Tài liệu 36 Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học Lớp 9 và ôn thi vào Lớp 10 chuyên - Chuyên đề 21: Kim loại và phương pháp giải nhanh bài tập về kim loại

42 trang

daohongloan2k Ngày đăng

23/12/2022 Lượt xem

667

2 Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu 36 Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Hóa học Lớp 9 và ôn thi vào Lớp 10 chuyên - Chuyên đề 21: Kim loại và phương pháp giải nhanh bài tập về kim loại", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

CHUYÊN ĐỀ 21
KIM LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI
A. LÍ THUYẾT
I. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA KIM LOẠI
1. Tính dẻo
Khi tác dụng cơ học đủ mạnh lên kim loại, nó bị biến dạng.
Sự biến dạng này là do các lớp mạng tinh thể kim loại trượt lên nhau. Nhưng các lớp mạng tinh thể này không tách rời nhau mà vẫn liên kết với nhau nhờ các electron tự do luôn luôn di chuyển qua lại giữa các lớp màng tinh thể. Do vậy, kim loại có tính dẻo.
Những kim loại có tính dẻo hơn cả là Au, Ag, Al, Cu, Sn..
Người ta có thể dát được những lá vàng mỏng tới mm và ánh sáng có thể đi qua được.
2. Tính dẫn điện
Nối kim loại với nguồn điện, các electron tự do trong kim loại chuyển động thành dòng. Nhiệt độ của kim loại càng cao thì tính dẫn điện của kim loại càng giảm. Hiện tượng này được giải thích như sau: ở nhiệt độ cao, tốc độ dao động của các ion dương kim loại càng lớn, sự chuyển động của dòng electron tự do càng bị cản trở.
Những kim loại khác nhau có tính dẫn điện khác nhau là do mật độ electron tự do của chúng không giống nhau. - Kim loại dẫn điện tốt nhất là Ag, tiếp theo là Cu, Au, Al, Na, W, Fe, Cr, Pb .
- Bạᴄ là kim loại đứng đầu ᴠề khả năng dẫn điện. Tuу đứng đầu ᴠề khả năng dẫn điện nhưng ᴠì bạᴄ là kim loại ᴄó giá thành đắt đỏ ᴠì thế người ta không ѕử dụng bạᴄ ᴄho ngành ᴄông nghiệp điện, thaу ᴠào đó bạᴄ đượᴄ dùng để làm đồ trang ѕứᴄ, đúᴄ tiền hoặᴄ tráng gương
- Nằm ở ᴠị trí thứ 2 ᴠề khả năng dẫn điện đó là đồng. Đồng là kim loại mềm rất dễ uốn ᴠà tạo hình, do ᴠậу đồng đượᴄ хem là ᴠật ᴄhất ᴄhế tạo dâу dẫn điện phổ biến nhất. Đồng đượᴄ хem là ᴄhất ᴄhế tạo dâу dẫn điện tốt nhất.
- Nằm ở ᴠị trí thứ 3 đứng ѕau đồng đó ᴄhính là ᴠàng. Vàng là kim loại quý, có giá thành cao, bền với môi trường nên nó đượᴄ đùng để làm đơn ᴠị trao đổi tiền tệ ᴠà trang ѕứᴄ. Tiếp theo vàng là Al, Na, W, Fe, Cr, Pb .
3. Tính dẫn nhiệt
Độ dẫn nhiệt của kim loại là thước đo khả năng dẫn nhiệt của kim loại đó. Hay nói cách khác, đây chính là tính truyền nhiệt của kim loại khi nó bị làm lạnh hoặc đốt nóng.
Đốt nóng một đây kim loại, những electron tự do ở đây di chuyển nhanh hơn. Trong quá trình chuyển động, những electron này truyền năng lượng cho các ion dương ở vùng có nhiệt độ thấp hơn, vì vậy kim loại dẫn nhiệt được.
Nói chung những kim loại nào dẫn điện tốt thì dẫn nhiệt tốt.
- Những kim loại khác nhau có khả năng dẫn nhiệt không giống nhau.
- Tính dẫn nhiệt của các kim loại giảm theo thứ tự Ag, Cu, Al, Zn, Fe,
4. Ánh kim
Hầu hết kim loại đều có ánh kim, vì các electron tự do trong kim loại đã phản xạ tốt những tia sáng có bước sóng mà mắt ta có thể nhìn thấy được
Tóm lại, những tính chất của kim loại nói trên là do electron tự do trong kim loại tạo ra.
II. TÍNH CHẤT KHÁC CỦA KIM LOẠI
1. Tỉ khối
Những kim loại khác nhau có tỉ khối khác nhau rõ rệt.
Ví dụ kim loại nhẹ nhất là Li (0,5), kim loại nặng nhất nhất là Os (22,6)
Quy ước những kim loại có tỉ khối nhỏ hơn 5 là kim loại nhẹ, như Na, K, Mg, Al..
Những kim loại có tỉ khối lớn hơn 5 là kim loại nặng, như Fe, Zn, Cu, Ag, Au
2. Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ của kim loại loại cũng khác nhau. Kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất là Hg (-390C), Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất là W (34220C)
3. Tính cứng
Những kim loại khác nhau có tính cứng khác nhau.
Có kim loại mềm như sáp, dùng dao cắt được dễ dàng như Na, K, Rb, Cs. Cs là kim loại mềm nhất.
Ngược lại có kim loại rất cứng không thể dũa được như W, Cr. Cr là kim loại cứng nhất.
Những tính chất: tỉ khối, nhiệt độ nóng chảy, tính cứng của kim loại phụ thuộc chủ yếu vào bán kính và điện tích ion, khối lượng nguyên tử, mật độ electron tự do trong kim loại.
Bài tập vận dụng:
Câu 1: Trong tất cả các kim loại sau đây, kim loại nào dẫn điện tốt nhất?
A. Vàng (Au)
B. Bạc (Ag)
C. Đồng (Cu)
D. Nhôm (Al)
Câu 2: Trong tất cả các kim loại sau đây, kim loại nào có nhiệt độ nóng chảy cao nhất?
A. Vonfam (W)
B. Đồng (Cu)
C. Sắt (Fe)
D. Kẽm (Zn)
Câu 3: Trong tất cả các kim loại sau đây, kim loại nào dẻo nhất?
A. Đồng (Cu)
B. Nhôm (Al)
C. Bạc (Ag)
D. Vàng (Au)
Câu 4: Kim loại nào sau đây nhẹ nhất (có khối lượng riêng nhỏ nhất) ?
A. Liti (Li)
B. Na (Natri
C. Kali (K)
D. Rubiđi (Rb)
Câu 5: Kim loại được dùng làm vật liệu chế tạo vỏ máy bay do có tính bền và nhẹ, đó là kim loại:
A. Na
B. Zn
C. Al
D. K
Câu 6: Kim loại được dùng làm đồ trang sức vì có ánh kim rất đẹp, đó là các kim loại:
A. Ag, Cu
B. Au, Ag
C . Au, Al
D. Ag, Al
Câu 7: Kim loại đã được tìm ra cách đây hơn 6000 năm, đó là kim loại:
A. Nhôm
B. Kẽm
C. Sắt
D. Đồng
Câu 8: 1 mol nhôm ( nhiệt độ, áp suất trong phòng thí nghiệm ), khối lượng riêng 2,7 g/ cm3 , có thể tích tương ứng là:
A. 10 cm3
B. 11 cm3
C. 12cm3
D. 13cm3
Câu 9: 1 mol kali ( nhiệt độ áp suất trong phòng thí nghiệm ), khối lượng riêng 0,86 g/ cm3, có thể tích tương ứng là:
A. 50 cm3
B. 45,35 cm3
C. 55, 4cm3
D. 45cm3
Câu 10: 1 mol đồng ( nhiệt độ áp suất trong phòng thí nghiệm ), thể tích 7,16 cm3, có khối lượng riêng tương ứng là:
A. 7,86 g/cm3
B. 8,3g/cm3
C. 8,94g/cm3
D. 9,3g/cm3
ĐÁP ÁN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B
A
D
A
C
B
D
A
B
C
III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
1. TÁC DỤNG VỚI PHI KIM
a. Tác dụng với oxi
- Kim loại (trừ Au, Ag, Pt) tác dụng với oxi tạo oxit.
2Cu + O2 CuO
3Fe + O2 Fe3O4
b. Tác dụng với phi kim khác
- Tác dụng với Cl2: tạo muối clorua (kim loại có hóa trị cao nhất)
Cu + Cl2 CuCl2
2Al + 3Cl2 2AlCl3
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Nếu Fe dư:
Fedư + 2FeCl3 → 3FeCl2
- Tác dụng với lưu huỳnh: khi đun nóng tạo muối sunfua (trừ Hg xảy ra ở nhiệt độ thường)
Cu + S CuS
Fe + S FeS
Hg + S → HgS
=> Khi cần gom thủy ngân dùng bột thủy ngân tuyệt đối không để tay tiếp xúc trực tiếp với thủy ngân.
VD: vỡ cặp nhiệt độ
2. TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH AXIT (HCl, H2SO4 loãng.)
Fe + HCl → FeCl2 + H2
Zn + H2SO4 loãng → ZnSO4 + H2
Chú ý: Khi cho các kim loại đứng trước H phản ứng với dung dịch muối axit NaHSO4 hoặc KHSO4 thì đều có khí H2 thoát ra.
Fe + 2NaHSO4 → FeSO4 + Na2SO4 + H2
Chú ý: Với axit H2SO4 đặc, nóng.
2Ag + H2SO4 (đặc) Ag2SO4 + SO2 + 2H2O
2Al + 6H2SO4 (đặc) Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Với H2SO4 đặc nguội và HNO3 đặc nguội: Al, Fe, Cr bị thụ động hóa (Không phản ứng).
3. TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Chú ý:
- Khi cho Mg, Al, Zn vào dung dịch muối sắt (III) thì thứ tự phản ứng là:
Mg + 2FeCl3 → MgCl2 + 2FeCl2
Mg(dư) + FeCl2 → MgCl2 + Fe
- Fe phản ứng với dung dịch AgNO3 thì thứ tự phản ứng là:
Fe + 2AgNO3 → Fe(NO3)2 + 2Ag
Fe(NO3)2 + AgNO3 (dư) → Fe(NO3)3 + Ag
- Fe và Cu đều phản ứng với dung dịch muối sắt (III):
Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2
Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2
- Nếu cho kim loại kiềm, kiềm thổ vào dung dịch muối thì phản ứng đầu tiên là kim loại phản ứng với nước.
- Kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn (trừ Na, K, Ca, Ba) có thể đẩy kim loại hoạt động yếu hơn ra khỏi dung dịch muối, tạo thành muối mới và kim loại mới.
IV. DÃY HOẠT ĐỘNG HÓA HỌC VÀ DÃY ĐIỆN HÓA CỦA KIM LOẠI.
1. Dãy hoạt động hóa học của kim loại là gì?
- Dãy hoạt động hóa học của kim loại là dãy các kim loại được sắp xếp theo chiều giàm dần mức độ hoạt động hóa học của chúng.
- Dãy hoạt động hóa học của kim loại.
K Ba Ca Na
Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb
H
Cu Hg Ag Pt Au
Tan trong nước ở nhiệt độ thường
- Không tan trong nước ở nhiệt độ thường
- Tan trong axit HCl, H2SO4 loãng
- Không tan trong nước ở nhiệt độ thường
- Không tan trong axit HCl, H2SO4 loãng
2. Ý nghĩa của dãy hoạt động hóa học của kim loại
a. Mức độ hóa học của các kim loại giảm dần từ trái sang phải
K là kim loại hoạt động mạnh nhất và Au là kim loại hoạt động kém nhất.
b. Kim loại đứng trước Mg (K, Ba, Ca, Na) phản ứng được với nước ở nhiệt độ thường.
2 Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2
c. Kim loại đứng trước H tác dụng với dung dịch axit (HCl; H2SO4 loãng,.) tạo ra H2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 ↑
Cu + 2HCl → không phản ứng (vì Cu đứng sau H)
d. Kim loại không tan trong nước ở nhiệt độ thường đẩy được kim loại đứng sau nó ra khỏi dung dịch muối.
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag
Chú ý: Khi cho Na vào dung dịch CuCl2 thì:
+ Na phản ứng với nước trước: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
+ Sau đó xảy ra phản ứng: CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2Ag
3. Dãy điện hóa của kim loại.
Dãy điện hóa chuẩn của kim loại là dãy những cặp oxy hóa-khử của kim loại được sắp xếp theo chiều thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hóa-khử tăng dần.
Dưới đây là dãy điện hóa của một số kim loại thông dụng:
K+/K
Ba2+/Ba
Ca2+/Ca
Na+/Na
Mg2+/Mg
Al3+/Al
Zn2+/Zn
Fe2+/Fe
Ni2+/Ni
Sn2+/Sn
Pb2+/Pb
H+/H2
Cu2+/Cu
Fe3+/
Fe2+
Ag+/Ag
Au3+/Au
V. ĂN MÒN KIM LOẠI VÀ BẢO VỆ KIM LOẠI KHÔNG BỊ ĂN MÒN
1. Sự ăn mòn kim loại là gì?
- Ăn mòn kim loại là sự phá hủy kim loại, hợp kim trong môi trường tự nhiên.
- Nguyên nhân: do kim loại tác dụng với những chất mà nó tiếp xúc trong môi trường (nước, không khí, đất)
2. Những yếu tố ảnh hưởng đến sự ăn mòn kim loại
a. Ảnh hưởng của các chất có trong môi trường
- Sự ăn mòn kim loại không xảy ra hoặc xảy ra nhanh hay chậm phụ thuộc vào các chất có trong môi trường
Ví dụ:
+ Đinh sắt trong không khí khô không bị ăn mòn
+ Đinh sắt trong nước có hòa tan oxi bị ăn mòn chậm
+ Đinh sắt trong dung dịch muối ăn bị hòa tan nhanh
+ Đinh sắt trong nước cất không bị ăn mòn
b. Ảnh hướng của nhiệt độ
- Ở nhiệt độ cao sẽ làm cho sự ăn mòn xảy ra nhanh hơn
3. Những biện pháp bảo vệ kim loại không bị ăn mòn
a.Ngăn không cho kim loại tiếp xúc với môi trường
Bằng cách phủ lên bề mặt kim loại một lớp bền vững môi trường: sơn mạ, tráng men, bôi dầu mỡ
Để đồ vật nơi khô ráo, thường xuyên lau chùi sạch sẽ sau khi sử dụng cũng làm cho kim loại bị ăn mòn chậm hơn
Ví dụ:
+ Thép được bôi dầu mỡ
+ Sơn chống ăn mòn kết cấu thép các công trình trên biển
b. Chế tạo các hợp kim ít bị ăn mòn
Chế tạo hợp kim ít bị ăn mòn: inox, hợp kim nhôm
Ví dụ: Cho thêm vào thép một số kim loại như crom, niken làm tăng độ bền của thép
4. Bài tập vận dụng
Bài 1:
Chất nào sau đây trong khí quyển không gây ra sự ăn mòn kim loại
A. O2
B. CO2
C. H2O
D. N2
Bài 2:
Các dụng cụ như: cuốc, xẻng, dạo, búa khi lao động xong con người ta phải lau, chùi (vệ sinh) các thiết bị này. Việc làm này nhằm mục đích đúng nhất là:
A. Thể hiện tính cẩn thận của người lao động
B. Làm các thiết bị không bị gỉ
C. Để cho mau bén
D. Để sau này bán lại không bị lỗ
Bài 3:
Hãy cho biết kết luận nào sau đây đúng?
