GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ- KHOA HỌC TỰ NHIÊN 9- KẾT NỐI TRI THỨC-BÀI 20-TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG KIM LOẠI

Nhận giáo án đầy đủ liên hệ qua: Zalo: 0932.99.00.90 Facebook: https://www.facebook.com/thayhoangoppa Nhận giáo án đầy đủ liên hệ qua: Zalo: 0932.99.00.90 Facebook: https://www.facebook.com/thayhoangoppa Nhận giáo án đầy đủ liên hệ qua: Zalo: 0932.99.00.90 Facebook: https://www.facebook.com/thayhoangoppa Nhận giáo án đầy đủ liên hệ qua: Zalo: 0932.99.00.90 Facebook: https://www.facebook.com/thayhoangoppa

CHÀO MỪNG CÁC EM HỌC SINH

Chọn 1 ô chữ, tham gia trả lời câu hỏi để điền vào ô chữ, hoàn tất các câu hỏi để tìm

Giải mã ô chữ

g i l b e r t

u i

d

u

n e

a l

k

p p

t

u m o

p

r x

a y

n

Câu số 2

Đáp án là

Cho 4,8 gam kim loại M có hóa trị II vào dung dịch HCl dư , thấy thoát ra 4,958 lít khí hydrogen (ở đkc) Vậy kim loại M là :

e n

g a

a

b m

u l

P

p p

o C

g o

r d

y H

t t

ế K

Ludwig Wilhelm Gilbert, người đã đầu tiên nêu ý tưởng này vào năm

1893 Tuy nhiên, bảng dãy hoạt động hóa học cũng được phát triển và mở rộng qua nhiều thập kỷ sau đó do nhiều nhà khoa học khác nhau, bao gồm cả Gilbert.

Bài 20:

TÁCH KIM LOẠI

VÀ VIỆC SỬ DỤNG

KIM LOẠI

MỤC TIÊU

- Nêu được phương pháp tách kim loại theo mức độ hoạt động hoá học của chúng.

- Trình bày được quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng, như:

+ Tách sắt ra khỏi iron (III) oxide bởi carbon oxide;

+ Tách nhôm ra khỏi aluminium oxide bởi phản ứng điện phân;

+ Tách kẽm khỏi zinc sulfide bởi oxygen và carbon (than).

- Nêu được khái niệm hợp kim.

- Giải thích vì sao trong một số trường hợp thực tiễn, kim loại được sử dụng dưới dạng hợp kim Nêu được thành phần, tính chất đặc trưng của một số hợp kim phổ biến, quan trọng, hiện đại.

- Trình bày được các giai đoạn cơ bản của quá trình sản xuất gang; quá trình sản xuất thép.được khái niệm hợp kim.

- Giải thích vì sao trong một số trường hợp thực tiễn, kim loại được sử dụng dưới dạng hợp kim.

- Nêu được thành phần, tính chất đặc trưng của một số hợp kim phổ biến, qnan trọng, hiện đại.

- Trình bày được các giai đoạn cơ bản của quá trình sản xuất gang; quá trình sản xuất thép

Kim loại được sử dụng rộng rãi trong đời sống Chúng được tách từ nguồn nguyên liệu nào và sản xuất bằng

cách nào?

NỘI DUNG BÀI HỌC

PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

- Trong tự nhiên, kim loại chủ yếu tồn tại ở trong quặng dưới dạng hợp chất như oxide, muối.

- Ví dụ: aluminium oxide là thành phần chủ yếu trong quặng bauxite; iron(III) oxide là thành phần chủ yếu trong quặng hematite; zinc sulfide là thành phần chủ yếu trong quặng sphalerite.

- Một số kim loại quý như vàng có thể tồn tại dưới dạng đơn chất trong các hạt nhỏ li ti, nằm lẫn trong đất, cát.

Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim

loại từ quặng.

Câu hỏi và bài tập

Các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng:

- Từ các quặng kim loại, người ta làm giàu quặng bằng cách loại bỏ các tạp chất như đất, cát, đá …

- Sau đó, tuỳ thuộc vào mức độ hoạt động hoá học của kim loại,

có thể lựa chọn phương pháp hoá học phù hợp để tách kim loại

ra khỏi hợp chất của nó.

