Sắt và hợp kim của sắt

Sắt và hợp kim của sắt

4.5/5

Tác giả: Thầy Tùng

Đăng ngày: 19 Aug 2022

Lưu về Facebook:
Hình minh họa Sắt và hợp kim của sắt

Lý thuyết về Sắt và hợp kim của sắt

SẮT VÀ HỢP KIM

A. SẮT

I. Tính chất vật lý

- Sắt là kim loại màu trắng xám, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nhưng kém hơn nhôm. Sắt có tính nhiễm từ vì thế bị nam châm hút. Sắt là kim loại nặng.

II. Tính chất hóa học

            Sắt có đầy đủ tính chất hóa học của một kim loại

1. Tác dụng với phi kim

            - Tác dụng với oxi: Khi được đốt nóng đỏ, sắt cháy trong oxi tạo thành oxit sắt từ

                        \[3Fe+{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}F{{e}_{3}}{{O}_{4}}\]

            - Tác dụng với clo: khi cho dây sắt đã được nung nóng đỏ vào đựng khí clo, quan sát thấy sắt cháy sáng tạo thành khói màu nâu do $FeC{{l}_{3}}$ được tạo thành

                        $2Fe+3C{{l}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}2FeC{{l}_{3}}$

            - Ở nhiệt độ cao, sắt phản ứng với nhiều phi kim khác như S, $B{{r}_{2}}$ ,… tạo thành muối $FeS;\,\,FeB{{r}_{3}}$

2. Tác dụng với axit

            Sắt phản ứng với dung dịch axit HCl, ${{H}_{2}}S{{O}_{4}}$ loãng tạo thành muối sắt (II) và giải phóng khí ${{H}_{2}}$                $Fe+2HCl\to FeC{{l}_{2}}+{{H}_{2}}$

            Chú ý: sắt không tác dụng với $HN{{O}_{3}}$ đặc nguội và ${{H}_{2}}S{{O}_{4}}$ đặc nguội

3. Tác dụng với dung dịch muối

            Sắt tác dụng với dung dịch muối của kim loại hoạt động kém hơn tạo thành dung dịch muối sắt và giải phóng kim loại trong muối.

                        $Fe+CuC{{l}_{2}}\to FeC{{l}_{2}}+Cu$

B. HỢP KIM SẮT: GANG, THÉP

I. 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 kim loại và phi kim

            - Hợp kim của sắt có nhiều ứng dụng là gang và thép

 1. Gang

            - Là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2-5%. Trong gang còn có một số nguyên tố khác như Si, Mn, S,..Gang cứng và giòn hơn sắt.

            - Có hai loại gang: gang trắng và gang xám. Gang trắng dùng để luyện thép, gang xám dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước,...

2. 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 vật lý và hóa học rất quý mà sắt không có như: tính đàn hồi, tính cứng, ít bị ăn mòn,…

II. Sản xuất gang, thép

1. Sản xuất gang

- Nguyên liệu:

+ Quặng sắt trong tự nhiên (có thành phần chủ yếu là các oxit sắt) gồm quặng manhetit (chứa $F{{e}_{3}}{{O}_{4}}$ ) và hematit (chứa $F{{e}_{2}}{{O}_{3}}$ )

+ Than cốc, không khí giàu oxi và một số chất phụ gia như đá vôi $CaC{{O}_{3}}$,…

- Nguyên tắc:

            Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim lò cao)

- Quá trình sản xuất:

            + Từ than cốc tạo thành khí CO

                         $\begin{gathered}
  2C + {O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}C{O_2} \hfill \\
  C + C{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2CO \hfill \\ 
\end{gathered} $

            + Khí CO khử oxit sắt trong quặng thành sắt

                        $3CO+F{{e}_{2}}{{O}_{3}}\xrightarrow{{{t}^{o}}\,\,cao}3C{{O}_{2}}+2Fe$            

Một số oxit khác trong quặng như $Mn{{O}_{2}};\,\,Si{{O}_{2}},...$ cũng bị khử thành đơn chất Mn, Si,..

            + Phản ứng tạo xỉ (để loại các oxit tạp chất ra khỏi gang)

                         $\begin{gathered}
  CaC{O_3}\xrightarrow{{{t^o}}}CaO + C{O_2} \hfill \\
  CaO + Si{O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}CaSi{O_3} \hfill \\ 
\end{gathered} $

            Xỉ nhẹ nổi lên trên và được đưa ra ngoài ở cửa tháo xỉ

            Khí tạo thành trong lò cao được thoát ra ở phía trên gần miệng lò.

2. Sản xuất thép

- Nguyên liệu: gang, sắt phế liệu và khí oxi là nguyên liệu chính

- Nguyên tắc: Oxi hóa một số kim loại, phi kim để loại ra khỏi gang phần lớn các nguyên tố silic, mangan

- Quá trình sản xuất:

            Quá trình sản xuất thép được thực hiện trong lò luyện thép

Thổi khí oxi vào lò đựng gang nóng chảy ở nhiệt độ cao. Khí oxi oxi hóa các nguyên tố trong gang như C, Mn, Si, S, P,..

            $C+{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}C{{O}_{2}}$

Bài tập tự luyện có đáp án

Câu 1: Phát biểu nào sau đây không đúng?

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Phát biểu không đúng là: Gang có nhiều tính chất quý như: đàn hồi, cứng, ít bị ăn mòn

Đúng phải là: Thép có nhiều tính chất quý như: đàn hồi, cứng, ít bị ăn mòn

Câu 2: Dung dịch $ FeS{{O}_{4}} $ và dung dịch $ CuS{{O}_{4}} $ đều tác dụng được với kim loại

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Dung dịch $ FeS{{O}_{4}} $ và dung dịch $ CuS{{O}_{4}} $ đều tác dụng được với kim loại Zn.

Câu 3: Gang là hợp kim của sắt với cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố khác như: Si, Mn, S,… trong đó hàm lượng cacbon chiếm

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Gang Là hợp kim sắt –cabon và một số nguyên tố khác: hàm lượng Cacbon từ 2% đến 5%.

Câu 4: Hợp chất sắt (II) được tạo thành khi cho Fe tác dụng với

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Hợp chất sắt (II) được tạo thành khi cho Fe tác dụng với: dung dịch $ Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}} $

$ \begin{array}{l} & 3Fe+2{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}F{{e}_{3}}{{O}_{4}} \\ & Fe+Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}\to Fe{{(N{{O}_{3}})}_{2}}+Cu \\ & 2Fe+3C{{l}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{o}}}2FeC{{l}_{3}} \end{array} $

Câu 5: Nguyên tắc luyện thép từ gang là

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Nguyên tắc luyện thép từ gang là oxi hóa các tạp chất Si, P, S, Mn,… trong gang để thu được thép.

Câu 6: Nguyên tắc sản xuất gang là khử sắt oxit bằng

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Sản xuất gang:

- Nguyên tắc: Dùng cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim.

- Phản ứng hóa học:

a) Tạo chất khử CO

$ \begin{array}{l} & C+{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}C{{O}_{2}} \\ & C{{O}_{2}}+C\xrightarrow{{{t}^{0}}}2CO \end{array} $

b) CO khử sắt trong oxit

$ \begin{array}{l} & 3F{{e}_{2}}{{O}_{3}}+CO\xrightarrow{{{400}^{o}}C}2F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+C{{O}_{2}}\uparrow \\ & F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+4CO\xrightarrow{500-{{600}^{0}}C}3FeO+C{{O}_{2}}\uparrow \\ & FeO+CO\xrightarrow{700-{{800}^{0}}C}Fe+C{{O}_{2}}\uparrow \end{array} $

c) Sau đó tạo gang và tạo xỉ.

$ \begin{array}{l} & CaC{{O}_{3}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}CaO+C{{O}_{2}} \\ & CaO+Si{{O}_{2}}\xrightarrow{{{t}^{0}}}\,\text{CaS}i{{O}_{3}} \end{array} $

Câu 7: Hợp kim là:

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Hợp kim là: Chất rắn thu được khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy nhiều kim loại khác nhau hoặc kim loại và phi kim.

Câu 8: Phát biểu nào sau đây không đúng?

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Phát biểu không đúng là: "Kim loại Ag, Cu tác dụng với dung dịch HCl, $ {{H}_{2}}S{{O}_{4}} $ loãng"

Do Ag, Cu đứng sau H trong dãy hoạt động hóa học của kim loại nên không tác dụng với dung dịch HCl, $ {{H}_{2}}S{{O}_{4}} $ loãng

Câu 9: Tính chất hóa học đặc trưng của sắt:

  • A
  • B
  • C
  • D
Bấm vào đây để xem đáp án chi tiết

Tính chất hóa học đặc trưng của sắt: tác dụng với phi kim, tác dụng với axit, tác dụng với muối.