A. Ăn mòn hóa học là một quá trình oxi hóa-khử trong đó kim loại là chất bị ăn mòn
B. Ăn mòn hóa học xảy ra tại bề mặt kim loại
C. Ăn mòn hóa học càng mạnh khi nồng độ chất ăn mòn càng lớn và nhiệt độ càng cao
D. Cả A, B, C đều đúng
Bài 4:
Phản ứng hoá học nào xảy ra sự ăn mòn kim loại ?
A.Phản ứng trao đổi.
B.Phản ứng oxi hoá – khử.
C Phản ứng thủy phân.
D.Phản ứng axit – bazơ.
Bài 5:
Kim loại nào sau đây có khả năng tự tạo ra màng oxit bảo vệ khi để ngoài không khí ẩm ?
A. Al.
B. Fe.
C. Ca.
D. Na.
Bài 6:
Một sợi dây phơi quần áo gồm một đoạn dây đồng nối với một đoạn dây thép. Hiện tượng nào sau đây xảy ra ở chỗ nối hai đoạn dây khi để lâu ngày?
A. Sắt bị ăn mòn.
B. Sắt và đồng đều bị ăn mòn.
C. Đồng bị ăn mòn.
D. Sắt và đồng đều không bị ăn mòn.
Bài 7:
Đinh sắt bị ăn mòn nhanh nhất trong trường hợp nào sau đây?
A. Ngâm trong dung dịch HCl.
B. Ngâm trong dung dịch HgSO4.
C. Ngâm trong dung dịch H2SO4 loãng .
D. Ngâm trong dung dịch H2SO4 loãng có nhỏ thêm vài giọt dung dịch CuSO4.
Bài 8:
Sắt tây là sắt tráng thiếc. Nếu lớp thiếc bị xước sâu tới lớp sắt thì kim loại bị ăn mòn trước là :
A. thiếc.
B. Sắt .
C. Cả hai đều bị ăn mòn như nhau.
D. không kim loại nào bị ăn mòn.
Bài 9:
Sau một ngày hoạt động, người ta phải làm vệ sinh bề mặt kim loại của các thiếc bị máy móc, dụng cụ lao động. Việc làm này có mục đích chính là gì ?
A. Để kim loại sáng bóng đẹp mắt.
B. Để không gây ô nhiễm môi trường.
C. Để không làm bẩn quần áo khi làm việc.
D. Để kim loại đỡ bị ăn mòn.
Bài 10:
Một số hoá chất được để trên ngăn tủ có khung bằng kim loại. Sau một thời gian, người ta thầy khung kim loại bị gỉ. Hoá chất nào dưới đây có khả năng gây ra hiện tượng trên?
A. Ancol etylic.
B. Dây nhôm.
C. Dầu hoả.
D. Axit clohidric.
Bài 11:
Sự phá huỷ kim loại hay hợp kim do kim loại tác dụng trực tiếp với các chất oxi hoá trong môi trường được gọi là :
A. sự khử kim loại.
B. sự tác dụng của kim loại với nước.
C. sự ăn mòn hóa học.
D. sự ăn mòn điện hoá học.
Bài 12:
Hãy cho biết kết luận nào sau đây ĐÚNG ?
A. ăn mòn hoá học là một quá trình oxi hóa-khử trong đó kim loại là chất bị ăn mòn.
B. ăn mòn hoá học càng mạnh khi nồng độ chất ăn mòn càng lớn và nhiệt độ càng cao.
C. ăn mòn hoá học xảy ra tại bề mặt của kim loại.
D. Cả A, B, C đều đúng.
Bài 13:
Phát biểu nào sau đây KHÔNG đúng ?
A. Ăn mòn kim loại là sự hủy hoại kim loại và hợp kim dưới tác dụng của môi trường xung quanh.
B. Ăn mòn kim loại là một quá trình hóa học trong đó kim loại bị ăn mòn bởi các axit trong môi trường không khí.
C. Trong quá trình ăn mòn, kim loại bị oxi hóa thành ion của nó.
D. Ăn mòn kim loại được chia làm hai dạng : ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa học
Bài 14:
Khi cho vài giọt dung dịch CuCl2 vào dung dịch HCl đã nhúng sẵn một thanh Al. Hãy cho biết hiện tượng nào sẽ xảy ra sau đó :
A. Khí H2 ngừng thoát ra.
B. Khí H2 thoát ra chậm dần.
C. Khí H2 thoát ra nhanh dần.
D. Khí H2 thoát ra với tốc độ không đổi.
Bài 15:
Để bảo vệ thép, người ta tiến hành tráng lên bề mặt thép một lớp mỏng thiếc. Hãy cho biết phương pháp chống ăn mòn kim loại trên thuộc vào phương pháp nào sau đây?
A. điện hóa
B. tạo hợp kim không gỉ.
C. bảo vệ bề mặt
D. dùng chất kìm hãm.
Bài 16:
Chất nào sau đây trong khí quyển KHÔNG gây ra sự ăn mòn kim loại ?
