Hóa học 12 Bài 33: Hợp kim của sắt

Hóa học 12 Bài 33: Hợp kim của sắt được biên soạn chi tiết, chính xác, đầy đủ các bài tập trong sách giáo khoa trang 151. Đồng thời nắm vững kiến thức lý thuyết về hợp kim của sắt.

Giải bài tập Hóa 12: Hợp kim của sắt giúp các bạn học sinh có thể so sánh với kết quả mình đã làm, củng cố, bồi dưỡng và kiểm tra vốn kiến thức của bản thân. Đồng thời còn giúp phụ huynh có thêm tài liệu để hướng dẫn con em học tốt hơn ở nhà. Vậy sau đây là nội dung chi tiết tài liệu, mời các bạn lớp 12 cùng tham khảo tại đây.

Lý thuyết Hóa 12 bài 33: Hợp kim của sắt

1. Gang

Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó C chiếm 2 – 5% về khối lượng, ngoài ra còn một lượng nhỏ các nguyên tố khác Si, Mn, S, …

Phân loại:

+ Gang trắng: chứa C ở dạng than chì, dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cánh cửa

+ Gang xám: chứa ít C hơn và C chủ yếu ở dạng xementit (Fe3C), được dùng để luyện thép

Nguyên tắc luyện gang: khử oxit sắt trong quặng bằng than cốc trong lò cao thành sắt.

Nguyên liệu: quặng sắt oxit ( thường là quặng hemantit đỏ), than cốc và chất chảy

(CaCO₃ và SiO­₂)

Các phương trình hóa học:

Tạo chất khử C + O₂ → CO₂ và C + CO₂ → 2CO.

Quá trình khử: Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe.

Loại tạp chất trong quặng : CaCO₃ → CaO + CO₂

CaO + SiO­₂ → CaSiO₃

2. Thép

Là hợp kim của sắt với C trong đó C chiếm 0,01 – 2% về khối lượng.

Phân loại:

+ Thép thường ( thép cacbon)

Thép mềm chứa không quá 0,1%C; dễ gia công, được dùng kéo sợi hay cán thành thép lá dùng trong vật dụng đời sống và xây dựng

+ Thép cứng: chứa trên 0,9%C dùng để chế tạo công cụ, chi tiết máy

+ Thép đặc biệt: cho thêm vào thép 1 số nguyên tố làm thép có tính chất đặc biệt

Thép chứa 13%Mn rất cứng, được dùng làm máy nghiền đá

Thép chứa khoảng 20% Cr và 10% Ni rất cứng, không gỉ, dùng làm dụng cụ gia đình, y tế

Thép chứa khoảng 18% W và 5% Cr rất cứng, dùng để chế tạo máy cắt, gọt,..

Nguyên tắc luyện gang thành thép: loại bỏ phần lớn các nguyên tố C, Si,Mn, S,… ra khỏi gang bằng cách oxi hóa chúng và chuyển thành xỉ.

Các phương trình hóa học :

C + O₂ → CO₂; S + O₂ → SO₂

Si + O₂ → SiO₂; 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ (xỉ)

CaO + SiO₂ → CaSiO₃; 3CaO + P₂O₅ → Ca₃(PO₄)₂ (xỉ).

Phương pháp luyện thép: phương pháp Bet-xơ-me (lò thổi oxi) ; phương pháp Mac-tanh (lò bằng) ; phương pháp lò điện.

Gang và thép được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp và đời sống.

Giải bài tập Hóa 12 bài 33 trang 151

Bài 1

Nêu những phản ứng chính xảy ra trong lò cao.

Gợi ý đáp án

Các phản ứng xảy ra trong lò cao:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂.

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂.

FeO + CO → Fe + CO₂.

CaCO₃ → CaO + CO₂.

CaO + SiO₂ → CaSiO₃.

C + CO₂ → 2CO.

C + O₂ → CO₂.

Bài 2 

Nêu các phương pháp luyện thép và cho biết ưu điểm, nhược điểm của mỗi phương pháp.

