Khoa học tự nhiên 9 tập 1 bài 3: Sắt, hợp kim của sắt: gang thép

Soạn bài 3: Sắt, hợp kim của sắt: gang thép - sách VNEN

Khoa học tự nhiên 9 bài 3: Sắt, hợp kim của sắt: gang thép

Khoa học tự nhiên 9 tập 1 bài 3: Sắt, hợp kim của sắt: gang thép được VnDoc sưu tầm và đăng tải. Giải đáp các câu hỏi bài tập trong sách chi tiết, rõ ràng. Hy vọng sẽ giúp ích cho các bạn học sinh ôn tập và soạn kĩ bài trước khi đến lớp. Mời các bạn cùng tham khảo

A. Hoạt động khởi động

Quan sát hình 3.1 và trả lời câu hỏi sau:

Khoa học tự nhiên 9 tập 1 bài 3: Sắt, hợp kim của sắt: gang thép

Kim loại nào được dùng làm vật liệu để sản xuất các vật dụng hay xây dựng công trình trên? Tại sao?

Hãy dự đoán tính chất hóa học của kim loại đó và đề xuất các thí nghiệm để kiểm chứng dự đoán đó.

Bài làm:

1. Kim loại được dùng làm vật liệu để sản xuất các vật dụng hay xây dựng công trình trên là sắt. Bởi vì sắt dẻo dễ rèn, có độ bền

2. Dự đoán tính chất hóa học

Tác dụng với phi kim: để miếng sắt lâu ngoài không khí có hiện tượng bị gỉ.

Tác dụng với axit: sắt tác dụng với HCl hiện tượng sủi bọt khí

Tác dụng với dung dịch muối: sắt tác dụng với CuSO₄ có chất kết tủa màu đỏ bám lên sắt.

B. Hoạt động hình thành kiến thức

I. Sắt

1. Tính chất vật lí

Sắt có những tính chất vật lí gì?

Bài làm:

Sắt là kim loại màu trắng xám, có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nhưng kém nhôm.

Sắt dẻo nên dễ rèn. Sắt có tính nhiễm từ (sắt bị nam châm hút).

Sắt là kim loại nặng. Khối lượng riêng =7,86g/cm³, nóng chảy ở 1539^oC

2. Tính chất hóa học.

Tiến hành các thí nghiệm và ghi kết quả theo bảng sau:

TT	Tên thí nghiệm	Cách tiến hành	Hiện tượng - giải thích
1	Tác dụng với phi kim	Lấy một dợi dây phanh xe đạp/xe máy cuộn tròn đầu thành hình lò xo, nung nóng đỏ đầu lò xo trên ngọn lửa đèn cồn, sau đó đưa nhanh vào lọ có chứa clo.
2	Tác dụng với dung dịch axit	Cho một mẩu dây sắt vào ống nghiệm chứa khoảng 2 ml dung dịch HCl/H₂SO₄ loãng,...
3	Tác dụng với dung dịch muối	Cho một mẩu dây sắt vào ống nghiệm chứa khoảng 2 ml dung dịch CuSO₄/CuCl₂

Bài làm:

TT	Tên thí nghiệm	Cách tiến hành	Hiện tượng - giải thích
1	Tác dụng với phi kim	Lấy một dợi dây phanh xe đạp/xe máy cuộn tròn đầu thành hình lò xo, nung nóng đỏ đầu lò xo trên ngọn lửa đèn cồn, sau đó đưa nhanh vào lọ có chứa clo.	Sắt cháy sáng tạo thành khói màu nâu đỏ. Vì ở nhiệt độ cao sắt tác dụng với clo tạo thành muối sắt (III).
2	Tác dụng với dung dịch axit	Cho một mẩu dây sắt vào ống nghiệm chứa khoảng 2 ml dung dịch HCl/H₂SO₄ loãng,...	Sắt tan dần có hiện tượng sủi bọt khi. Vì sắt hoạt động hóa học mạnh hơn H nên sắt tác dụng được với HCl/H₂SO₄ giải phóng khí H_2.
3	Tác dụng với dung dịch muối	Cho một mẩu dây sắt vào ống nghiệm chứa khoảng 2 ml dung dịch CuSO₄/CuCl₂	Sắt tan dần có kết tủa màu nâu đỏ bám vào sắt. Vì sắt hoạt động hóa học mạnh hơn đồng nên sắt đấy đồng ra khỏi muối.

