Bài tập trắc nghiệm tự luận

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC HÓA HỌC VÀO CUỘC SỐNG CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG

2.2. Đề xuất quy trình xây dựng hệ thống bài tập

2.2.2. Hệ thống bài tập định hướng năng lực trong chương “Sắt và một số kim loại

2.2.2.2. Bài tập trắc nghiệm tự luận

Mỗi BTHH tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể, có thể xây dựng bài tập đánh giá từng tiêu chí của NLVDKT vào thực tiễn hoặc bài tập tổng hợp đánh giá tất cả các tiêu chí đã đề xuất.

Câu 1. Thiếu máu là vấn đề dinh dƣỡng phổ biến trên thế giới, chủ yếu ảnh hướng đến phụ nữ ở độ tuổi sinh đẻ, thanh thiếu niên và trẻ em. Tại các quốc gia đang phát triển nhƣ Việt Nam, Campuchia, tỷ lệ này rất cao. Riêng ở Campuchia gần 50% phụ nữ và trẻ em bị thiếu máu, nguyên nhân chủ yếu do thiếu sắt. Mặc dù chỉ là một vi chất trong chế độ dinh dƣỡng, sắt đóng vai trò rất quan trọng trong phân tử hemoglobin của máu, làm nhiệm vụ vận chuyển oxi. Thiếu máu gây ra nhiều chứng bệnh như đau đầu, nhịp tim bất thường, hay mệt mỏi, có thể dẫn đến tử vong. Tiến sĩ Charles, người Canada nghĩ ra cách đun sôi những con cá sắt trong 10 phút hoặc nấu với súp để sắt đƣợc giải phóng, bổ sung lƣợng sắt thiết yếu cho bữa ăn.. Sau khi nấu lấy cá sắt ra, cho thêm chút nước cốt chanh vào. Đây là bước rất quan trọng, giúp hấp thu sắt tốt hơn, theo vị tiến sĩ Canada. Một con cá nhỏ cung cấp 75% nhu cầu về chất sắt hằng ngày cho một người lớn.

1. Vấn đề đƣợc đề cập trong đoạn thông tin trên là gì?

2. Mâu thuẫn trong vấn đề nêu trên là gì?

3. Vì sao thiếu sắt trong cơ thể lại gây ra bệnh thiếu máu?

4. Vì sao sau khi nấu con cá sắt trong 10 phút với thực phẩm cần cho thêm chút nước cốt chanh vào thực phẩm?

5. Làm thế nào để phòng, chống bệnh thiếu máu?

Câu 2. Vai trò của sắt trong đời sống và vấn đề bảo vệ sắt tránh ăn mòn Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trên Trái Đất ( đứng hàng thứ 4 trong các nguyên tố và thứ 2 trong số các kim loại chỉ sau nhôm), chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ Trái Đất. Con người biết chế tạo và sử dụng các đồ vật, các công cụ lao động bằng sắt từ trước công nguyên và ngày nay sắt vẫn có vai trò rất quan trong với đời sống con người. Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lƣợng kim loại sản xuất trên toàn thế giới. Sắt đƣợc sử dụng

trong hầu hết các ngành sản xuất. Với những tính năng và chi phí sản xuất nhƣ hiện nay không một kim loại nào có thể thay thế đƣợc sắt.

1) Nêu những lí do khiến sắt đƣợc sử dụng nhiều nhất trong đời sống?

2) Sắt là kim loại đứng sau nhôm trong dãy điện hóa, tại sao các vật dụng bằng nhôm lại khó bị ăn mòn trong không khí ẩm hơn so với các vật dụng bằng sắt?

3) Tại sao vật bằng gang, thép thường bị ăn mòn nhanh trong không khí có chứa CO2, SO2 NO2, NO..mặc dù những chất này không trực tiếp tác dụng với sắt?

4) Tại sao sắt tinh khiết ít bị ăn mòn hơn sắt lẫn tạp chất khi để trong không khí ẩm?

5) Kẽm là kim loại đứng trước sắt trong dãy điện hóa, nhưng để bảo vệ các thiết bị, đồ dùng bằng thép tại sao người ta lại mạ kẽm lên bề mặt thép?

Gợi ý trả lời:

1) Những lí do khiến sắt đƣợc sử dụng nhiều nhất trong đời sống:

- Sắt là kim loại phổ biến trong vỏ Trái đất (đứng thứ 2 trong các kim loại, xếp sau nhôm)

- Sắt và hợp kim sắt có những tính chất vật lí, tính chất hóa học phù hợp cho nhiều ứng dụng trong đời sống.

