Giải SBT Hóa 9 Bài 20: Hợp kim sắt: Gang, thép

Mục lục Giải SBT Hóa 9 Bài 20: Hợp kim sắt: Gang, thép

Bài 20.1 trang 25 SBT Hóa 9: So sánh hàm lượng các nguyên tố trong gang và thép. Nêu ứng dụng của gang, thép.

Lời giải:

HỢP KIM	THÀNH PHẦN KHÁC
	CACBON	CÁC NGUYÊN TỐ KHÁC
Gang	2 – 5%	1 – 3,1% là các nguyên tố P, Si, S và Mn; còn lại là Fe.
Thép	Dưới 2%	Dưới 0,8% là S, P và Mn và dưới 0,5% là Si; còn lại là Fe.
Thép đặc biết	Dưới 2%	Ngoài nguyên tố có sẵn như thép thường, còn có thêm các nguyên tố được đưa vào là Cr, Ni, Mo, V, W, Mn,…

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) nên 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.

Bài 20.2 trang 25 SBT Hóa 9: 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 $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂

Khí CO₂ đi lên trên, gặp than cốc, bị khử thành CO :

CO₂ + C $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO

- CO khử sắt trong oxit sắt

3Fe₂O₃ + CO $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO $\stackrel{t^o}{\to }$ 3FeO + CO₂

FeO + CO $\stackrel{t^o}{\to }$ 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.

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 $\stackrel{t^o}{\to }$ SiO₂ ; 2Mn + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2MnO.

- Tiếp đến cacbon, lưu huỳnh bị oxi hoá:

2C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO ; S + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 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 $\stackrel{t^o}{\to }$ 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 $\stackrel{t^o}{\to }$ 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 trang 25 SBT Hóa 9: 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: $\frac{1.\mathrm{64,15}}{100}$ = 0,6415 tấn

Khối lượng Fe có trong gang: $\frac{\mathrm{0,6415.}\left(100-2\right)}{100}$ = 0,62867 tấn

Khối lượng gang sản xuất được:  ≈ 0,662 tấn

Bài 20.4 trang 25 SBT Hóa 9: Để có 1 tấn thép (98% Fe) cần dùng bao nhiêu tấn quặng hematit nâu (Fe₂O₃.2H₂O) ? Hàm lượng hematit nâu trong quặng là 80%. Hiệu suất quá trình phản ứng là 93%.

Lời giải:

Khối lượng Fe: $\frac{1.98}{100}$= 0,98 tấn

Trong 196 tấn (Fe₂O₃.2H₂O) có 112 tấn Fe

Trong 0,98 tấn Fe cần $\frac{\mathrm{0,98.112}}{196}$ = 1,715 tấn (Fe₂O₃.2H₂O)

Khối lượng quặng: $\frac{\mathrm{1,715.100}}{80}$= 2,144 tấn

Khối lượng quặng thực tế cần dùng:

$\frac{\mathrm{2,144}.100}{93}$ = 2,305 tấn

Bài 20.5 trang 25 SBT Hóa 9: 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: $\frac{100.80}{100}$ = 80 tấn

Trong 232 tấn Fe₃O₄ có 168 tấn Fe

80 tấn Fe₃O₄ có y tấn Fe

→ y$=\frac{80.168}{232}$ = 57,931 (tấn)

Khối lượng Fe để luyện gang:

$\frac{\mathrm{57,931.}93}{100}$ = 53,876 tấn

Khối lượng gang thu được:

$\frac{\mathrm{53,876}.100}{95}$= 56,712 tấn

Bài 20.6 trang 26 SBT Hóa 9: 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 = 800kg

Trong 116 kg FeCO₃ có 56 kg Fe.

Vậy 800 kg FeCO₃ có z kg Fe.

→ z  $=\frac{800.56}{116}$= 386,207 (kg).

Khối lượng gang tính theo lí thuyết thu được:

$\frac{\mathrm{386,207}.100}{96}$= 406,534 kg

H% = $\frac{378}{\mathrm{406,534}}.100\%$ = 92,98%