Lời giải

Phương pháp điện phân nóng chảy

Điều chế

Tất cả

Kim loại hoạt động mạnh như Na, K, Ba, Ca…

Phương pháp nhiệt luyện

Phương pháp nhiệt luyện

C CO

H 2

Kim loại hoạt động

Chất khử

Phương pháp thủy luyện

Điều chế

Kim loại hoạt động yếu như:

Ag,Au…

Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động mạnh như K, Na, Al, …?

Câu hỏi và bài tập

Phương pháp điện phân nóng chảy thường được dùng để tách các kim loại hoạt động mạnh như K, Na, Al, …

Lời giải

Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động trung bình như Zn, Fe?

Câu hỏi và bài tập

Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim loại hoạt động trung bình như Zn, Fe.

Lời giải

1 Trong công nghiệp, phương pháp nào được sử dụng để sản xuất nhôm?

2 Nguyên liệu để sản xuất nhôm là gì?

Hoạt động nhóm:

Phương pháp điện phân nóng chảy

Quặng bauxite (thành phần chủ yếu là

aluminium oxide)

1 Tách nhôm ra khỏi aluminium oxide bằng phản ứng điện phân

Quặng bauxite

Quá tình sản xuất nhôm từ quặng bauxite

1 Tách nhôm ra khỏi aluminium oxide bằng phản ứng điện phân

VIDEO mô hình sản xuất nhôm

Sơ đồ thùng điện phân nóng chảy bauxite

Nhôm lỏng

Al2O3 và Na3AlF6

1 Nguyên liệu: Quặng bauxite (Al2O3.2H2O)

2 Điện phân aluminium oxide nóng chảy

2Al 2 O 3 điện phân nóng chảy 4Al + 3O 2

3 Vai trò của cryolite (Na3AlF6 hay 3NaF.AlF3)

Hạ to

nc của Al2O3 Tăng tính dẫn điện.

Bảo vệ nhôm mới sinh.

SẢN XUẤT NHÔM

1 Tách nhôm ra khỏi aluminium oxide bằng phản ứng điện phân

Nguy cơ làm thay đổi môi trường sinh thái, tàn phá môi trường mạnh nhất, đặc biệt là thảm động thực vật và gây xói mòn.

Khi khai thác và sử dụng quặng bauxite để sản xuất nhôm, trong quá trình này

có gây ảnh hưởng gì đến môi trường xung quanh không?

Hồ chứa bùn đỏ từ việc khai thác quặng bauxite của nhà máy sản xuất nhôm Ajkai Timfolgyar bị vỡ, gần cả triệu m3 bùn độc tràn xuống khu vực bên dưới, gây ra thảm hoạ môi trường nghiêm trọng, khiến 7 người thiệt mạng và khoảng 150 người bị thương

Iron (III) oxide (Fe2O3) khí carbon monoxide (CO)

phản ứng với

ở nhiệt độ cao

Để tách sắt ra khỏi hợp chất iron (III) oxide:

Phương trình hoá học: Fe2O3 + 3CO ՜ t

0

2Fe + 3CO2

2 Tách sắt ra khỏi iron (III) oxide

Hoạt động nhóm:

3 Tách kẽm ra khỏi zinc sulfide

1 Người ta đã dùng phương pháp nào để tách Zn từ zinc sulfide?

2 Viết phương trình hoá học xảy ra.

Phương pháp nhiệt luyện

0

3 Tách kẽm ra khỏi zinc sulfide

* Cho ZnO phản ứng với C ở nhiệt độ cao thu được kẽm.

Phương trình hoá học: ZnO + C ՜t

0

Zn + CO

Hoạt động nhóm:

Hãy chỉ ra điểm giống nhau và khác nhau trong quá

trình tách kẽm và tách sắt đã nêu ở trên.

- Điểm giống nhau: phương pháp sử dụng để tách kẽm và sắt đều là

phương pháp nhiệt luyện.

- Điểm khác nhau:

+ Tách sắt từ quặng trải qua một giai đoạn dùng CO tác dụng với Fe2O3 + Tách kẽm từ quặng trải qua hai giai đoạn: đốt quặng để chuyển ZnS trong quặng thành ZnO; sau đó dùng CO tác dụng với ZnO.

