Giải chi tiết khoa học tự nhiên 9 KNTT bài 20 Tạch kim loại và việc sử dụng hợp kim

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Kim loại được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Chúng được tách từ nguồn nguyên liệu nào và sản xuất bằng cách nào?

Bài làm chi tiết:

- Kim loại đươc tách từ nguồn nguyên liệu ở trong quặng dưới dạng như oxide, muối,...

- Sản xuất bằng cách loại bỏ các tạp chất sau đó chọn phương pháp hóa học phù hợp để kim loại tách ra khỏi hợp chất của nó:

+ Với các kim loại hoạt động mạnh như Na, Ca, Mg, Al,... sử dụng phương pháp điện phân nóng chảy.

+ Các kim loại hoạt động trung bình như Fe, Zn,... dùng phương pháp nhiệt luyện: có thể dùng các chất như C, CO, H₂, Al,... tác dụng với oxide ở nhiệt độ cao, thu được kim loại.

+ Với kim loại hoạt động yếu như Ag, Au,... sử dụng phương pháp thủy luyện.

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Câu hỏi: Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng.

Bài làm chi tiết:

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

- Bước 1: Khai thác quặng.

- Bước 2: Tinh chế quặng.

- Bước 3: Tách kim loại ra khỏi quạng bằng một số phương pháp phù hợp: điện phân nóng chảy; nhiệt luyện; thủy luyện.

II. QUÁ TRÌNH TÁCH MỘT SỐ KIM LOẠI CÓ NHIỀU ỨNG DỤNG

Hoạt động 1: Hãy chỉ ra điểm giống nhau và khác nhau trong hai quá trình tách kẽm và tách sắt đã nêu ở trên.

Bài làm chi tiết:

- Giống nhau: quá trình tách đều dùng phương pháp nhiệt luyện.

- Khác nhau:

+ Ở quá trình tách kẽm, trước tiên phải nung nóng ZnS trong không khí tạo ra ZnO sau đó dùng C để khử ZnO để tạo ra kẽm.

+ Ở quá trình tách sắt, dùng CO để khử Fe₂O₃ để tạo ra được sắt.

Hoạt động 2: Theo em, kim loại natri có thể tách bằng phương pháp nhiệt luyện như tách kẽm được không? Vì sao?

Bài làm chi tiết:

Không thể tách kim loại natri bằng phương pháp nhiệt luyện như cách tách kẽm, vì natri là một kim loại rất dễ phản ứng với nước và không khí. Khi tiếp xúc với không khí ẩm, natri sẽ bị oxi hóa thành Na₂O và NaOH, do đó không thể thực hiện việc tách natri bằng phương pháp nhiệt luyện.

Câu hỏi 1: Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Al,...?

Bài làm chi tiết:

Để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Al,... thường sử dụng phương pháp điện phân nóng chảy.

Câu hỏi 2: Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình như Zn, Fe?

Bài làm chi tiết:

Để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình như Zn, Fe thường sử dụng phương pháp nhiệt luyện.

III. HỢP KIM

Câu hỏi 1: 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 họa.

Bài làm chi tiết:

Điểm khác nhau giữa tính chất của kim loại và hợp kim:

- Trong thực tế, kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim vì hợp kim mang lại nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với kim loại nguyên chất, bao gồm độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét, cũng như giảm chi phí sản xuất so với việc sử dụng kim loại nguyên chất.

- Ví dụ: Innox là một loại thép đặc biệt được hợp chất từ sắt, carbon cùng các nguyên tố như chromium và nickel. Innox có đặc tính cứng và chống ăn mòn cao, thường được sử dụng trong sản xuất đồ gia dụng, thiết bị y tế, và các ứng dụng khác.

Câu hỏi 2: 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? 

Bài làm chi tiết:

Giải thích:Các hợp kim này được sử dụng phổ biến bởi vì chúng có khả năng chống ăn mòn tốt, độ bền cao, và có thể sản xuất được nhiều sản phẩm đa dạng phục vụ nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

IV. SẢN XUẤT GANG, THÉP

Hoạt động 1: Mô tả các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang. Viết phương trình hóa học của các phản ứng.

Bài làm chi tiết:

Các giai đoạn chính sản xuất gang:

Giai đoạn 1: Phản ứng tạo thành khí CO: 

Giai đoạn 2: Khí CO phản ứng với các õide của sắt trong quặng:

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

Giai đoạn 3: Đá vôi bị phân hủy thành CaO. CaO kết hợp với các oxide như SiO₂ trong quặng tạo thành xỉ:

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

Hoạt động 2: Tại sao khi loại bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép?

Bài làm chi tiết:

Vì thành phần carbon trong gang cao hơn so với thép nên loại bỏ một phần carbon giúp giảm đi lượng carbon trong hợp kim. Việc loại bỏ tạp chất giúp ta kiểm soát thành phần hợp kim để từ đó biến gang thành thép.

Hoạt động 3: 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.

Bài làm chi tiết:

- Trong quá trình sản xuất gang và thép, khí thải thường chứa các khí như CO₂, SO₂,...

- Nếu các khí này được thải ra môi trường mà không qua xử lý, sẽ gây ra các vấn đề như:

• Ô nhiễm không khí, gây ra các vấn đề về sức khỏe đường hô hấp cho con người.

• Gây ra hiệu ứng nhà kính làm tăng sự biến đổi khí hậu toàn cầu.

• Gây ô nhiễm nước và ảnh hưởng đến hệ sinh thái nước.

Câu hỏi 1: 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.

Bài làm chi tiết:

Câu hỏi 2: Phương pháp tách kim loại nào đã được vận dụng trong quá trình sản xuất gang? Giải thích.

Bài làm chi tiết:

Phương pháp được áp dụng trong quá trình sản xuất gang là phương pháp nhiệt luyện. Đó là bởi vì phương pháp nhiệt luyện thích hợp cho các kim loại hoạt động trung bình như Fe, Zn,... và các phản ứng thường xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao, phù hợp với nguyên liệu chính của gang là sắt.