưu điểm vượt trội so với kim loại nguyên chất nên phù hợp với nhiều ứng dụng trong thực tế.
Ví dụ:
- Thép (hợp kim của Fe và C): cứng và bền hơn sắt nguyên chất → dùng làm khung nhà, cầu đường.
- Đuy-ra (hợp kim của Al với Cu, Mn, Mg,…): nhẹ và bền → chế tạo máy bay, ô tô.
Câu hỏi 2 trang 97
Đề bài: 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?
Lời giải:
| Hợp kim | Thành phần | Tính chất đặc trưng | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Gang | Fe + C (2–5%) + một số nguyên tố khác | Cứng, giòn | Đúc chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống |
| Thép | Fe + C (< 2%) + một số nguyên tố khác | Cứng, đàn hồi, chịu lực tốt | Xây dựng, cầu đường, dụng cụ, máy móc |
| Đuy-ra | Al + Cu, Mn, Mg,… | Nhẹ như nhôm nhưng bền và cứng hơn nhiều | Chế tạo máy bay, ô tô |
→ Các hợp kim này được sử dụng phổ biến vì có nhiều tính chất ưu việt (bền, cứng, nhẹ, chống gỉ,…) đáp ứng được nhiều nhu cầu khác nhau trong công nghiệp và đời sống.
IV. Sản xuất gang, thép
Hoạt động trang 99 – Câu 1
Đề bài: Mô tả các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang. Viết phương trình hoá học của các phản ứng.
Lời giải:
Quá trình sản xuất gang gồm 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Tạo khí CO trong lò cao
Than cốc cháy trong không khí nóng tạo $CO_2$, sau đó $CO_2$ tác dụng với C tạo CO:
$$C + O_2 \xrightarrow{t^o} CO_2$$
$$C + CO_2 \xrightarrow{t^o} 2CO$$
Giai đoạn 2: CO khử oxide sắt trong quặng tạo gang
$$3CO + Fe_2O_3 \xrightarrow{t^o} 2Fe + 3CO_2$$
Sắt nóng chảy hoà tan một lượng nhỏ carbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang lỏng.
Giai đoạn 3: Tạo xỉ
Đá vôi bị phân huỷ tạo $CaO$; $CaO$ kết hợp với $SiO_2$ trong quặng tạo xỉ:
$$CaO + SiO_2 \xrightarrow{t^o} CaSiO_3$$
Xỉ nhẹ nổi lên trên gang lỏng, được tháo ra qua cửa tháo xỉ.
Hoạt động trang 99 – Câu 2
Đề bài: Tại sao khi loại bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép?
Lời giải:
- Thành phần chính của gang và thép đều là sắt và carbon, chỉ khác ở hàm lượng carbon:
- Gang: carbon chiếm 2 – 5%.
- Thép: carbon chiếm dưới 2%.
- Vì vậy, khi loại bỏ bớt carbon và các tạp chất (Si, Mn,…) trong gang để hàm lượng carbon giảm xuống dưới 2% → thu được thép.
Hoạt động trang 99 – Câu 3
Đề bài: 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.
Lời giải:
Khí thải trong sản xuất gang, thép thường chứa các khí: $CO_2$, $SO_2$, $CO$,…
Nếu thải ra môi trường mà không qua xử lí sẽ gây các tác hại:
- $CO_2$: gây hiệu ứng nhà kính, làm Trái Đất nóng lên, biến đổi khí hậu.
- $SO_2$: gây ô nhiễm không khí, là nguyên nhân chính gây mưa acid làm hư hại cây cối, công trình và ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.
- CO: là khí rất độc, có thể gây ngộ độc hô hấp, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người và động vật.
Câu hỏi 1 trang 99
Đề bài: 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.
Lời giải:
| Đặc điểm | Gang | Thép |
|---|---|---|
| Hàm lượng C | 2 – 5% | Dưới 2% |
| Tính chất vật lí | Cứng nhưng giòn, dễ vỡ khi va đập | Cứng, đàn hồi, chịu lực tốt |
| Ứng dụng | Đúc nắp cống, ống dẫn nước, chi tiết máy | Khung nhà, cầu, đường ray, dụng cụ |
→ Hàm lượng carbon càng cao thì hợp kim càng cứng và giòn; hàm lượng carbon thấp thì hợp kim dẻo, đàn hồi và chịu lực tốt hơn.
Câu hỏi 2 trang 99
Đề bài: Phương pháp tách kim loại nào đã được vận dụng trong quá trình sản xuất gang? Giải thích.
Lời giải:
Trong quá trình sản xuất gang, người ta đã vận dụng phương pháp nhiệt luyện.
Giải thích: Ở nhiệt độ cao trong lò cao, người ta dùng khí $CO$ (chất khử) để khử $Fe_2O_3$ trong quặng sắt, tách sắt ra khỏi oxide:
$$3CO + Fe_2O_3 \xrightarrow{t^o} 2Fe + 3CO_2$$
Đây chính là cách áp dụng phương pháp nhiệt luyện cho kim loại có mức độ hoạt động hoá học trung bình như sắt.
Cô Trần Thị Thanh Thảo
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS
Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu