Giải Hóa học 9 Bài 20 giúp các bạn học sinh có thêm nhiều gợi ý tham khảo để trả lời các câu hỏi phần nội dung bài học và câu hỏi cuối bài Hợp kim sắt, gang, thép và SBT Hóa 9 bài 20 thuộc chương 2 Kim loại.
Soạn Hóa 9 bài 20 Hợp kim sắt, gang, thép được biên soạn với các lời giải chi tiết, đầy đủ và chính xác bám sát chương trình sách giáo khoa. Hi vọng đây sẽ là tài liệu cực kì hữu ích hỗ trợ các em học sinh lớp 9 trong quá trình giải bài tập. Ngoài ra các bạn xem thêm nhiều tài liệu khác tại chuyên mục Hóa học 9.
Hoá học 9 Bài 20: Hợp kim sắt: Gang, thép
Giải SGK Hóa 9 Bài 20 trang 63
Câu 1
Thế nào là hợp kim? Thế nào là gang và thép? Nêu thành phần, tính chất, ứng dụng của gang và thép.
Gợi ý đáp án
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 tiết 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 ...)
Câu 2
Hãy cho biết nguyên tắc sản xuất gang và viết các phương trình phản ứng hóa học.
Gợi ý đáp án
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.
Câu 3
Hãy cho biết nguyên tắc luyện gang thành thép và viết các phương trình hóa học.
Gợi ý đáp án
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.
Câu 4
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.
Gợi ý đáp án
Những khí thải trong quá trình luyện gang, thí dụ 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.
SO2 + H2O → H2SO3
H2SO3 tiếp tục bị oxi hóa thành H2SO4.
CO2 + H2O → H2CO3
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 để háp thụ khí CO2.
Câu 5
Hãy lập các phương trình hoá học theo sơ đồ sau đây
a) O2 + 2Mn 
2MnO
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?
Gợi ý đáp án
a) O2 + 2Mn 2MnO
b) Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
c) O2 + Si SiO2
d) O2 + S SO2
Phản ứng xảy ra trong quá trình luyện gang là (b), phản ứng xảy ra trong luyện thép là (a), (c), (d).
Chất oxi hóa là O2, Fe2O3; chất khử là Mn, CO, Si, S.
Câu 6
Tính khối lượng quặng hematit chứa 60% Fe2O3 cần thiết để sản xuất được 1 tấn gang chứa 95% Fe. Biết hiệu suất của quá trình là 80%.
Gợi ý đáp án
Khối lượng Fe có trong 1 tấn gang = 1 x (95/100) = 0,95 tấn.
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
Tỉ lệ: 160 2,56 (tấn)
P.ư: m 0,95
Khối lương Fe2O3, phản ứng: m = (0,95.160)/(2.56) = 1,357 tấn
Vì hiệu suất phản ứng chỉ đạt 80% nên khối lượng thực tế cần là: (1,357.100)/80 = 1,696 tấn.
Fe2O3 chỉ chiếm 60% khối lượng quặng sắt nên khối lượng quặng sắt cần là:
mquặng = (1,969.100)/60 = 2,827 tấn
Giải SBT Hóa 9 Bài 20
Bài 20.1
So sánh hàm lượng các nguyên tố trong gang và thép. Nêu ứng dụng của gang, thép.
Lời giải:
Ứng dụng:
- Gang xám chứa c ở dạng than chì, dùng để đúc các bệ máy, vô lăng.
- Gang trắng chứa ít cacbon hơn và cacbon chủ yếu ở dạng xementit (Fe3C)? được dùng để luyện thép.
- Thép:
+ Thép mềm: làm thép sợi, đinh, bu lông, thép lá.
+ Thép cứng: làm các công cụ, một số kết cấu và chi tiết máy.
+ Thép hợp kim (thép đặc biệt): thép crom-niken dùng làm đồ dùng trong gia đình; thép crom-vanađi dùng làm đường ống, các chi tiết động cơ máy bay và máy nén; thép vonfam được dùng làm những dụng cụ cắt, gọt; thép mangan dùng làm máy nghiền đá, bộ ghi của đường sắt, bánh xe và đường ray tàu hỏa; thép silic chế tạo lò xo, nhíp ô tô...
So sánh hàm lượng các nguyên tố trong gang và thép.
Bài 20.2
Nêu nguyên tắc chung để luyện quặng thành gang. Viết các phương trình hoá học trong quá trình luyện quặng thành gang và luyện gang thành thép.
Lời giải:
Nguyên tắc chung để sản xuất gang: Khử sắt trong oxit bằng CO ở nhiệt độ cao. Trong lò cao, sắt có hoá trị cao bị khử dần đến sắt có hoá trị thấp theo sơ đồ:
Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe
Người ta nạp nguyên liệu vào lò cao thành từng lớp than cốc và lớp quặng (và chất chảy) xen kẽ nhau. Không khí nóng được đưa vào từ phía trên nồi lò đi lên.
Những phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang.
- Phản ứng tạo chất khử co: Không khí nóng được nén vào lò cao, đốt cháy hoàn toàn than cốc: C + O2 → CO2
Khí CO2 đi lên trên, gặp than cốc, bị khử thành CO:
CO2 + C → 2CO
- CO khử sắt trong oxit sắt
3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
FeO + CO → Fe + CO2
Sắt nóng chảy hoà tan một phần C, Si, P và S tạo thành gang.
Những phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện gang thành thép sẽ Không khí giàu oxi hoặc oxi sẽ oxi hoá lần lượt các tạp chất trong gang nóng chảy,
Trước hết, silic và mangan bị oxi hoá:
Si + O2 → SiO2; 2Mn + O2 → 2MnO.
Tiếp đến cacbon, lưu huỳnh bị oxi hoá:
2C + O2 → 2CO; S + O2 → SO2.
Sau đó photpho bị oxi hoá: 4P + 5O2 → 2P2O5
Sau khi các tạp chất trong gang bị oxi hoá hết, sẽ có một phần sắt bị oxi hoá:
2Fe + O2 → 2FeO
Trước khi kết thúc quá trình luyện gang thành thép, cần thêm vào lò một lượng gang giàu mangan nhằm 2 mục đích sau:
- Mn khử sắt (II) trong FeO thành sắt: Mn + FeO → Fe + MnO.
- Gia tăng một lượng nhất định cacbon trong sắt nóng chảy để được loại thép có hàm lượng cacbon như ý muốn.
Bài 20.3
Quặng oxit sắt từ (Fe3O4) chứa 64,15% sắt. Hãy tính lượng gang sản xuất được từ 1 tấn quặng nói trên. Biết rằng, trong lò cao có 2% sắt bị mất theo xỉ và lượng sắt có trong gang là 95%.
Lời giải:
Khối lượng Fe có trong quặng: 1x64,15/100 = 0,6415 tấn
Khối lượng Fe có trong gang: 0,6415 x (100-2)/100 = 0,62867 tấn
Khối lượng gang sản xuất được: 0,62867 x 100/95 ≈ 0,662 tấn
Bài 20.4
Để có 1 tấn thép (98% Fe) cần dùng bao nhiêu tấn quặng hematit nâu (Fe2O3.2H20)? Hàm lượng hematit nâu trong quặng là 80%. Hiệu suất quá trình phản ứng là 93%.
Lời giải:
Khối lượng Fe: 1x98/100 = 0,98 tấn
Trong 196 tấn (Fe2O3.2H2O) có 112 tấn Fe
Trong 0,98 tấn Fe có 1,715 tấn (Fe2O3.2H2O)
Khối lượng quặng: 1,715 x 100/80 = 2,144 tấn
Khối lượng quặng thực tế cần dùng: 2,144 x 100/93 = 2,305 tấn
Bài 20.5
Dùng 100 tấn quặng Fe3O4 để luyện gang (95% sắt). Tính khối lượng gang thu được. Cho biết hàm lượng Fe3O4 trong quặng là 80%. Hiệu suất quá trình phản ứng là 93%.
Lời giải:
Khối lượng Fe3O4: 100 x 80 / 100 = 80 tấn
Trong 232 tấn Fe3O4 có 168 tấn Fe
80 tấn Fe3O4 có y tấn Fe
y = 57,931 (tấn)
Khối lượng Fe để luyện gang: 57,931 x 93/100 = 53,876 tấn
Khối lượng gang thu được: 53,876 x 100 / 95 = 56,712 tấn
Bài 20.6
Cứ 1 tấn quặng FeCO3 hàm lượng 80% đem luyện thành gang (95% sắt) thì thu được 378 kg gang thành phẩm. Tính hiệu suất của quá trình phản ứng.
Lời giải:
Khối lượng FeCO3 có trong quặng: 1.80/100 = 0,8 tấn
Trong 116 kg FeCO3 có 56 kg Fe.
Vậy 800 kg FeCO3 có z kg Fe.
z = 386,207 (kg).
Khối lượng gang tính theo lí thuyết thu được: 386,207 x 100/96 = 406,534kg
H% = 378x100%/406,534 = 92,98%
Lý thuyết Hóa 9 Hợp kim sắt: Gang, thép
1. Hợp kim sắt
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.
a. Gang
- 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.
- Có hai loại gang: gang trắng và gang xám. Gang trắng dùng để luyện thép, gang xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước,...
b. Thép
- 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...
2. Sản xuất gang, thép
a. Sản xuất gang
- Nguyên liệu sản xuất gang là quặng sắt, thí dụ quặng manhetit (chứa Fe3O4), quặng hematit; than cốc (than đã được tinh chế); không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO3,...
- Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.
- 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.
b. Sản xuất thép
- 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,.. Sản phẩm thu được là thép.
- 2Fe + O2 → 2FeO
- FeO + C → Fe + CO
- 2FeCO + Si → 2Fe + SiO2