- Chi phí sản xuất rẻ do nguồn quặng sắt rồi rào, công nghệ sản xuất không phức tạp.

Phân tích

Để trả lời câu hỏi HS ngoài sử dụng kiến thức học đƣợc về tính chất của sắt và hợp kim của sắt: độ bền cơ học, độ bền hóa học (vì mọi ứng dụng của vật liệu đều căn cứ vào tính chất) cần phải liên hệ thực tế về chi phí sản xuất dẫn tới giá thành sản phẩm từ đó dẫn đến mức độ phổ biến vật liệu.

2. Các vật dụng bằng nhôm lại khó bị ăn mòn trong không khí ẩm hơn so với các vật dụng bằng sắt.

Gợi ý trả lời

Sắt dễ bị ăn mòn hơn nhôm vì: nhôm có lớp màng oxit (Al2O3) rất bền bảo vệ không cho nhôm tiếp xúc với môi trường, khi bị oxi hóa sắt tạo ra lớp oxit xốp, cho

nước và tác nhân oxi hóa ngấm qua tiếp xúc trực tiếp với sắt nên phản ứng vẫn liên tục xảy ra. Kết quả sắt bị ăn mòn.

Phân tích

HS cần so sánh các kiến thức đã học với kiến thức đang học về một số đặc điểm, đơn vị kiến thức tương đương, cụ thể bài tập này HS so sánh tính chất hóa học của nhôm và sắt từ đó suy ra khả năng chống ăn mòn theo lí thuyết, tuy nhiên thực tiễn vật liệu bằng nhôm lại rất bền so với nhiều loại gang, thép do có lớp màng oxit bảo vệ mà gang và nhiều loại thép thép không có. Do đó nhiều đồ dùng đƣợc làm từ nhôm do những đặc tính chống ăn mòn, nhẹ và có vẻ sáng đẹp mà nhiều loại gang, thép không có.

3. Các vật dụng bằng gang, thép bị ăn mòn nhanh trong không khí có chứa CO2, SO2 NO2..

Gợi ý trả lời

Các oxit axit khi tan trong nước tạo dung dịch axit (dung dịch chất điện li), các dung dịch axit là tác nhân trực tiếp oxi hóa sắt, vừa là môi trường để các vật dụng làm bằng gang, thép bị ăn mòn điện hóa học vì:

- Gang, thép là hợp kim Fe–C gồm những tinh thể Fe tiếp xúc trực tiếp với không khí ẩm có chứa H2O, CO2, O2, SO2…tạo ra lớp dung dịch chất điện li phủ lên bề mặt gang, thép làm xuất hiện vô số pin điện hóa mà Fe là cực âm, C là cực dương.

- Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe → Fe2+ + 2e

- Ở cực dương xảy ra sự khử: 2H+ + 2e → H2 và O2 + 2H2O + 4e → 4OH- - Sau đó: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2(kk) + 2H2O → 4Fe(OH)3

- Theo thời gian dưới tác dụng nhiệt Fe(OH)3 sẽ bị mất nước tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe2O3.xH2O lớp gỉ sắt xốp cho nước ngấm qua do đó quá trình ăn mòn tiếp tục xảy ra.

Phân tích

Sự ăn mòn kim loại nói chung và các vật liệu gang, thép nói riêng chịu tác

động rất lớn từ môi trường, môi trường có thể là tác nhân trực tiếp hoặc gián tiếp đến quá trình ăn mòn kim loại. Liên hệ thực tế trong việc sử dụng đồ dùng kim loại, từ đó đƣa ra các biện pháp sử dụng hợp lí và biết cách bảo vệ kim loại tránh sự ăn mòn.

4. Sắt tinh khiết ít bị ăn mòn hơn sắt lẫn tạp chất khi để trong không khí ẩm Gợi ý trả lời

Trong không khí ẩm sắt tinh khiết không bị ăn mòn điện hóa học, sắt lẫn tạp chất dễ bị ăn mòn điện hóa học ( giải thích mục 3), tuy nhiên cả hai trường hợp trên đều có thể bị ăn mòn hóa học.

Phân tích

HS hiểu quá trình ăn mòn kim loại gồm hai loại, điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học từ đó vận dụng để giải thích yêu cầu bài toán.

5. Để bảo vệ các thiết bị, đồ dùng bằng thép tại sao người ta lại mạ kẽm lên bề mặt thép.