Gợi ý đáp án

Các phương pháp luyện thép:

Phương pháp Bet-xơ-me:

+ Phương pháp Bet-xơ-me luyện thép trong lò thổi có hình quả lê, vỏ ngoài bằng thép, bên trong là lát gạch chịu lửa đi -nat. Luồng không khí mạnh thổi vào gang lỏng, đốt cháy các tạp chất trong gang tạo thành thép trong thời gian ngắn.

+ Nhược điểm của phương pháp Bet-xơ-me là không luyện được thép từ gang chứa nhiều photpho và không luyện được thép có thành phần theo ý muốn.

Phương pháp Mac-tanh:

+ Quá trình luyện thép kéo dài 6 – 8 giờ nên người ta có thể phân tích được sản phẩm và cho thêm những chất cần thiết để chế được các loại thép có thành phần mong muốn.

• Phương pháp lò điện:

+ Nhiệt lượng sinh ra trong lò hồ quang điện giữa các điện cực bằng than chì và của gang lỏng tạo ra nhiệt độ cao hơn và dễ điều chỉnh hơn so với các loại lò trên.

+ Phương pháp lò điện có ưu điểm là luyện được những loại thép đặc biệt mà thành phần có những kim loại khó nóng chảy như vonfam, molipđen, crom, … và không chứa những tạp chất có hại như lưu huỳnh, photpho.

+ Nhược điểm của lò điện là dung tích nhỏ.

Bài 3

Một loại quặng sắt trong tự nhiên đã được loại bỏ tạp chất. Hòa tan quặng này trong HNO₃ thấy có khí màu nâu bay ra, dung dịch thu được cho tác dụng với Ba thấy có kết tủa trắng không tan trong axit mạnh. Loại quặng đó là:

A. Xiderit.

B. Hemantit.

C. Manhetit.

D. Pirit sắt.

Gợi ý đáp án

Đáp án D.

Bài 4 

Để khử hoàn toàn 17,6 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ đến Fe thì cần đủ 2,24 lít CO (đktc). Khối lượng sắt thu được là:

A. 15g

B. 16g

C. 17g

D. 18g

Gợi ý đáp án

Đáp án B.

Gọi x là số mol của FeO, y là số mol Fe₃O₄, z là số mol Fe₂O₃, t là số mol Fe

Ta có 17,6 = 72x + 232y + 160z + 56t (1)

Fe₂O₃ + 3CO 2Fe + 3CO₂

z 3z 2z (mol)

Fe₃O₄ + 4CO 4CO₂ + 3Fe

y 4y 3y (mol)

FeO + CO CO₂ + Fe (mol)

x x x

Ta có x + 4y + 3z = 0,1

Khối lượng Fe là m = 56(x + 3y + 2z + t)

Từ (1) ta có 17,6 = 56(x + 3y + 2z + t) + 16(x + 4y + 3z)

17,6 = m + 16.0,1

=> m = 16

Bài 5 

Nung một mẫu thép thường có khối lượng 10 g trong O₂ dư thu được 0,1568 lít khí CO₂ (đktc).Thành phần % theo khối lượng của cacbon trong mẫu thép đó là bao nhiêu?

A. 0,82%.

B. 0,84%.

C. 0,85%.

D. 0,86%.

Gợi ý đáp án

Đáp án B.

n_C = n_CO2 = 0,1568 / 22,4 = 0,007 mol.

m_C = 12.0,007 = 0,084 (g)

%m_C = 0,084 / 10 x 100 = 0,84.

Bài 6 

Cần bao nhiêu tấn quặng manhetit chứa 80% Fe₃O₄ để có thể sản xuất được 800 tấn gang có hàm lượng sắt là 95%. Biết rằng trong quá trình sản xuất, lượng sắt bị hao hụt là 1%.

Gợi ý đáp án

Khối lượng sắt có trong tấn gang chứa 95% sắt là: 800 x 95 / 100 = 760 (tấn)

Khối lượng sắt thực tế cần phải có là: 760 x 100 / 99 = 767,68 (tấn)

Có Fe₃O₄ → 3Fe

232 tấn Fe₃O₄ tạo ra 3 x 56 = 168 tấn Fe.

Muốn có 767,68 tấn sắt, cần 767,68 x 232 / 168 = 1060,13 tấn Fe₃O₄

Khối lượng quặng manhetit cần dùng là: 1060,13 x 100 / 80 = 1325,163 (tấn)