A. O2
B. CO2
C. H2O
D. N2
Bài 16: “ăn mòn kim loại “ là sự phá huỷ kim loại do :
A. Tác dụng hoá học của các chất trong môi trường xung quanh.
B. Kim loại phản ứng hoá học với chất khí hoặc hơi nước ở nhiệt độ cao.
C. Kim loại tác dụng với dung dịch chất điện ly tạo nên dòng diện.
D. Tác động cơ học.
Bài 17:
Đốt thanh hợp kim Fe -C trong khí oxi, hãy cho biết quá trình ăn mòn nào đã xảy ra?
A. Điện hóa
B. hóa học
C. Cả 2 loại
D. Không xảy ra.
Bài 18:
Cho thanh kim loại Mg nhúng vào 100 ml dung dịch muối sunfat của kim loại R nồng độ 1M, sau khối lượng phản ứng hoàn toàn thấy khối lượng thanh kim loại R tăng 4 gam. Hãy xác định công thức của muối sunfat ?
A. CuSO4
B. Fe2(SO4)3
C. FeSO4
D. cả A, B đều đúng.
Bài 19:
Nhúng thanh hợp kim Zn-Fe trong dung dịch HCl và thanh sắt tráng Zn vào các dung dịch HCl có cùng nồng độ và thể tích. Hãy cho biết khí thoát ra ở thí nghiệm nào mạnh hơn?
A. thanh hợp kim
B. thanh sắt tráng kẽm
C. bằng nhau
D. không xác định.
Bài 20:
Cho m gam hỗn hợp X gồm Cu, Ni, Mg vào dung dịch HCl dư thu được 0,2 mol khí H2 và còn lại 3,2 gam chất rắn không tan. Hãy cho biết nếu cho toàn bộ m gam hỗn hợp trên vào dd H2SO4 đặc, nóng thu được bao nhiêu mol khí SO2?
A. 0,2 mol B. 0,225 mol C. 0,25 mol D. 0,275 mol
Đáp án
1D
2B
3A
4B
5A
6A
7D
8B
9D
10D
11C
12A
13B
14C
15C
16A
17B
18D
19A
20C
VI. HỢP KIM CỦA 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.
1. 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 dòn hơn sắt.
- Phân loại gang: gang trắng và gang xám.
+ Gang xám: Chứa nhiều C và S, ít cứng và kém giòn hơn gang trắng, dùng chế tạo máy, ống dẫn nước. Gang xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước,
+ Gang trắng: Chứa ít C, rất ít Si, chứa nhiều xementit (Fe3C), cứng và giòn, dùng luyện thép. Gang trắng dùng để luyện thép
2. 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
-Phân loại thép: thép thường và thép đặc biệt
+ Thép thường: chứa rất ít S, P, dùng làm cốt thép (trong bê tông)
+ Thép đặc biệt: chứa thêm các nguyên tố khác như Si, Mn, Cr, Ni,W, có tính chất cơ học, vật lý rất tốt
3. Sản xuất gang
a) Nguyên liệu sản xuất gang là quặng sắt, thí dụ quặng manhetit (chứa Fe304), quặng hematit; than cốc (than đã được tinh chế); không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi CaCO3,...
b) Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.
c) Quá trình sản xuất gang trong lò luyện kim (lò cao).
- Phản ứng tạo thành khí CO:
C + O2 CO2
C + CO2 2CO
- Dùng CO khử quặng sắt ở phần thân lò, phần giữa thân lò nhiệt độ khoảng 500-6000C
3CO + Fe2O3 2Fe + 3CO2
4CO + Fe3O4 3Fe + 4CO2
Sắt nóng chảy hòa tan một ít cacbon và một số nguyên tố khác tạo thành gang.
- Phản ứng tạo xỉ: ở phần bụng lò, nhiệt độ khoảng 10000C
Đá vôi bị phân hủy thành CaO, kết hợp với SiO2 có trong quặng tạo thành xỉ.
CaCO3 CaO + CO2
CaO + SiO2 → CaSiO3
Xỉ nhẹ nổi lên trển và được đưa ra ở cửa tháo xỉ.
4. Sản xuất thép
a) Nguyên liệu sản xuất thép:
+ Gang trắng hoặc gang xám, sắt phế liệu
+ Dầu mazut hoặc khí đốt
+ Khí oxi
b) Nguyên tắc sản xuất thép: Oxi hóa các tạp chất C, S, Si, Mn,, có trong gang thành oxi rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.
c) Các phương pháp luyện thép
* Phương pháp Bet-xơ-me: Quá trình luyện thép được thực hiện trong lò Bet-xơ-me
- Oxi nén dưới áp suất 10atm được thổi trên bề mặt và trong lòng gang nóng chảy, do vậy oxi đã oxi hóa rất mạnh những tạp chất trong gang và thành phần các chất trong thép được trộn đều.
- Ngày nay có khoảng 80% thép được sản xuất bằng phương pháp này.
- Ưu điểm:
+ Các phản ứng xảy ra bên trong khối gang tỏa rất nhiều nhiệt
+ Thời gian luyện thép ngắn
+ Lò cỡ lớn có thể luyện được 300 tấn thép trong thời gian 45 phút.
Thổi oxi vào gang nóng chảy thì các tạp chất bị oxi hóa:
- C và S chuyển thành khí CO2, SO2 thoát khỏi gang:
C + O2 → CO2
S + O2 → SO2
- Si và P chuyển thành oxit axit là SiO2 và P2O5 khó bay hơi:
Si + O2 →SiO2
4P + 5O2 → 2P2O5
SiO2, P2O5 sẽ tác dụng với CaO tạo CaSiO3, Ca3(PO4)2. Các muối sinh ra dễ nóng chảy, nhẹ hơn thép lỏng, nổi lên trên, được tách ra
3CaO + P2O5 →Ca3(PO4)2
CaO + SiO2 → CaSiO3
* Phương pháp Mac-tanh (Lò bằng)
Nhiên liệu là khí đốt hoặc dầu cùng với không khí và oxi được phun vào lò để oxi hóa các tạp chất trong gang.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể kiểm soát được tỉ lệ các nguyên tố trong thép và bổ sung các nguyên tố cần thiết khác như Mn, Ni, Cr, Mo, W, V,... Do vậy, có thể luyện được những loại thép có chất lượng cao.
Mỗi mẻ thép ra lò có khối lượng chừng 300 tấn trong thời gian từ 5 − 8 giờ. Khoảng 12 − 15% thép trên thế giới được sản xuất theo phương pháp này.
* Phương pháp lò điện
Trong lò điện, các thanh than chì là một điện cực, gang được dùng như là điện cực thứ hai. Hồ quang sinh ra giữa chúng tạo được nhiệt độ cao hơn và dễ điều chỉnh hơn so với các loại lò trên. Do vậy phương pháp lò hồ quang điện có ưu điểm là luyện được những loại thép đặc biệt mà thành phần có những kim loại khó nóng chảy như vonfam (33500C) molipđen (26200C), crom (18900C) và loại được hầu hết những nguyên tố có hại cho thép như lưu huỳnh , photpho. Nhược điểm của lò hồ quang điện là dung tích nhỏ nên khối lượng mỗi mẻ thép ra lò không lớn.
B. BÀI TẬP VỀ KIM LOẠI
Bài 1. Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm Mg, Cu và Al tác dụng hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp Y gồm các oxit có khối lượng 3,33 gam. Tính thể tích HCl vừa đủ để tác dụng hết với Y?
Giải:
PTHH: (1) 2Mg + O2 2MgO
(2) 2Cu + O2 2CuO
(3) 4Al + 3O2 2Al2O3
(4) MgO + 2HCl MaCl2 + H2O
(5) CuO + 2HCl CuCl2 + H2O
(6) Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O
Theo bài ra ta có:
Gọi số mol Mg, Cu, Al lần lượt là a, b và c.
Theo PTHH (1), (2), (3) :
Theo PTHH (4), (5), (6):
Bài 2. Cho 11,2 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm Cl và Oxi tác dụng vừa hết với 16,98 gam hỗn hợp Y gồm Mg và Al tạo ra 42,34 gam hỗn hợp các muối và oxit của hai kim loại. tính %khối lượng các kim loại trong hỗn hợp Y?
Giải:
Ta có:
Gọi x, y là số mol của Cl2 và O2 trong X, ta có:
Gọi a, b là số mol của hai kim loại trong Y, ta có:
Bài 3. Cho hỗn hợp A gồm Al, Zn, Mg. đem oxi hóa hoàn toàn 28,6 gam A thu được 44,6 gam hỗn hợp oxit B. hòa tan hết B trong dung dịch HCl thu được dung dịch D. cô cạn D thu được m gam muối khan E. tính m?
Giải:
PTHH: (1) 2Mg + O2 2MgO
(2) 2Zn + O2 2ZnO
(3) 4Al + 3O2 2Al2O3
(4) MgO + 2HCl MaCl2 + H2O
(5) ZnO + 2HCl ZnCl2 + H2O
(6) Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O
Theo bài ra:
Mỗi phân tử oxit chuyển thành muối => 1.O được thay thế bởi 2.Cl
Vậy khối lượng muối E:
Bài 4. Trộn 5,6 gam Fe với 2,4 gam S rồi nung (trong điều kiện không có oxi) thu được hỗn hợp rắn M. cho M tác dụng với dung dịch HCl dư giải phóng hỗn hợp khí X và còn lại một phần không tan G. để đốt cháy hết hỗn hợp X và G cần V lít O2 (đktc). Tính V?
Giải:
PTHH: Fe + S FeS (1)
Hỗn hợp M tác dụng HCl cho hỗn hợp khí, và còn dư chất rắn. chứng tỏ phản ứng (1) không hoàn toàn.
Fe + 2HCl FeCl2 + H2 (2)
FeS + 2HCl FeCl2 + H2S (3)
S + O2 SO2 (4)
2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 (5)
2H2 + O2 2H2O (6)
Gọi số mol FeS trong M là a mol
Theo PTHH ta có:
lít
Bài 5. Hỗn hợp X (gồm m1 gam bột Fe và m2 gam bột S trộn đều) đem nung ở nhiệt độ cao không có mặt oxi thu được hỗn hợp Y. Hòa tan Y bằng dung dịch HCl dư thu được 0,8 gam chất rắn A, dung dịch B và khí D (có tỉ khối so với H2 bằng 9). Dẫn khí D lội từ từ qua dung dịch CuCl2 dư thấy tạo thành 9,6 gam kết tủa. Tính m1 và m2.