Gợi ý trả lời

Lớp phủ kẽm cung cấp hai chức năng bảo vệ: thứ nhất là chức năng bảo vệ thụ động là lớp màng chắn bảo vệ kim loại nhƣ các loại sơn truyền thống hay dầu nhờn, kẽm không bị oxi hóa trong nước, trong không khí do trên bề mặt kẽm có lớp màng oxit hay cacbonat bazơ bảo vệ; và chức năng thứ hai là bảo vệ chủ chủ động tức chức năng chống ăn mòn catot, chức năng này có ở lớp phủ bảo vệ bằng mạ kẽm nhúng nóng. Do kẽm có thế khử chuẩn âm hơn sắt nên khi tiếp xúc với môi trường chất điện li kẽm sẽ đóng vai trò là vật hi sinh bảo vệ sắt không bị ăn mòn điện hóa.

Phân tích

Để bảo vệ kim loại tránh sự ăn mòn, một trong những biện pháp đƣợc áp dụng phổ biến là phủ bề mặt kim loại những vật liệu bền với môi trường, kẽm có lớp oxit hay cacbonat bazơ đáp ứng đƣợc nhu cầu đó, ngay cả khi màng oxit bị phá hủy kẽm vẫn tiếp tục đóng vai trò vật hi sinh để bảo vệ sắt. Qua đó HS liên hệ việc bảo vệ vỏ tàu biển bằng cách gắn tấm kẽm vào mạn tàu tiếp xúc với nước hoặc dùng sơn, mạ đồng, mạ crom...để bảo vệ kim loại.

Câu 3. Hiện nay hầu hết các nhà máy gang thép sản xuất gang bằng phương pháp nhiệt luyện từ quặng sắt (thường là quặng hematit đỏ Fe2O3), than cốc và chất chảy (CaCO3 hoặc SiO2). Các phản ứng xảy ra theo nhiều giai đoạn trong lò cao.

1) Viết các PTHH diễn ra trong các quá trình luyện quặng thành gang? Tại sao các phản ứng đó lại xảy ra theo từng giai đoạn?

Hình 2.1. Sơ đồ lò cao sản xuất gang ( nguồn internet)

Gợi ý trả lời

Giai đoạn 1: Phản ứng tạo chất khử CO C + O2 t0 CO2

C + CO2 t0 2CO

Giai đoạn 2: Phản ứng khử oxit sắt 3Fe2O3 + COt0 CO2 + 2Fe3O4 Fe3O4 + COt0 CO2 + 3FeO FeO + COt0 CO2 + Fe Giai đoạn 3: Phản ứng tạo xỉ CaCO3 t0 CO2 + CaO CaO + SiO2 t0 CaSiO3

Ở phần bụng lò, sắt nóng chảy hòa tan một lƣợng C và một số nguyên tố khác:

Mn, S, Si.. tạo thành gang.

Các phản ứng diễn ra theo từng giai đoạn vì phản ứng giai đoạn 1 cung cấp nhiệt và chất khử cho phản ứng giai đoạn 2 và giai đoạn 3, giai đoạn 3 diễn ra sau cùng để loại bỏ SiO2 khỏi hỗn hợp nóng chảy tạo xỉ nổi lên trên nồi lò.

Phân tích

Trong lò cao xảy ra nhiều phản ứng hóa học, HS cần biết các phản ứng diễn ra ở từng giai đoạn theo nguyên tắc sản phẩm hoặc nhiệt sinh ra từ phản ứng này sẽ là nguyên liệu hay điều kiện cho phản ứng tiếp theo, cũng nhƣ khi nào cần đƣa thêm chất vào hỗn hợp phản ứng để loại bỏ những chất không cần thiết trong sản phẩm.

Liên hệ sản xuất vôi, nung gạch từ đất sét tại địa phương.

2) Để có thể luyện đƣợc 1 tấn gang có hàm lƣợng sắt là 96% cần bao nhiêu tấn quặng manhetit chứa 80% quặng sắt, phần còn lại không chứa sắt? Biết rằng trong quá trình sản xuất lƣợng sắt bị hao hụt là 2%.

Gợi ý trả lời Các phản ứng khử oxit sắt

Fe3O4 + COt0 CO2 + 3FeO

FeO + COt0 CO2 + Fe

Từ các phản ứng (1) và (2) kết hợp giữ kiện đề cho ta có:

Khối lƣợng quặng cần dùng là:

0,96.232 100 100

. . 1, 69

168 80 98

m  (tấn)

Phân tích

Để giải được bài tập trước hết HS phải nhớ công thức hóa học ứng với tên quặng mahetit (Fe3O4), để đƣa ra đáp số HS có thể viết PTHH hoặc sử dụng định luật bảo toàn nguyên tố để tính toán theo phần trăm Fe3O4 cótrong quặng và hao hụt trong quá trình sản xuất (phân biệt với hiệu suất phản ứng). BTHH này giúp phát triển NL ngôn ngữ hóa học và kỹ năng tính toán.

Câu 4. Trong quá trình sản xuất nhôm từ quặng boxit thải ra bùn đỏ là chất thải nguy hại, việc xử lí chất thải này không dễ dàng, nếu không có hồ chứa an toàn có thể xảy ra thảm họa môi trường cho khu vực bùn đỏ tràn qua. Theo kết quả nghiên cứu hàm lƣợng sắt trong bùn đỏ khô tại Nhà máy alumin (Lâm Đồng) dao động từ 51,1-56,3% (tính theo Fe2O3), với hàm lượng sắt như trên tương đương với quặng sắt nghèo. Tính khối lƣợng gang chiếm 96% Fe đƣợc tạo ra từ 100 tấn bùn đỏ có thành phần sắt nhƣ trên. Theo em nếu sản xuất gang, thép từ bùn đỏ có thể có những lợi ích và khó khăn gì?

Gợi ý trả lời

Tính khối lƣợng Fe2O3 có trong 100 tấn bùn đỏ: m = 51,156,3 tấn

Tính khối lƣợng sắt thu đƣợc từ lƣợng Fe2O3 trên  khối lƣợng gang 96%Fe Lợi ích từ việc sản xuất gang, thép từ bùn đỏ: nguồn nguyên liệu rồi rào, giải quyết được vấn đề môi trường, không tốn kém trong việc tạo bể chứa bùn đỏ.

Khó khăn: chi phí sản xuất cao, tác động đến giá thành sản phẩm.

Phân tích

Phần dẫn của bài toán cung cấp cho HS thông tin về phế thải của quá trình sản xuất nhôm: bùn đỏ là loại phế thải nguy hại có thể gây ra thảm họa môi trường nếu không xử lí hoặc chôn lấp đúng cách. Tuy nhiên, nếu công nghệ cho phép và hàm

lƣợng oxit sắt đủ lớn có thể sản xuất gang, thép từ bùn đỏ với chi phí sản xuất có thể chấp nhận đƣợc sẽ giải quyết đƣợc vấn đề rất lớn đối với ngành sản xuất nhôm đó là sự ô nhiễm môi trường do bùn đỏ tạo ra. Qua bài toán HS có thêm kiến thức thực tiễn gắn sản xuất với bảo vệ môi trường.

Câu 5. Hiện nay, ngành Thép Việt Nam hầu hết sử dụng công nghệ lò điện (AEF).

Một số nhà máy sử dụng công nghệ lò thổi, người ta dùng một vòi phun oxi (>99,6%) với áp lực và lưu lượng xác định vào gang lỏng. Oxi đốt cháy C, Mn, Si, P đến thành phần mác thép. Nhiệt hóa học sinh ra từ chính các phản ứng cháy các nguyên tố kể trên sẽ gia nhiệt cho nước thép mà không cần dầu đốt (như lò Mactanh) hoặc hồ quang (như lò EAF). Nêu những ưu nhược điểm của ba phương pháp sản xuất thép trên.

Gợi ý trả lời Phương pháp lò thổi:

Phun oxi (>99,6%) với áp lực và lưu lượng xác định vào gang lỏng. Oxi đốt cháy C, Mn, Si, P đến thành phần mác thép.

– Ƣu điểm: Phản ứng trong lò gang tỏa nhiều nhiệt, nâng cao chất lƣợng thép, thời gian ngắn, sản suất đƣợc nhiều thép

– Nhƣợc điểm: không sản suất đƣợc thép chất lƣợng cao Phương pháp lò Mac-tanh:

Nhiên liệu là khí đốt hoặc dầu cùng với không khí và oxi đƣợc phun vào phun vào lò để oxi hóa tạp chất trong gang

– Ƣu điểm: Có thể bổ sung các nguyên tố trong thép và bổ sung các nguyên tố cần thiết để sản suất ra thép chất lƣợng cao.

– Nhƣợc điểm: Tốn nhiên liệu để đốt lò, thời gian cho 1 lần từ 5 giờ đến 8 giờ.

Phương pháp lò điện:

Nhiệt lƣợng sinh ra trong lò hồ quang điện giữa các điện cực bằng than chì và gang lỏng tỏa ra nhiệt độ khoảng 3000 độ C và dễ điều chỉnh hơn các lò trên.

