Bài 20. Hợp kim sắt: Gang, Thép

\(\approx\)8,84 tấn

Bài 3 :

Ta lấy mỗi kim loại một ít ra làm thuốc thử

+ Đầu tiên nhỏ vài giọt dd NaOH vào 3 mẫu kim loại thì Al sẽ tác dụng

=> PTHH : \(2Al+2NaOH+2H_2O\rightarrow2NaAlO_3+3H_2\)

+ Còn lại 2 kim loại là Ag và Fe ta cho tác dụng với dd axit HCl , thì Fe xảy ra phản ứng :

PTHH : Fe + 2HCl -> FeCl₂ + H₂↑

+ còn lại kim loại khi cho tác dụng với ddHCl mà ko xảy ra p/ứ là Ag.

Bài4 :

* Ứng dụng của gang :

+ Gang xám chứa cacbon ở dạng than chì, đúc bệ máy, vô lăng

+ Gang trắng chứa ít cacbon và cacbon chủ yếu ở dạng xementit (Fe3C) => luyện thép

* Ứng dụng của thép :

+ Thép mềm : làm thép sợi, đinh, bu lông, thép lá

+ Thép cứng : làm các công cụ, 1 số kết cấu và chi tiết máy

Bài 7 :

PTHH : \(Fe+CuSO_4\rightarrow FeSO_4+Cu\)

----------- x------x

Gọi x là số mol p/ứ của Fe

\(m_{kl-tăng}=m_{Cu}-m_{Fe}\)

=> 0,16 = 64x - 56x

=> 0,16 = 8x

=> x = 0,02 (mol)

\(n_{CuSO_4pư}=x=0,02mol;n_{FeSO_4}=x=0,02mol\)

ta có : \(m_{ddCuSO_4}=V.D=56g\)

\(\rightarrow m_{CuSO_4}=\dfrac{C\%.m_{dd}}{100\%}=\dfrac{15\%.56}{100\%}=8,4\left(g\right)\)

\(\rightarrow n_{CuSO_4}=\dfrac{8,4}{160}=0,0525\left(mol\right)\)

\(\rightarrow n_{CuSO_4dư}=0,0525-0,02=0,0325\left(mol\right)\)

Vậy CuSO4 dư, Fe hết.

=> dd sau phản ứng là : FeSO4, CuSO4 dư

\(m_{FeSO_4}=0,02.152=3,04\left(g\right)\)

\(m_{CuSO_4dư}=0,0325.160=5,2\left(g\right)\)

=> \(m_{dd-saupứ}=5+56-\left(5+0,16\right)=55,84\left(g\right)\)

\(\Rightarrow\left\{{}\begin{matrix}C\%_{FeSO_4}=\dfrac{m_{ct}}{m_{dd}}.100\%=\dfrac{3,04}{55,84}.100\%\approx5,44\%\\C\%_{CuSO_4dư}=\dfrac{m_{ct}}{m_{dd}}.100\%=\dfrac{5,2}{55,84}.100\%\approx9,31\%\end{matrix}\right.\)

a)Cu(NO3)2 + Fe -> Fe(NO3)2 + Cu (đk: t^o)

b)Fe + H2SO4 loãng -> FeSO4 + H2

c) ko xảy ra

d)ko xảy ra

1. Sản xuất gang

a) Nguyên liệu sản xuất gang là quặng sắt, thí dụ quặng manhetit (chứa Fe₃0₄), quặng hematit; than cốc (than đã được tinh chế); không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO₃,...

b) Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.

c) Quá trình sản xuất gang trong lò luyện kim (lò cao).

- Phản ứng tạo thành khí CO:

C + O₂ → CO₂

C + CO₂ → 2CO

- Dùng CO khử quặng sắt ở phần thân lò, phần giữa thân lò nhiệt độ khoảng 500-600⁰C

3CO + Fe₂0₃ 2Fe + 3C0₂

4CO + Fe₃0₄ 3Fe + 4C0₂

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

- Phản ứng tạo xỉ: ở phần bụng lò, nhiệt độ khoảng 1000⁰C

Đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO₂ có trong quặng tạo thành xỉ.

CaCO₃ CaO + CO₂

CaO + SiO₃ → CaSiO₃

Xỉ nhẹ nổi lên trển và được đưa ra ở cửa tháo xỉ.

2. Sản xuất thép

a) Nguyên liệu sản xuất thép:

+ Gang trắng hoặc gang xám, sắt phế liệu

+ Chất chảy: CaO

+ Dầu mazut hoặc khí đốt

+ Khí oxi

b) Nguyên tắc sản xuất thép: Oxi hóa các tạp chất C, S, Si, Mn,…, có trong gang thành oxi rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.

c) Các phương pháp luyện thép

* Phương pháp Bet-xơ-me: Quá trình luyện thép được thực hiện trong lò Bet-xơ-me

- Oxi nén dưới áp suất 10atm được thổi trên bề mặt và trong lòng gang nóng chảy, do vậy oxi đã oxi hóa rất mạnh những tạp chất trong gang và thành phần các chất trong thép được trộn đều.

- Ngày nay có khoảng 80% thép được sản xuất bằng phương pháp này.
- Ưu điểm:

+ Các phản ứng xảy ra bên trong khối gang tỏa rất nhiều nhiệt

+ Thời gian luyện thép ngắn

+ Lò cỡ lớn có thể luyện được 300 tấn thép trong thời gian 45 phút.

Thổi oxi vào gang nóng chảy thì các tạp chất bị oxi hóa:

- C và S chuyển thành khí CO₂, SO₂ thoát khỏi gang:

C + O₂ CO₂

S + O₂ SO₂

- Si và P chuyển thành oxit axit là SiO₂ và P₂O₅ khó bay hơi:

Si + O₂ SiO₂

P + O₂ P₂O₅

SiO₂, P₂O₅ sẽ tác dụng với CaO tạo CaSiO₃, Ca₃(PO₄)₂. Các muối sinh ra dễ nóng chảy, nhẹ hơn thép lỏng, nổi lên trên, được tách ra

3CaO + P₂O₅ Ca₃(PO₄)₂

CaO + SiO₂ CaSiO₃

mdd CuSO4 = 50 . 1,12 = 56 g

=> nCuSO4 = 56. 15% / 160 = 0,0525 mol

m kim loại tăng = 0,16 g

PTHH: Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Cu

x........x............x...............x

m kim loại tăng = 64x - 56x = 0,16

-> x = 0,02

-Dd sau pư bao gồm: CuSO4 dư (0,0525 - 0,02 = 0,0325 mol); FeSO4 (0,02 mol)

-Khối lượng kim loại tăng -> Khối lượng dd giảm

=>mdd sau pư = 56 - 0,16 = 55,84 g

=> C% dd CuSO4 dư =(0,0325 . 160 . 100% ) : 55,84 = 9,31%

C% dd FeSO4 = (0,02 . 152 . 100%) : 55,84 = 5,44%

Vậy ...

m_CuSO4(dd) = 50 . 1,12 = 56 g => m_CuSO4 = \(\dfrac{56.15}{100}\)= 8,4 g

=>n_CuSO4 = \(\dfrac{8,4}{160}\)= 0,0525 mol

n_Fe = \(\dfrac{5}{56}\)= 0,089 mol

Fe + CuSO₄ -> FeSO₄ + Cu

0,089(dư);0,0525(hết) -> 0,0525 mol

=>C%(FeSO₄) = \(\dfrac{0,0525.152}{5+0,16+8,4}\).100% \(\approx\) 58,85%