Giải:
PTHH: Fe + S FeS (1)
Hỗn hợp M tác dụng HCl cho hỗn hợp khí, và còn dư chất rắn. chứng tỏ phản ứng (1) không hoàn toàn.
Fe + 2HCl FeCl2 + H2 (2)
FeS + 2HCl FeCl2 + H2S (3)
H2S + CuCl2 CuS + 2HCl (4)
Ta có: ms(dư) = mA=0,8 gam;
Khí D có tỉ khối hơi so với H2 bằng 9:
Theo PTHH:
Bài 6.: Đốt cháy 61,6 gam Fe trong 20,16 lít hỗn hợp khí X gồm Cl2 và O2, sau phản ứng thu được 102,1 gam hỗn hợp Y gồm các oxit và muối clorua (không còn khí dư). Hòa tan Y bằng lượng vừa đủ dung dịch HCl thu được dung dịch Z. Cho dung dịch AgNO3 dư vào Z, thu được m gam kết tủa. Tính giá trị của m.
Hướng dẫn giải
PTHH
2Fe + 3Cl2 2FeCl3
2xFe + yO2 2FexOy
FexOy + 2yHCl xFeCl2y/x + yH2O
3AgNO3 + FeCl3 3AgCl + Fe(NO3)3
3xAgNO3 + xFeCl2y/x 2yAgCl + xFe(NO3)3+ (3x-2y)Ag
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có
Gọi số mol của Cl2 và O2 lần lượt là a và b mol
Giải hệ (I) và (II) ta được
Theo các pthh
Theo sự bảo toàn hóa trị
Bài 7.: Cho 11,2 gam một kim loại M tác dụng với khí clo dư thu được 32,5 gam muối.
a) Xác định kim loại M.
b) Cần bao nhiêu gam dung dịch HCl 36,5% để phản ứng với KMnO4 dư để điều chế được lượng clo đã phản ứng ở trên.
Hướng dẫn giải
Gọi hóa trị của kim loại M cần tìm là a
Phản ứng hóa học xảy ra: 2M + aCl2 2MCla (1)
Theo phản ứng, ta có:
Dễ thấy, với a = 3, suy ra M = 56 (gam/mol)
Vậy kim loại M cần tìm là sắt (Fe).
Số mol khí clo đã dùng ở phản ứng (1) là:
Phản ứng điều chế khí clo từ KMnO4 và HCl:
2KMnO4 + 16HCl (đặc) 2KCl + MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O
Số mol axit HCl cần dùng là:
Khối lượng dung dịch axit HCl 36,5% cần dùng là:
Bài 8. Hòa tan hoàn toàn 10,24 gam Cu vào 63 gam dung dịch HNO3 60% thu được dung dịch X chỉ gồm muối nitrat kim loại và axit dư. Cho X tác dụng hoàn toàn với 400 ml dung dịch NaOH 1M, sau đó lọc bỏ kết tủa được dung dịch Y. Cô cạn Y được chất rắn Z. Nung Z đến khối lượng không đổi, thu được 26,44 gam chất rắn.
a. Tính số mol HNO3 đã phản ứng với Cu.
b. Tính nồng độ phần trăm của Cu(NO3)2 trong dung dịch X
Hướng dẫn giải
1.
a. PTHH:
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O + khí (1)
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O (2)
0,04 0,04 (mol)
Cu(NO3)2 + 2NaOH → Cu(OH)2 + 2NaNO3 (3)
0,16 0,32 0,32 (mol)
2NaNO3 2NaNO2 + O2 (4)
; ;
Nung Z đến khối lượng không đổi, chất rắn thu được gồm: NaNO2 và NaOH dư.
Đặt x, y lần lượt là số mol của NaNO2 và NaOH dư trong 26,44 gam chất rắn.
Ta có: 69x + 40y = 26,44 (*)
Theo PTHH 2, 3, 4, ta có:
Ta có: Þ x + y = 0,4 (**)
Từ (*) và (**) Ta có hệ phương trình:
Þ
Theo PTHH (3), số mol NaOH phản ứng với Cu(NO3)2 là 0,32 mol
Þ Số mol NaOH phản ứng với HNO3 dư là: 0,4 – 0,32 – 0,04 = 0,04 (mol)
Theo PTHH (2), Số mol HNO3 dư là: 0,04 mol.
Vậy số mol HNO3 pản ứng với C là: 0,6 – 0,04 = 0,56 (mol)
b. Áp dụng định luật BTKL cho phản ứng 1, ta có:
Þ
Khối lượng dung dịch X:
mdd X = 10,24 + 63 – 10,4 = 62,84 (gam)
Nồng độ % của Cu(NO3)2 trong dung dịch X:
Bài 9. Hỗn hợp X gồm 2 kim loại Mg, Zn; Y là dung dịch H2SO4 có nồng độ a mol/l.
- Trường hợp 1: Cho 24,3 gam X vào 2 lít Y sinh ra 8,96 lít H2 (đktc).