– Ƣu điểm: là luyện đƣợc thép có các thành phần khó nóng chảy nhƣ

vonfram, modipden…

– Nhƣợc điểm: lò không lớn, điện năng tiêu thụ cao Phân tích

Mỗi phương pháp sản xuất được áp dụng trên thực tế đều có ưu, nhược điểm riêng, tùy vào nhu cầu sản xuất, loại sản phẩm và chi phí đầu tƣ mà các nhà sản xuất sẽ lựa chọn công nghệ phù hợp.

Câu 6. Tại sao vỏ tàu bằng thép bị ăn mòn khu vực mạn tàu tiếp xúc với nước biển và không khí? Giải thích tại sao để bảo vệ vỏ tàu người ta gắn tấm kẽm vào vỏ tàu?

Gợi ý trả lời

Khi tiếp xúc với nước biển ( dung dịch chất điện li), vỏ tàu (Fe-Fe3C) tạo thành nhiều cặp pin volta trong đó sắt hoạt động hơn đóng vai trò là cực âm, Fe3C đóng vai trò cực dương, nước biển là dung dịch chất điện li. Khi pin hoạt động:

Fe Fe2+ + 2e

Fe nhường electron thành Fe2+ để lại trên bề mặt sắt những electron tự do và ion H+ trong dung dịch chất điện li sẽ thu electron giải phóng ra H2 và do đó tạo ra dòng điện.

2H+ + 2e H2

Fe2+ sẽ tác dụng với OH- trong chất điện li: Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2

sau đó Fe(OH)2 bị oxi hóa ngoài không khí: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O4Fe(OH)3 và chuyển thành gỉ sắt xFeO.y.Fe2O3.z.H2O

Khi có Zn thì Zn-Fe trong dung dịch điện li sẽ tạo thành pin volta. Zn hoạt động hơn Fe nên nó là cực âm và Zn Zn2+ + 2e. Nhƣ vậy Zn bị ăn mon và sắt đƣợc bảo vệ.

Phân tích

Đây là hiện tƣợng có ý nghĩa rất lớn trong thực tiễn. Có thể sử dụng bài tập này trong phần ăn mòn hóa học hoặc bài ôn tập chương. Để giải quyết được bài toán HS cần vận dụng kiến thức, kỹ năng về dãy điện hóa và ăn mòn hóa học.

Câu 7. Trong một số mẫu nước ngầm chứa nhiều sắt, hàm lượng sắt trong nước cao làm cho nước có mùi tanh, có màu vàng gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người sử

dụng, sản xuất nông nghiệp, sản xuất công nghiệp đo đó cần đƣợc loại bỏ.

1) Sắt có trong nước ngầm tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất nào? Hãy trình bày phương pháp đơn giản để loại bỏ sắt ra khỏi nước sinh hoạt?

Gợi ý trả lời

Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, sắt có hoá trị II (Fe2+) là thành phần của các muối hoà tan nhƣ: Fe(HCO3)2; FeSO4…hàm lƣợng sắt có trong các nguồn nước ngầm thường cao và phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới đất sâu. Các hợp chất vô cơ của ion sắt hoá trị II: Fe(OH)2, FeCO3, FeS, Fe(HCO3)2, FeSO4 .

Một số phương pháp đơn giản loại sắt trong nước ngầm:

1. Phương pháp oxi hoá sắt

Nguyên lý của phương pháp này là oxi hoá (II) thành sắt(III) và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hyđroxit sắt (III). Trong nước ngầm, sắt (II) hidrocacbonat (Fe(HCO3)2) là một muối không bền, nó dễ dàng thuỷ phân thành sắt (II) hyđroxit [Fe(OH)2] theo phản ứng:

Fe(HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3

Nếu trong nước có oxi hoà tan, sắt (II) hyđroxit sẽ bị oxi hoá thành sắt (III) hyđroxit theo phản ứng:

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 →4Fe(OH)3 ↓

Sắt (III) hyđroxit trong nước kết tủa thành cặn màu vàng và có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc.

Kết hợp các phản ứng trên ta có phản ứng chung của quá trình oxi hoá sắt nhƣ sau: 4Fe2+ + O2 + 10H2O →4Fe(OH)3↓+ 8H+

Nước ngầm thường không chứa oxi hoà tan hoặc có hàm lượng oxi hoà tan rất thấp. Để tăng nồng độ oxi hoà tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng cho oxi tiếp xúc sắt (II) sẽ xảy ra các phản ứng trên.

2. Phương pháp khử sắt bằng quá trình oxi hoá Làm thoáng bằng giàn mƣa tự nhiên:

Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng giàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc.