Bài 33. Hợp kim của sắt

Bài 33: HỢP KIM CỦA SẮT I. MỤC TIÊU: A. Chuẩn kiến thức và kỹ năng Kiến thức Biết được: - Định nghĩa và phân loại gang, sản xuất gang (nguyên tắc, nguyên liệu, cấu tạo và chuyển vận của lò cao, biện pháp kĩ thuật) . - Định nghĩa và phân loại thép, sản xuất thép (nguyên tắc chung, phương pháp Mác - tanh, Be- xơ - me, Lò điện: ưu điểm và hạn chế) - Ứng dụng của gang, thép. Kĩ năng - Quan sát mô hình, hình vẽ, sơ đồ rút ra được nhận xét về nguyên tắc và quá trình sản xuất gang, thép. - Viết các PTHH phản ứng oxi hoá - khử xảy ra trong lò luyện gang, luyện thép. - Phân biệt được một số đồ dùng bằng gang, bằng thép. - Sử dụng và bảo quản hợp lí được một số hợp kim của sắt. - Tính khối lượng quặng sắt cần thiết để sản xuất một lượng gang xác định theo hiệu suất. B. Trọng tâm  Thành phần gang, thép  Nguyên tắc và các phản ứng hóa học xảy ra khi luyện quặng thành gang và luyện gang thành thép II. CHUẨN BỊ: Đinh sắt, mẩu dây đồng, dung dịch HCl, dung dịch NaOH, dung dịch FeCl 3 . III. PHƯƠNG PHÁP: Đàm thoại + diễn giảng + thí nghiệm trực quan. IV. TIẾN TRÌNH BÀY DẠY: 1. Ổn định lớp: 2. Kiểm tra bài cũ: Tính chất hoá học cơ bản của hợp chất sắt (II) và sắt (III) là gì ? Dẫn ra các PTHH để minh hoạ. 3. Bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA THẦY VÀ TRÒ NỘI DUNG KIẾN THỨC Hoạt động 1  GV đặt hệ thống câu hỏi: - Gang là gì ? I – GANG 1. Khái niệm: Gang là hợp kim của sắt và cacbon trong đó có từ 2 – 5% khối lượng cacbon, ngoài ra còn có một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S,… 2. Phân loại: Có 2 loại gang a) Gang xám: Chứa cacbon ở dạng than chì. Gẫngms được dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cánh cửa,… - Có mấy loại gang ?  GV bổ sung, sửa chữa những chổ chưa chính xác trong định nghĩa và phân loại về gang của HS. b) Gang trắng - Gang trắng chứa ít cacbon hơn và chủ yếu ở dạng xementit (Fe 3 C). - Gang trắng (có màu sáng hơn gang xám) được dùng để luyện thép. Hoạt động 2  GV nêu nguyên tắc sản xuất gang. 3. Sản xuất gang a) Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao.  GV thông báo các quặng sắt thường dung để sản xuất gang là: hematit đỏ (Fe 2 O 3 ), hematit nâu (Fe 2 O 3 .nH 2 O) và manhetit (Fe 3 O 4 ). b) Nguyên liệu: Quặng sắt oxit (thường là hematit đỏ Fe 2 O 3 ), than cốc và chất chảy (CaCO 3 hoặc SiO 2 ).  GV dùng hình vẻ 7.2 trang 148 để giới thiệu về các phản ứng hoá học xảy ra trong lò cao.  HS viết PTHH của các phản ứng xảy ra trong lò cao. c) Các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang  Phản ứng tạo chất khử CO CO 2 C + O 2 t 0 2C O CO 2 + C t 0  Phản ứng khử oxit sắt - Phần trên thân lò (400 0 C) 2Fe 3 O 4 + CO 2  3Fe 2 O 3 + CO t 0 - Phần giữa thân lò (500 – 600 0 C) 3FeO + CO 2  Fe 3 O 4 + CO t 0 - Phần dưới thân lò (700 – 800 0 C) Fe + CO 2  FeO + CO t 0  Phản ứng tạo xỉ (1000 0 C) CaCO 3  CaO + CO 2  CaO + SiO 2  CaSiO 3 d) Sự tạo thành gang (SGK)  GV đặt hệ thống câu hỏi: - Thép là gì ? II – THÉP 1. Khái niệm: Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01 – 2% khối lượng cacbon cùng với một số nguyên tố khác (Si, Mn, Cr, Ni,…) 2. Phân loại a) Thép thường (thép cacbon) - Thép mềm: Chứa không quá 0,1%C. Thép mềm dễ gia công, được dùng để kép sợi,, cán thành thép lá dùng chế tạo các vật dụng trong đời sống và xây dựng nhà cửa. - Thép cứng: Chứa trên 0,9%C, được dùng để chế tạo các công cụ, các chi tiết Khái niệm: Gang hợp kim Sắt Cacbon có từ 2-5% khối lượng Cacbon, lượng nhỏ Silic, Mangan, Lưu huỳnh,… Với đặc tính: điểm nóng chảy thấp, độ chảy loãng tốt, tính đúc tốt, dễ gia công, có khả chịu mài mòn, nên giá thành gia công thấp, gang sử dụng nhiều chi tiết, lĩnh vực khác PHÂN LOẠI, TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG Gang trắng Gang xám Tính chất - Chứa Cacbon (chủ yếu - Chứa nhiều Silic dạng xementit Fe3C) Cacbon (chủ yếu dạng than chì) Silic - Kém cứng giòn - Rất cứng giòn Ứng dụng - Luyện thép - Đúc phận náy, ống dẫn nước, cánh cửa, (do nóng chảy linh động hóa rắn tăng thể tích) SẢN XUẤT GANG Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit than cốc lò cao (phương pháp nhiệt luyện) Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe Nguyên liệu: -Quặng oxit sắt (thường quặng hematit đỏ) chứa 30% Fe, không chứa chứa Lưu huỳnh, Photpho -Than cốc (cung cấp nhiệt cháy, tạo chất khử CO, tạo thành gang) -Chất chảy CaCO3 (phân hủy thành CaO nhiệt độ cao, sau hóa hợp với SiO2 tạo xỉ dễ tách khỏi gang) SiO2 Tùy thuộc nguyên liệu: + Quặng lẫn oxit axit (SiO2): dùng CaCO3 + Quặng lẫn oxit bazơ (CaO, MnO): dùng SiO2 Các phản ứng hóa học xảy lò cao Quặng sắt oxit FexOy 1.Miệng lò Khí lò cao: Khí lò cao CO2, CO, SO2 , … 200oC 400oC 2.Thân lò 500-600 C Nồi lò (4) Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 700-800oC (5) FeO + CO → Fe + CO2 1000oC (3a) CaCO3 → CaO + CO2 1300oC (5a) CaO + SiO2 → CaSiO3 1500oC 3.Bụng lò Phễu lò (3) 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 o 1800oC Thổi không khí làm giàu oxi sấy nóng ~900oC Gang lỏng: Fe + >2%C 6.Cửa tháo gang CO CO CO C (2) CO2 + C → 2CO 2C + O2 → 2CO (1) C +O2 → CO2 + Q: tỏa nhiệt Không khí nóng Xỉ CaSiO3 7.Cửa tháo xỉ Sự tạo thành gang: Ở phần bụng lò (nhiệt độ khoảng 15000 C) sắt nóng chảy có hòa tan phần Cacbon lượng nhỏ Mangan, Silic, Đó gang Gang nóng chảy tích tụ nồi lò Sao thời gian định, người ta tháo gang xỉ khỏi lò cao Ảnh hưởng trình luyện gang đến môi trường: Xả khói bụi gây ô nhiễm môi trường Cảm ơn cô bạn ý lắng nghe Tiết 54: HỢP KIM CỦA SẮT HểA HC 12 * GANG * THẫP Kim tra Cõu hi: Hóy dn nhng phn ng chng minh tớnh kh ca hp cht st (II) ?