Lời giải

HỢP KIM III.

VIDEO

- Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại

cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.

- Kim loại cơ bản là kim loại chiếm thành phần chính trong hợp kim.

- Ví dụ: thép có kim loại cơ bản là sắt, đuy-ra (duralumin)

có kim loại cơ bản là nhôm,

1 Khái niệm hợp kim

Hợp kim có những đặc điểm của những đơn chất nhưng tính chất tăng hoặc giảm phụ thuộc vào

những đơn chất kết hợp tạo thành.

kim loại nguyên chất thì có phần giảm hơn

vì khi hai hay nhiều nguyên tố kết hợp với

nhau sẽ làm giảm mật độ electron tự do.

tạo mạng tinh thể chắc chắn hơn

chất như chống gỉ, chịu ma sát, tính dẻo…

base hoặc các xác tác khác.

Thành phần, tính chất của kim loại và hợp kim của nó khác nhau như thế nào? Tại sao trong thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim Lấy ví dụ minh

hoạ.

Câu hỏi và bài tập

Lời giải

- Về thành phần:

+ Kim loại nguyên chất được cấu tạo nên từ một loại nguyên tố hoá học

+ Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kimloại hoặc phi kim khác Kim loại cơ bản là thành phần chính có trong hợp kim

- Về tính chất: Hợp kim cứng hơn, bền hơn so với kim loại nguyên chất

* Hợp kim thường có nhiều ưu điểm vượt trội so với kim loại nguyên chất về độcứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ sét, phù hợp với nhiều ứng dụng do đótrong thực tiễn kim loại thường được sử dụng dưới dạng hợp kim

Ví dụ: Gang và thép là hai hợp kim quan trọng của sắt với carbon và một số nguyên

tố khác Hiện nay chúng là những vật liệu kim loại phổ biến nhất trên thế giới

- Hợp kim thường có nhiều ưu điểm vượt trội so

với kim loại nguyên chất về độ cứng, độ bền, khả

năng chống ăn mòn và gỉ sét, phù hợp với nhiều

ứng dụng Do đó, chúng được sử dụng phổ biến trong đời sống và trong công nghiệp.

2 Ưu điểm của hợp kim

Nhược điểm:

• Chi phí: Sản xuất hợp kim có thể đòi hỏi các quy trình phức tạp hơn so

với kim loại tinh khiết, dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn Điều này làm chosản phẩm hợp kim thường có giá thành cao hơn so với các loại kim loạikhác

• Khó tái chế: So với kim loại tinh khiết, tái chế và làm mới hợp kim có

thể khó khăn hơn do quá trình kết hợp của các kim loại khác nhau Việc táichế hợp kim yêu cầu quy trình phức tạp và tốn kém hơn, gây ra ảnh hưởngtiêu cực vào môi trường

• Dễ bị ăn mòn: Một số hợp kim có thể dễ bị ăn mòn hơn so với kim loại

tinh khiết, đặc biệt khi nằm trong môi trường ẩm ướt hoặc phụ thuộc vàoloại ăn mòn

Ví dụ

✓ Chế tạo các chi tiết của phương tiện giao thông như ô tô, tàu hỏa, tàu biển, máy bay.

✓ Vỏ vệ tinh nhân tạo, chi tiết khinh khí cầu

✓ Cửa sổ, cửa chính, bàn ghế, thau, chậu, dụng cụ bếp.

✓ Các chi tiết của điện thoại, laptop, CPU

Hợp kim nhôm

Ví dụ

✓ Vật liệu trong công trình xây dựng, cầu đường, đường ray xe lửa…

✓ Đồ dùng gia đình: bàn ghế, cửa, cổng, cầu thang, lan can, tủ kệ…

✓ Chế tạo máy móc, chi tiết, phụ kiện, bulong, con tán

✓ Dùng làm khuôn bọng, dao cụ

Hợp kim sắt

- Rất cứng và giòn

- Luyện thép - Đúc bệ máy, ống nước,…

- Chứa nhiều Si và cacbon (chủ yếu ở dạng than chì)

- Kém cứng và kém giòn

Ứng

dụng

3 Một số hợp kim phổ biến

- Là hợp kim của sắt chứa từ

0,001 – 2% khối lượng cacbon

cùng với một số nguyên tố

khác (Si, Mn, Cr, Ni )

Vỏ đồng hồ bằng thép

3 Một số hợp kim phổ biến

Theo em có những loại thép nào trong

cuộc sống?

Thép thường (hay thép cacbon):

– Thép mềm: chứa không quá 1%C Dễ gia công, kéo sợi, cán

thành thép lá Dùng chế tạo vật dụng trong đời sống và xây dựng nhà cửa

3 Một số hợp kim phổ biến

– Thép cứng: chứa trên 0,9%C; được dùng để chế tạo các

công cụ, các chi tiết máy như các vòng bi, vỏ xe bọc thép

3 Một số hợp kim phổ biến

– Thép đặc biệt chứa 13% Mn, rất cứng.

Máy nghiền đá

3 Một số hợp kim phổ biến

– Inox là một loại thép đặc biệt chứa khoảng 20%Cr

và 10% Ni, rất cứng, không gỉ.

3 Một số hợp kim phổ biến

– Thép đặc biệt chứa khoảng 18%W và 5%Cr, rất cứng.

Máy phay đứng

3 Một số hợp kim phổ biến

Đuy-ra (duralumin)

- Là hợp kim của nhôm với đồng, manganese, magnesium,

- Nhẹ tương đương nhôm nhưng bên và cứng hơn nhiều, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô,

3 Một số hợp kim phổ biến

Gang, thép, đuy – ra có thành phần và tính chất đặc trưng gì? Tại sao các hợp kim này được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và cuộc sống?

Câu hỏi và bài tập

Lời giải

- Gang và thép là hai hợp kim quan trọng của sắt với carbon và một số nguyên tốkhác (carbon chiếm hàm lượng từ 2% - 5% trong gang và dưới 2% trong thép).Thép có nhiều ưu điểm hơn sắt về độ cứng, độ đàn hồi, khả năng chịu lực nên được

sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng, giao thông Gang cứng và giòn hơnthép, thường được dùng để đúc các chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống, …

- Đuy – ra (duralumin) là hợp kim của nhôm với đồng, manganese, magnesium …Đuy – ra nhẹ tương đương với nhôm nhưng bền và cứng hơn nhiều, được dùng làmvật liệu chế tạo máy bay, ô tô …

- Gang, thép, đuy – ra nói riêng hay các hợp kim nói chung có nhiều ưu điểm vượttrội so với kim loại nguyên chất về độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉsét, phù hợp với nhiều ứng dụng do đó được sử dụng phổ biến trong công nghiệp vàcuộc sống

Bảng 1.Thành phần, tính chất và ứng dụng của một số hợp kim phổ biến

Gang

Chủ yếu là sắt, 2% - 5%

carbon và một số nguyên tố khác

Có độ cứng và độ bền tương đối cao, dẫn nhiệt tốt

Sản xuất bếp, lò nướng hoặc lò hơi, chi tiết máy móc, bánh răng,

Dẻo và cứng Làm vật liệu xây dựng,

chế tạo các vật dụng trong đời sống,

Duralumin Hợp kim của nhôm với

Cu, Mg, Mn,

Nhẹ và bền Chế tạo vỏ máy bay,

phụ tùng xe đạp,

SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP

Sản xuất gang như thế nào?

❖Nguyên liệu :

- Quặng sắt trong tự nhiên

- Than cốc (cung cấp nhiệt cháy, tạo ra CO, tạo

thành gang)

❖Nguyên tắc:

- Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong

lò luyện kim (lò cao)

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

a Quá trình sản xuất gang

Mô tả các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang Viết phương trình hoá học của các phản ứng.

Hoạt động nhóm:

Nguyên liệu

Thổi không khí đã làm giàu oxygen và sấy nóng tại ~900 o C

(1) C +O 2 → CO 2 H<0

(2) CO 2 + C → 2CO H>0

COCO CO

Tại sao khi bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được

thép?

