Hợp kim của Sắt: Gang, Thép là gì? Sản xuất Gang Thép như thế nào và ứng dụng – Hóa 9 bài 20

Như các em đã biết, Sắt là một trong những kim loại quan trọng, rất phổ biến và được ứng dụng nhiều trong thực tế. Đặc biệt, các hợp kim của sắt là gang và thép được sản xuất và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhiều công ty và tập đoàn sản xuất thép như: Tổng công ty thép Việt Nam, Tập đoàn Hòa Phát, Công ty thép POMINA, Công ty thép Việt Nhật,…

Vậy Gang là gì? Thép là gì? Gang, thép được sản xuất như thế nào? có ứng dụng gì? chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết này.

I. Hợp kim của Sắt

Bạn đang xem: Hợp kim của Sắt: Gang, Thép là gì? Sản xuất Gang Thép như thế nào và ứng dụng – Hóa 9 bài 20

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

1. Gang là gì?

– Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2-5%, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như Si, Mn, S,… Gang cứng và giòn hơn sắt.  

2. Thép là gì?

– Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%. Thép có nhiều tính chất lí, hóa quý hơn sắt. Thép được dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo máy, dụng cụ lao động,…

II. Sản xuất Gang, Thép

1. Sản xuất Gang như thế nào?

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: 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

– Phản ứng khử oxit sắt thành sắt.

 3CO + Fe₂O₃  2Fe + 3CO₂

Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon tạo thành gang.

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

 CaO + SiO₃  CaSiO₃

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

2. Sản xuất Thép như thế nào?

– Nguyên liệu: sản xuất thép là gang, sắt phế liệu, khí oxi.

– Nguyên tắc: sản xuất thép là oxi hóa một số kim loại, phi kim để loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố cacbon, silic, mangan,…

– Quá trình: luyện thép được thực hiện trong lò Bet-xơ-me. Khí oxi oxi hóa các nguyên tố trong gang như C, Mn, Si,..

II. Bài tập Hợp kim của sắt: Gang, Thép

* Bài 1 trang 63 SGK Hóa 9: 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 là 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 trang 63 SGK Hóa 9: 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 trang 63 SGK Hóa 9: 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 trang 63 SGK Hóa 9: 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 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 do có phản ứng.

 CO₂ + H₂O → H₂CO₃

 SO₂ + H₂O → H₂SO₃

– Sau đó H₂SO₃ tiếp tục bị oxi hóa thành H₂SO₄ theo phản ứng:

 2H₂SO₃ + O₂ → 2H₂SO₄

+ 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 (cây xanh) để hấp thụ khí CO₂.

* Bài 5 trang 63 SGK Hóa 9: Hãy lập các phương trình hoá học theo sơ đồ sau đây:

a) O₂ + Mn  MnO

b) Fe₂O₃ + CO  Fe + CO₂

c) O₂ + Si  SiO₂

d) O₂ + S  SO₂

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:

– Các phản ứng trong quá trình luyện GANG là:

b) Fe₂O₃ + 3CO  2Fe + 3CO₂

– Các phản ứng trong quá trình luyện THÉP là:

a) O₂ + 2Mn  2MnO

c) O₂ + Si  SiO₂

d) O₂ + S  SO₂

– Các chất oxi là: Fe₂O₃, O₂.

– Các chất khử là: CO, Mn, Si, S.

* Bài 6 trang 63 SGK Hóa 9: 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 nên khối lượng Fe là:

 Fe₂O₃ + 3CO  2Fe + 3CO₂

 160kg Fe₂O₃ tạo ra 2.56kg Fe

 x kg Fe₂O₃ tạo ra 950 kg Fe

Nên khối lương Fe₂O₃ tham gia phản ứng là:

– Vì hiệu suất chỉ đạt 80% nên khối lượng Fe₂O₃ thực tế cần dùng là:

– Nên khối lượng quặng hematit chứa 60% Fe₂O₃ cần dùng là:

Như vậy, với bài viết về hợp kim của sắt: gang và thép các em cần ghi nhớ một số ý chính như sau:

– 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,…; Gang được luyện trong lò cao bằng cách dùng khí CO khử oxit sắt.

– Thép là hợp kim sắt của cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%. Thép được luyện trong lò luyện thép bằng cách oxi hóa một số nguyên tố có trong gang như C, Mn, Si, S, P,…

» Mục lục bài viết SGK Hóa 9 Lý thuyết và Bài tập

» Mục lục bài viết SGK Vật lý 9 Lý thuyết và Bài tập

Giáo Dục