(oxit , Hydroxyt , v mui) ỏp ỏn a Oxớt st (II) : +2 +5 +3 3FeO + 10HNO3 +2 3Fe(NO3)3 + 5H2O + NO b Hydroxit st (II) : +3 +3 4Fe(OH)2 + O2 +2H2O 4Fe(OH)3 c- Mui st (II) : +2 2FeCl2 + Cl2 -2 +3 -1 2FeCl3 A- Gang : I-nh ngha : Gang l hp kim st cacbon ( 2% -5% ) v mt s nguyờn tự khỏc (Si ,Mn , P , S ) II- Phõn loi : Gang trng Gang xỏm Thnh phn Tớnh cht t cacbon v silớc nhiu xementic Fe3C Nhiu cacbon v silớc Cụng dng Dựng luyn thộp Rt cng v giũn t cng v giũn , núng chy linh ng, húa rn tng th tớch Dựng ỳc cỏc b phn mỏy , ng nc III - Sn xut gang : 1- Nguyờn liu : -Qung st : cú t 30% -95% oxớt st -Than cc : cung cp nhit , to cht kh v to gang -Cht chy CaCO3 : to Cao t ú húa hp vi SiO3cht khú núng chy qung 2- Nguyờn tc : Dựng CO kh cỏc oxớt st thnh st Fe2O3 CO Fe3O4 CO FeO CO Fe 3- Nhng phn ng húa hc xy quỏ trỡnh luyn gang : a-Phn ng to CO : * Phn trờn ni : C + O2 CO2 -H _ (nhit lờn ti 18000c) * Phn phiu lũ : Co2 bay lờn oxy húa than cc thnh CO : CO2 + C 2CO + H ( nhit 13000c) b- Phn ng kh oxớt st : -Phn trờn thõn lũ (4000c ) : 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 + CO2 -Phn gia thõn lũ (500 - 6000c ): Fe3O4 + CO 3FeO -Phn di thõn lũ (700 8000c ) : FeO + CO Fe + CO2 C - To gang : Phn bng lũ (15000c) : St núng chy hũa tan mt phn cacbon v mt lng nh Mn , Si thnh gang d- Phn ng to x : Phan buùng loứ nụi (10000c ) : CaCO3 CaO CaO + SiO3 + CO2 CaSiO3 B- THẫP : Thộp l hp kim st cacbon (0,01 2%) v cỏc nguyờn t Si , Mn I- Phõn loi : Thộp thng Thnh phn t C , Si, S ,P Tớnh cht Thộp cng cú > 0,9 %C Thộp mm cú< 0,1 % C ng dng S dng xõy dng v ch to cỏc vt dng Thộp c bit Thờm cỏc nguyờn t : Si , Mn , Cr , Ni ,W,V Cú nhiu tớnh cht c hc v vt lý quớ Lm dng c y t; vũng bi ; v xe tng ; lũ xo ; ng ray II- Sn xut thộp : 1- nguyờn tc : Oxi húa gim t l C , Si S , P cú gang 2- Nguyờn liu : -Gang trng hoc gang xỏm , st thộp ph liu -Cht chy : CaO -Nhiờn liu : du ma -zut hoc khớ t -Khớ oxi 3- Cỏc phn ng xy : Oxi húa cht To x C + O2 CO2 S + O2 SO2 Si + O2 4P + 5O2 SiO2 2P2O5 3CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 CaO + SiO2 CaSiO3 4- Cỏc phng phỏp luyn thộp : Lũ thi oxi c im u dim Lũ bng Lũ h quang in Oxi c nộn di ỏp sut 10 atm vo lũng gang núng chy Nhiờn liu vi khụng khớ v ứoxi c phun vo lũ Nhit sinh cao , d diu chnh Ta nhiu nhit ,thi gian ngn , Khi lng cao, luyn c thộp thng Kim soỏt c cỏc nguyờn t Luyờn thộp cht lng cao Lyn c cỏc loi thộp c bit cú cỏc nguyờn t khú núng chy Cng c ứHóy trỡnh by nguyờn tc ca quỏ trỡnh luyn gang v luyn thộp ỏp ỏn a- Nguyờn tc luyn gang : Dựng Khớ CO kh qung st thnh st b- Nguyờn tc luyn thộp : Oxi húa gim lng C, Si , P cú gang nh hng ca quỏ trỡnh luyn gang thộp n mụi trng Khớ thi quỏ trỡnh luyn thộp thng cú khớ CO, SO2 ,H2S , bi lm ụ nhim mụi trng Cht thi rn khụng c quy hoch hp lớ s lm suy thoỏi mụi trng t, nc Cht thi lng thi trc tip vo ngun nc s lm tng nng kim loi nng nh hng n sinh thỏi THANK YOU [...]... bày nguyên tắc của quá trình luyện gang và luyện thép Đáp án a- Nguyên tắc luyện gang : Dùng Khí CO để khử quặng sắt thành sắt b- Nguyên tắc luyện thép : Oxi hóa để giảm lượng C, Si , P có trong gang ảnh hưởng của quá trình luyện gang thép đến môi trường  Khí thải trong quá trình luyện thép thường có khí CO, SO2 ,H2S , bụi làm ô nhiễm môi trường  Chất thải rắn không được quy hoạch hợp lí sẽ làm suy...3- Các phản ứng xảy ra : Oxi hóa tạp chất Tạo xỉ C + O2 CO2 S + O2 SO2 Si + O2 4P + 5O2 SiO2 2P2O5 3CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 CaO + SiO2 CaSiO3 4- Các phương pháp luyện thép : Lò thổi oxi Đặc điểm Ưu diểm Lò bằng Lò hồ quang điện Oxi được... có khí CO, SO2 ,H2S , bụi làm ô nhiễm môi trường  Chất thải rắn không được quy hoạch hợp lí sẽ làm suy thoái môi trường đất, nước  Chất thải lỏng khi thải trực tiếp vào nguồn nước sẽ làm tăng nồng độ kim loại nặng ảnh hưởng đến sinh thái THANK YOU HÓA HỌC 12 Câu hỏi 1:Nêu tính chất hoá học sắt ? Viết PTHH minh hoạ cho tính chất ? t0 3Fe(r) + 2O2(k)  Fe3O4(r) Fe(r) + 3Cl2(k) t0 2FeCl3(r) Fe(r) + 2HCl(dd)  FeCl2(dd) + H2(k) Fe(r) + CuSO4(dd)  FeSO4(dd) + Cu(r) HỢP KIM SẮT : GANG, THÉP HỢP KIM CỦA SẮT GANG THÉP LÀ LÀ GÌ ? GÌ ? SẢN XUẤT GANG, THÉP SẢN XUẤT GANG NHƯ THẾ NÀO ? SẢN XUẤT THÉP NHƯ THẾ NÀO ? ? Hợp kim ? - Hợp kim chất rắn thu sau làm nguội hỗn hợp nóng chảy nhiều kim loại khác kim loại phi kim - Hợp kim sắt có nhiều ứng dụng gang thép ? Hợp kim sắt có nhiều ứng dụng loại hợp kim ? GANG LÀ GÌ ? ? Gang ? -Gang hợp kim sắt víi Cacbon,trong hàm lượng Cacbon chiếm từ 2-5%.Ngoµi ra,trong gang cßn mét lîng nhá mét sè nguyªn tè kh¸c nh:Si,Mn,S… :Gang cứng giòn ? Gang đặc điểm gìDùng ? Gangcó trắng luyện thép Cacbon Sắt Silic ? Gang có ? Và cóLưu huỳnh Manganloại Photpho ứng dụng ? Gang Dùng để đúc bệ Gang xám máy,ống dẫn nước,… THÉP LÀ GÌ ? - Thép hợp kim sắt với số nguyên ?một Thép ? tố khác (C, Mn, S, Si,…) Trong hàm lượng Cacbon chiếm 2% ?:Thép Thép thường có đặc điểm cứng,gìđàn ? hồi, bị ăn mòn,… ? Thép có ứng dụng ? - Dùng để chế tạo Cacbon Sắt chi tiết Silic máy, vật Mangan Photpho Lưu huỳnh dụng, dụng cụ lao động,… - Dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo phương tiện giao thông, vận tải,… Thành phần gang Thành phần thép Khác Cacbon Mangan Sắt Photpho Silic Lưu huỳnh Giống Cacbon Mangan Sắt Photpho Silic Lưu huỳnh ? Cho biết điểm giống khác gang thép ? SẢN XUẤT GANG NHƯ THẾ NÀO ? - Quặng sắt : Hematit (chứa Febiết mahetit 2O3), ? Cho nguyên (chứa 4) xuất liệuFe để3Osản gangkhông ? - Than cốc, khí giàu khí ôxi, phụ gia (CaCO3,…) Ngoài cần