Hoạt động nhóm:

Lời giải

Do hàm lượng carbon trong thép ít hơn hàm lượng carbon trong gang (carbon chiếm hàm lượng từ 2% - 5% trong gang và dưới 2% trong thép) do đó khi bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép.

khí

Không khí

Khí thải trong sản xuất gang, thép thường chứa các khí gì? Em hãy tìm hiểu và cho biết nếu các khí này được đưa thẳng ra ngoài môi trường mà không qua xử lí thì sẽ gây ảnh hưởng như thế nào tới môi trường sống.

Hoạt động nhóm:

Lời giải

Khí thải trong sản xuất gang, thép thường chứa carbon dioxide (CO2); sulfur dioxide (SO2) … Nếu các khí này được đưa thẳng ra ngoài môi trường mà không qua xử lí thì sẽ gây ô nhiễm môi trường, gây mưa acid, gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính …

Theo em thép được sản xuất như thế nào?

VIDEO Sản Xuất Gang Thép Tại Khu Liên Hợp Gang Thép Hòa Phát

VIDEO 2

❖ Các phương pháp luyện thép

Phương pháp Betxơme:

Luyện thép trong lò thổi hình quả lê, vỏ ngoài bằng thép, bên trong lót gạch chịu lửa nát Luồng không khí mạnh thổi vào gang lỏng, đốt cháy tạp chất trong gang tạo thànhthép trong thời gian ngắn

đi-* Nhược điểm: không luyện được thép từ gang chứa nhiều P, không luyện được thép cóthành phần theo ý muốn

Ba giai đoạn chuyển gang thành thép

Sơ đồ lò thổi oxygen (betxơme)

Ngoài ra còn có các phương pháp sau ?

Phương pháp Mac-tanh:

Quá trình luyện thép kéo dài 6 – 8 giờ nên 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

Sơ đồ lò Mac-tanh

Nhiên liệu khí

Không khí nóng

Cửa nạp nguyên liệu

Xỉ nóng chảy

Thép nóng chảy

Điện cực bằng than chì

Máng rót thép

Thép nóng chảy

❑ Khí thải trong quá trình luyện gang thép: CO, SO2,

H2S,…bụi làm ô nhiễm môi trường.

❑ Chất thải rắn làm suy thoái môi trường đất, nước

❑ Chất thải lỏng làm tăng nồng độ kim loại nặng ảnh hưởng

đến sinh thái.

Ảnh hưởng của quá trình luyện gang thép đến môi trường

3.Nhức nhối ô nhiễm môi trường từ sản xuất công nghiệp

- Các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng:

Quặng Làm giàu quặng Hợp chất chứa kim loại Phương pháp hoá học Kim loại.

- Một số phương pháp hoá học thường được sử dụng để tách kim loại:

+ Phương pháp điện phân nóng chảy.

+ Phương pháp nhiệt luyện.

+ Phương pháp thuỷ luyện.

EM ĐÃ HỌC

- Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác Hợp kim thường có nhiều ưu điểm vượt trội

so với kim loại nguyên chất như độ bền, độ cứng cao,

EM ĐÃ HỌC

- Giai đoạn chính sản xuất gang:

EM ĐÃ HỌC

CỦNG CỐ

iron (Fe) với carbon (C)

aluminium (Al) với copper

(Cu)

carbon (C) với silicon (Si)

iron (Fe) với aluminium (Al)

Gang và thép là hợp kim của 02

Dùng carbon monooxide (CO) khử iron oxide ở nhiệt

độ cao trong lò luyện kim

Làm giảm hàm lượng các

nguyên tố C, Si, Mn…

Nguyên tắc sản xuất gang là 03

Làm giảm hàm lượng các nguyên tố C, Si, Mn… có

SiO2 + CaO → CaSiO3

S + O2 → SO2

Phản ứng có thể xảy ra ở cả hai quá trình luyện gang và luyện thép là

05

Chất dùng làm chất khử iron oxide

trong lò cao là 07

khí nitrogen (N2) và khí

hiếm

gang, iron (Fe), thép phế liệu

dầu ma-dút hoặc khí đốt..

chất chảy là calcium oxide

(CaO)

Thành phần không phải nguyên liệu

cho quá trình luyện thép là

08

Thanks you!