- Trường hợp 2: Cho 24,3 gam X vào 3 lít Y sinh ra 11,2 lít H2 (đktc).
a. Hãy chứng minh trường hợp 1 thì X chưa tan hết, trong trường hợp 2 thì axit còn dư.
b. Tính nồng độ mol/l của dung dịch Y và khối lượng mỗi kim loại trong X.
Hướng dẫn giải
Các phản ứng xảy ra: Mg + H2SO4 ® MgSO4 + H2 ↑
Zn + H2SO4 ® ZnSO4 + H2 ↑
Nhận xét: Với lượng 23,4 gam X không đổi ở 2 trường hợp.
Trong trường hợp 2 dùng lượng axit gấm 3/2 lần (1,5 lần) lượng axit ở thí nghiệm 1 và lượng khí thoát ra chỉ gấp 11,2 : 8,96 = 5/4 lần (1,25 lần).
Vì vậy, trong trường hợp 1 thì X chưa tan hết, trong trường hợp 2 thì axit còn dư.
b.
+ Đặt x, y lần lượt là số mol của Mg và Zn.
Þ (1)
+ Vì trong trường hợp 1: axit hết, kim loại còn dư nên ta dựa vào trường hợp này để tính nồng độ:
+ Bảo toàn nguyên tố H, ta có:
Þ
+ Vì trong trường hợp 2: axit còn dư, kim loại tan hết nên ta dựa vào trường hợp này để tính khối lượng mỗi kim loại.
Mg + H2SO4 ® MgSO4 + H2 ↑
x x x x (mol)
Zn + H2SO4 ® ZnSO4 + H2 ↑
y y y y (mol)
Þ (2)
Từ (1) và (2) Þ x = 0,2 và y = 0,3
Khối lượng của Mg:
Khối lượng của Zn:
Bài 10. Cho m gam Fe tác dụng hết với H2SO4 đặc, nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được (gam) khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X. Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào X thuđược (m + 133,5) gam kết tủa. Tính giá trị của m.
Hướng dẫn giải
mol ;
2Fe + 6H2SO4 đặc, nóng → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
2 3
→
Ta có → Fe dư =
Fe + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4
Fe2(SO4)3 dư
→ số mol Fe2(SO4)3dư =
X tác dụng với Ba(OH)2 dư
FeSO4 + Ba(OH)2 → BaSO4 + Fe(OH)2
Fe2(SO4)3 + 3Ba(OH)2 → 3BaSO4 + 2Fe(OH)3
Ta có :
Bài 11: X là kim loại thuộc phân nhóm IIA trong bảng hệ thống tuần hoàn (nhóm kim loại kiềm thổ). Cho 1,7 gam hỗn hợp gồm kim loại X và Zn tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, sinh ra 0,672 lít khí H2 (ở đktc). Mặt khác, khi cho 1,9 gam X tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 loãng, thì thể tích khí hiđro sinh ra chưa đến 1,12 lít khí (ở đktc). Xác định kim loại X. Tính phần trăm khối lượng của X trong 1,7 gam hỗn hợp trên.
Hướng dẫn giải:
Cho 1,7 gam hỗn hợp gồm kim loại X (a mol) và Zn (b mol)
X + 2HCl XCl2 + H2
a a mol
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2
b b mol
a + b = 0,03 (1)
1,9 gam X tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 loãng
38 (2)
Từ (1), (2) ta có: 38 < < 56.67 < 65
Vậy X là Ca
Phần trăm khối lượng X
a + b = 0,03
a = 0,01; b = 0,02 mol % mX = 23,53 %
40a + 65b = 1,7
Bài 12: Hỗn hợp A gồm Mg, Al, Fe, Zn. Cho 2 gam hỗn hợp A tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 0,1 gam khí H2. Mặt khác, cho 2 gam hỗn hợp A tác dụng với khí clo dư thu được 5,763 gam hỗn hợp muối. Tính phần trăm khối lượng của Fe trong hỗn hợp A
Hướng dẫn giải:
Theo bài ra ta có:
Mg + 2HCl MgCl2 + H2(1)
Fe + 2HCl FeCl2 + H2(2)
2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2(3)
Zn + 2HClZnCl2 + H2(4)
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: 2 + 2.0,05.36,5 = mmuối + 0,1 mmuối = 5,55gam
Mg + Cl2 MgCl2(5)
2Fe + 3Cl22FeCl3(6)
2Al + 3Cl22AlCl3(7)
Zn + Cl2ZnCl2(8)
Ta thấy có sự chênh lệch về khối lượng muối clorua ở 2 thí nghiệm, phần chênh lệch đó là do muối FeCl2 và FeCl3. Vậy
mCl chênh lệch = 5,763 – 5,55 = 0,213 gam
nFe = nCl chênh lêch = 0,006 mol
Bài 13: Cho m gam kim loại Fe tan hết trong dung dịch HNO3 25,2%, sau phản ứng hoàn toàn thu được 0,672 lít khí NO (đkc) là sản phẩm khử duy nhất của N trong HNO3. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 7,82 gam muối khan.
Viết phương trình phản ứng xảy ra. Tính giá trị của m và tính nồng độ phần trăm của muối trong dung dịch sau phản ứng.
Hướng dẫn giải

Tài liệu đính kèm:

tai_lieu_36_chuyen_de_boi_duong_hoc_sinh_gioi_hoa_hoc_lop_9.docx