Câu hỏi:

1. Viết PTHH của các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm trên.

2. Nêu tính chất hóa học của sắt, mỗi tính chất viết một PTHH để minh họa.

Bài làm:

1.

Thí nghiệm 1: $2Fe+3Cl_2\rightarrow2FeCl_3$ $2Fe+3Cl_2\rightarrow2FeCl_3$

Thí nghiệm 2: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_{2} + H_{2}$ $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_{2} + H_{2}$

$Fe + H_{2}SO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + H_{2}$ $Fe + H_{2}SO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + H_{2}$

Thí nghiệm 3: $Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$ $Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$

$Fe + CuCl_{2} \rightarrow FeCl_{2} + Cu$ $Fe + CuCl_{2} \rightarrow FeCl_{2} + Cu$

2.

Tác dụng với oxi: $3Fe + 2O_{2} \rightarrow Fe_{3}O_{4}$ $3Fe + 2O_{2} \rightarrow Fe_{3}O_{4}$

Tác dung với phi kim khác: $2Fe + 3Br_{2} \rightarrow 2FeBr_{3}$ $2Fe + 3Br_{2} \rightarrow 2FeBr_{3}$

$Fe + S \rightarrow FeS$ $Fe + S \rightarrow FeS$

Tác dụng với axit: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_{2} + H_{2}$ $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_{2} + H_{2}$

$Fe + H_{2}SO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + H_{2}$ $Fe + H_{2}SO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + H_{2}$

Tác dụng với muối: $Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$ $Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$

II. Hợp kim sắt: gang, thép

1. Hợp kim của sắt

Đọc thông tin và trả lời câu hỏi (SGK KHTN 9 tập 1 trang 16)

Câu hỏi:

1. Hợp kim là gì?

2. Gang là gì? Thép là gì? So sánh hàm lượng nguyên tố cacbon trong gang và thép.
Bài làm:
1. Hợp kim là chất rắn thu được sau khi làm nguội hỗ hợp nóng chảy của nhiều kim loại khác nhau hoặc của kim loại và phi kim.

2. Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó hàm lượng cacbon chiếm từ 2-5%, ngoài ra gang còn một lượng nhỏ một số các nguyên tố khác như Si, Mn, S,....

Thép là hợp kim của sắt với cacbon và một số nguyên tố khác, trong đó hàm lượng cacbon chiếm dưới 2%.

2. Sản xuất gang thép

a, Sản xuất gang

Đọc thông tin và trả lời câu hỏi (SGK KHTN 9 tập 1 trang 17)

1. Cho biết các nguyên liệu để sản xuất gang.

2. Nêu nguyên tắc sản xuất gang.

Bài làm:

1. Nguyên liệu sản xuất bao gồm:

Quặng sắt tự nhiên (có thành phần chủ yếu là oxit sắt) gồm quặng manhetit (chứa Fe₃O₄) và hemantit (chứa Fe₂O₃).
Than cốc, không khí giàu oxi và một số chất phụ gia khác như đá vôi (chứa CaCO₃)

2. Nguyên tắc sản xuất gang: dùng cacbon oxit CO khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim (lò cao).

b, sản xuất thép

1. Các nguyên liệu chính dùng để sản xuất thép là gì?

2. Nêu nguyên tắc luyện gang thành thép.

Bài làm:

1. Các nguyên liệu chính dùng để sản xuất thép: gang, sắt phế liệu, khí oxi.

2. Nguyên tắc sản xuất thép: oxi hóa một số nguyên tố có trong gang như C,Mn, Si, S, P,... thành oxit nhằm làm giảm hàm lượng của chúng ở trong gang tạo thành thép.

C. Hoạt động luyện tập

1. Viết PTHH của các phản ứng xảy ra (nếu có) khi lần lượt cho kim loại sắt vào các dung dịch sau:

a, Cu(NO₃)₂ b, H₂SO₄ loãng

c, H₂SO₄ đặc nguội d, ZnSO₄

Bài làm:

$a,Fe+Cu(NO_3)_2→Fe(NO_3)_2+Cu$

$b,Fe+H_2SO_4→FeSO_{_4}+H_2$ $b,Fe+H_2SO_4→FeSO_{_4}+H_2$

c, Fe thụ động với H₂SO₄ đặc nguội.

d, Fe không tác dụng với ZnSO₄vì Zn hoạt động hóa học mạnh hơn Fe.

2. Viết PTHH theo các dãy chuyển đổi sau (ghi rõ điều kiện phản ứng nếu có)

$a, Fe\overset{(1)}{\rightarrow} FeCl_{2} \overset{(2)}{\rightarrow}Fe(OH)_{2}\overset{(3)}{\rightarrow}FeSO_{4}\overset{(4)}{\rightarrow}FeCl_{2}$ $a, Fe\overset{(1)}{\rightarrow} FeCl_{2} \overset{(2)}{\rightarrow}Fe(OH)_{2}\overset{(3)}{\rightarrow}FeSO_{4}\overset{(4)}{\rightarrow}FeCl_{2}$

$b, Fe\overset{(1)}{\rightarrow} FeCl_{3} \overset{(2)}{\rightarrow}Fe(OH)_{3}\overset{(3)}{\rightarrow}Fe_{2}O_{3}\overset{(4)}{\rightarrow}Fe$ $b, Fe\overset{(1)}{\rightarrow} FeCl_{3} \overset{(2)}{\rightarrow}Fe(OH)_{3}\overset{(3)}{\rightarrow}Fe_{2}O_{3}\overset{(4)}{\rightarrow}Fe$

Bài làm:

a,

$1: Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_{2} + H_{2}$ $1: Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_{2} + H_{2}$

$2: FeCl_{2} + 2NaOH \rightarrow 2NaCl + Fe(OH)_{2}$ $2: FeCl_{2} + 2NaOH \rightarrow 2NaCl + Fe(OH)_{2}$

$3: Fe(OH)_{2} + H_{2}SO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + 2H_{2}O$ $3: Fe(OH)_{2} + H_{2}SO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + 2H_{2}O$

$4: FeSO_{4} + BaCl_{2} \rightarrow BaSO_{4} + FeCl_{2}$ $4: FeSO_{4} + BaCl_{2} \rightarrow BaSO_{4} + FeCl_{2}$

b,

$1: 2Fe + 3Cl_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2FeCl_{3}$ $1: 2Fe + 3Cl_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2FeCl_{3}$

$2: FeCl_{3} + 3NaOH \rightarrow 3NaCl + Fe(OH)_{3}$ $2: FeCl_{3} + 3NaOH \rightarrow 3NaCl + Fe(OH)_{3}$

$3: 2Fe(OH)_{3} \overset{t^{o}}{\rightarrow} Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}O$ $3: 2Fe(OH)_{3} \overset{t^{o}}{\rightarrow} Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}O$

$4: Fe_{2}O_{3} + 3CO \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2Fe + 3CO_{2}$ $4: Fe_{2}O_{3} + 3CO \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2Fe + 3CO_{2}$

3. Bằng phương pháp hóa học, hãy trình bày cách phân biệt 3 kim loại riêng biệt sau: bạc, nhôm, sắt. Viết PTHH của các phản ứng xảy ra nếu có.

Bài làm:

Trích mẫu thử

Cho từng mẫu kim loại vào ống nghiệm đựng dung dịch CuSO₄

Ống nghiệm nào có hiện tượng dd màu xanh lam của CuSO₄ chuyển sang màu lục nhạt là Fe:

$Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$ $Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$

Ống nghiệm nào có hiện tượng dd màu xanh lam của CuSO₄nhạt màu dần chuyển sang màu trắng là Al:

$2Al + 3CuSO_{4} \rightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3} + 3Cu$ $2Al + 3CuSO_{4} \rightarrow Al_{2}(SO_{4})_{3} + 3Cu$

Ống nghiệm nào không có hiện tượng là Ag

4. Nêu ứng dụng của gang và thép

Bài làm:

Gang trắng dùng để luyện thép.

Gang xám dung để đúc bệ máy, ống dẫn nước....

Thép dùng để chế tạo nhiều chi tiết máy, vận dụng, dụng cụ lao động,.... Đặc biệt thép được dùng làm vật liệu xây dựng, dùng để chế tạo ra các phương tiện giao thông, vận tải (tàu hỏa, tàu thủy, ô tô, xe máy, xe đạp....)

5. Viết PTHH của các phản ứng xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang và luyện gang thành thép.

Bài làm:

* Quá trình luyện gang

Ở nhiệt độ cao, than cốc tác dụng với oxi tạo thành khí CO₂, sau đó tác dụng với khí CO₂ tạo thành khí CO

$C + O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} CO_{2}$ $C + O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} CO_{2}$

$C + CO_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2$ $C + CO_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2$

CO Khí CO khử oxi sắt trong quặng thành sắt

$3CO + Fe_{2}O_{3} \overset{t^{o} cao}{\rightarrow} 2Fe + 3 CO_{2}$ $3CO + Fe_{2}O_{3} \overset{t^{o} cao}{\rightarrow} 2Fe + 3 CO_{2}$

Đá vôi bị phân hủy thành CaO. CaO kết hợp với SiO₂,... có trong quặng tạo thành xỉ

$CaO + SiO_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} CaSiO_{3}$ $CaO + SiO_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} CaSiO_{3}$

* Quá trình luyện thép Thổi khí Oxi vào trong lò đựng gang nóng chảy ở nhiệt độ cao để chuyển một số nguyên tố có trong gang thành oxit.

$O_{2} + 2Fe \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2FeO$ $O_{2} + 2Fe \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2FeO$

$FeO + Mn \overset{t^{o}}{\rightarrow} Fe + MnO$ $FeO + Mn \overset{t^{o}}{\rightarrow} Fe + MnO$

$C + O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} CO_{2}$ $C + O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} CO_{2}$

$S + O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} SO_{2}$ $S + O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} SO_{2}$

$4P + 5O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2P_{2}O_{5}$ $4P + 5O_{2} \overset{t^{o}}{\rightarrow} 2P_{2}O_{5}$

6. Tính khối lượng quặng hematit chứa 60% Fe₂O₃ cần thiết để sản xuất được 1 tấn gang chứa 96% sắt. Biết hiệu suất của quá trình là 80%

Bài làm:

Có 1 tấn gang chứa 960 kg sắt

Coi 960 kg sắt là 960g sắt.

$n_{Fe}=960:56=17,14mol$ $n_{Fe}=960:56=17,14mol$

$PTHH: 3CO + Fe_{2}O_{3} \overset{t^{o} cao}{\rightarrow} 2Fe + 3 CO_{2}$ $PTHH: 3CO + Fe_{2}O_{3} \overset{t^{o} cao}{\rightarrow} 2Fe + 3 CO_{2}$

$8,57 \leftarrow 17,14$ $8,57 \leftarrow 17,14$

$\Rightarrow m_{Fe_2O_3}$ $\Rightarrow m_{Fe_2O_3}$lí thuyết $=8,57.160=1371,2(g)$

Mà hiệu suất quá trình sản xuất là 80% $\Rightarrow m_{Fe_2O_3}$ $\Rightarrow m_{Fe_2O_3}$thực tế $=1371,2:80\%=1714(g)$ $=1371,2:80\%=1714(g)$

$\Rightarrow mquặng=1714:60\%=2856,67(g)$ $\Rightarrow mquặng=1714:60\%=2856,67(g)$

Vậy để sản xuất được 1 tấn gang chứa 96% sắt ta cần 2,85667 tấn quặng hemantit chứa 60% Fe₂O₃

Cách 2: $PTHH: 3CO + Fe_{2}O_{3} \overset{t^{o} cao}{\rightarrow} 2Fe + 3 CO_{2}$ $PTHH: 3CO + Fe_{2}O_{3} \overset{t^{o} cao}{\rightarrow} 2Fe + 3 CO_{2}$

tỉ lệ 160 2.56

P/ư m 960 (kg)

$\Rightarrow m_ {Fe_{2}O_{3}}$ $\Rightarrow m_ {Fe_{2}O_{3}}$lí thuyết $=\frac{960 . 160}{2 . 56} = 1371(kg)$ $=\frac{960 . 160}{2 . 56} = 1371(kg)$

tương tự..

7. Ngâm một lá sắt có khối lượng 5 gam trong 50 ml dung dịch CuSO4 15% (khối lượng riêng d= 1,12 g/ml). Sau một thời gian lấy lá sắt ra rửa nhẹ, làm khô, thấy khối lượng lá sắt tăng thêm 0,16 gam so với ban đầu. Viết PTHH xảy ra và tính nồng độ phần trăm các chất sau phản ứng.