nguyên oxit khử oxit - Dùngliệu Cacbon ởkhông? nhiệttắc độđể cao ? Cho biếtsắt nguyên sản xuất gang ? Quặng mahetit Quặng Hematit ? Cho biết phản ứng xảy trình sản xuất gang ? •Các phản ứng xảy trình sản xuất gang 1/Phản ứng tạo thành khí CO: C(r) + O2(k)  CO2(k) +Q CO2(k) + C(r)  CO(k) 2C(r) + O2(k) 2CO(k) 2/Khí CO khử oxit sắt quặng thành sắt: Fe2O3(r)+ 3CO(k) 2Fe(r) + 3CO2(k) 3/Quá trình tạo sỉ: CaO(r) + SiO2(r)  CaSiO3 (r ) SẢN XUẤT THÉP NHƯ THẾ NÀO ? - Gang, sắt phế liệu khí ôxi - Oxi hoá kim loại, phi kim để loại nguyên ? Chotố biết nguyên liệu cacbon, silic, để sản xuất thép ?khỏi gang mangan,…ra ? Cho biết nguyên tắc để sản xuất thép ? *Các ứngvào xảylòrađựng tronggang - Thổiphản khí ôxi trình sảnchảy xuất ởthép sắt nóng nhiệt độ cao oxi sÏcác oxi phản hoá sắt thành oxit ?Khí Cho biết ứng Fe(r) +O  FeO 2(k) (r) sắt FeO Sau FeO oxi hoá xảy trình sản FeO(r) + Si(r)  Fe(r) + SiO2(r) sốxuất nguyên thép tố ? gang Hoặc FeO + Mn (r) S, C, Mn, Si, P,…(r)  Fe(r) + CO2(k) Bài trang 63 : Hãy lập phương trình hoá học theo sơ đồ sau : t0 a FeO + Mn  ->FeFe++MnO MnO t b Fe2O3 + 3CO  2Fe 3CO CO -> Fe ++CO 2 Xảy trình luyện thép Xảy trình luyện gang t0 c 2FeO FeO ++SiSi ->  2Fe Fe ++ SiO SiO2 t0 d FeO + C  ->FeFe++CO CO Xảy trình luyện thép ?-Chất Cho biết phản: FeO, ứng xảy trình luyện gang, oxi hoá Fe2O phản ứng xảy trình luyện thép, chất -Chất : C, Si,nào CO,làMn khử ? chất oxikhử hoá, chất chất Trả Bàilời trang : 63 : Những khí thải (CO2, SO2,…) trình sản xuất gang thép ảnh hưởng đến môi trường xung quanh *Ảnh hưởng ? Dẫn số phản ứng để giải thích Thử nêu biện pháp để -chống Gây ôônhiễm nhiễmmôi môitrường, trường độc khu hạidân chocư gần người sởvàsản động xuấtthực gang vật thép ?nồng độ axit nước mưa cao mức bình thường -Làm SO2 + H2O  H2SO3 CO2 + H2O  H2CO3 *Biện pháp : - Xây dựng hệ thống xử lý khí thải trước đưa khí thải môi trường - Trồng xanh xung quanh nhà máy Bài cũ : - Học cũ, nắm ý : + Hợp kim ? + Gang ? Ứng dụng gang ? + Thép ? Ứng dụng thép ? + Sản xuất gang ? PTHH ? + Sản xuất thép ? PTHH ? - Làm tập 6/63 Bài : Coi nắm nội dung BÀI HỌC ĐÃ KẾT THÚC ! [...]... ra môi trường ngoài - Trồng cây xanh xung quanh các nhà máy 1 Bài cũ : - Học bài cũ, nắm được các ý chính : + ...Khái niệm: Gang hợp kim Sắt Cacbon có từ 2-5% khối lượng Cacbon, lượng nhỏ Silic, Mangan, Lưu huỳnh,… Với đặc tính:... thể tích) SẢN XUẤT GANG Nguyên tắc: Khử quặng sắt oxit than cốc lò cao (phương pháp nhiệt luyện) Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe Nguyên liệu: -Quặng oxit sắt (thường quặng hematit đỏ) chứa 30% Fe, không... hợp với SiO2 tạo xỉ dễ tách khỏi gang) SiO2 Tùy thuộc nguyên liệu: + Quặng lẫn oxit axit (SiO2): dùng CaCO3 + Quặng lẫn oxit bazơ (CaO, MnO): dùng SiO2 Các phản ứng hóa học xảy lò cao Quặng sắt