Bài làm:

$m_{dd CuSO_{4}} = 1,12 . 50 = 56 (g)$ $m_{dd CuSO_{4}} = 1,12 . 50 = 56 (g)$

$m_{CuSO_{4}} = 56 . 15% = 8,4 (g)$ $m_{CuSO_{4}} = 56 . 15% = 8,4 (g)$

$n_{CuSO_{4}} = 8,4 : 160 = 0,0525 (mol)$ $n_{CuSO_{4}} = 8,4 : 160 = 0,0525 (mol)$

Gọi số mol phản ứng là x

$Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$ $Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$

x x

Vì khối lượng sắt tăng 0,16g: $x ( 64 - 56 ) = 0,16 \rightarrow x = 0,02 (mol)$ $x ( 64 - 56 ) = 0,16 \rightarrow x = 0,02 (mol)$

$Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$ $Fe + CuSO_{4} \rightarrow FeSO_{4} + Cu$

0,02 0,02 0,02 0,02

$\Rightarrow$ $\Rightarrow$ sau phản ứng có các chất tan là FeSO₄ : 0,02 mol; CuSO₄ dư : 0,0525 - 0,02 = 0,0325 (mol)

$m_{ddsaup/ư}=m_{ddtrước}+m_{Fep/ư}-m_{Cu}=56+0,02.(56-64)=55,84(g)$ $m_{ddsaup/ư}=m_{ddtrước}+m_{Fep/ư}-m_{Cu}=56+0,02.(56-64)=55,84(g)$

$C\%_{FeSO_4}=\frac{m_{FeSO_4}}{m_{ddsau}}.100\%=5,44\%$ $C\%_{FeSO_4}=\frac{m_{FeSO_4}}{m_{ddsau}}.100\%=5,44\%$

$C\%_{CuSO_4}=\frac{m_{CuSO_{4dư}}}{m_{ddsau}}.100\%=9,31\%$ $C\%_{CuSO_4}=\frac{m_{CuSO_{4dư}}}{m_{ddsau}}.100\%=9,31\%$

D. Hoạt động vận dụng

Hãy kể tên các vật dụng bằng gang thép mà em biết. Làm thế nào để bảo vệ các vật dụng đó được bền hơn.

Bài làm:

Các vận dụng được làm bằng gang, thép: Các bệ máy, ống dẫn nước, vật liệu xây dựng, các chi tiết máy, dụng cụ lao động....

Để các vận dụng bền hơn ta phủ lên nó một lớp sơn để bảo vệ nó khỏi ăn mòn; để các vận dụng ở nơi khô thoáng tránh nơi ẩm ướt,...

E. Hoạt động tìm tòi mở rộng

Hãy tìm hiểu và cho biết ở nước ta quặng sắt có ở khu vực nào? Quá trình sản xuất gang thép có thể ảnh hưởng tới như thế nào tới môi trường? Em hãy đề xuất giải pháp để chống ô nhiễm môi trường ở khu dân cư gần nơi sản xuất gang thép.

Bài làm:

Trên lãnh thổ nước ta có hơn 300 mỏ và điểm quặng sắt tập trung chủ yếu ở các tỉnh phía Bắc như Thái Nguyên, Cao Bằng, Hà Tĩnh.... trong đó các mỏ sắt lớn nhất là Thạch Khê và Quý Xa.

Trong quá trình sản xuất gang thép tạo ra các khí, khói bụi gây ô nhiễm không khí, ảnh hưởng tới sức khở con người

Khi S0₂ gây ô nhiễm không khí, dộc hại đối với người và động vật; S02 là khí gây ra hiện tượng mưa axit
Khí C0₂ gây ra hiệu ứng “nhà kính”, làm nhiệt độ Trái Đất nóng lên làm tan băng ở hai cực.
Ngoài ra còn có các chất thải khác của nhà máy gây ô nhiễm môi trường như xỉ, than....

Biện pháp:

Trồng nhiều cây xanh quanh nhà máy.
Xây dựng nhà máy xa khu dân cư.
Xử lí chất thải trước khi thải ra ngoài môi trường.
Xử phạt nặng các hành vi gây ô nhiễm môi trường.

Soạn bài 3: Sắt, hợp kim của sắt: gang thép - sách VNEN khoa học tự nhiên 9 tập 1 bài 3 trang 14. Được VnDoc sưu tầm và đăng tải, tổng hợp các câu hỏi kèm trả lời về sắt, hợp kim của sắt, gang thép. Hy vọng sẽ giúp ích cho các bạn học sinh trong quá trình học tập và ôn tập. chúc các bạn học tốt

............................................

Như vậy VnDoc đã giới thiệu các bạn tài liệu Khoa học tự nhiên 9 tập 1 bài 3: Sắt, hợp kim của sắt: gang thép. Mời các bạn tham khảo thêm tài liệu: Hóa học lớp 9, Giải bài tập Hóa học 9, Giải sách bài tập Hóa 9, Tài liệu học tập lớp 9, ngoài ra các bạn học sinh có thể tham khảo thêm đề học kì 1 lớp 9 và đề thi học kì 2 lớp 9 mới nhất được cập nhật.