Hoá học 9 Bài 20: Hợp kim sắt Gang, thép

- 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.

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

Hình 1: Điểm giống và khác nhau giữa Gang và Thép

A- Thành phần của Gang, B-Thành phần của Thép

1.1.1. Gang là gì?

- Gang là hợp kim của sắt với một số nguyên tố khác (C, Mn, S, Si,…) . Trong đó hàm lượng Cacbon chiếm từ 2-5%.

- Đặc điểm: Gang cứng và giòn.

- Ứng dụng:

+ Gang trắng dùng để luyện thép...

+ Gang xám dùng để đúc máy, ống dẫn nước...

1.1.2. Thép là gì?

- Thép là hợp kim của sắt với một số nguyên tố khác (C, Mn, S, Si,…) . Trong đó hàm lượng Cacbon chiếm dưới 2%.

- Đặc điểm: Thép thường cứng, đàn hồi, ít bị ăn mòn,…

- Ứng dụng:

+ Dùng để chế tạo các chi tiết máy, vật dụng, dụng cụ lao động…

+ Dùng làm vật liệu xây dựng, chế tạo phương tiện giao thông, vận tải,…

1.2.1. Sản xuất Gang như thế nào?

- Nguyên liệu sản xuất Gang

Hình 2: Quặng Hematit

+ Quặng sắt : Hematit (chứa Fe2O3), manhetit (chứa Fe3O4)

+ Than cốc, không khí giàu khí ôxi, phụ gia (CaCO3,…)

- Nguyên tắc sản xuất gang: Dùng Cacbon oxit khử oxit sắt ở nhiệt độ cao trong lò luyện kim

- Các phản ứng xảy ra trong lò gang

Hình 3: Sơ đồ lò luyện gang

+ Phương trình:

C(r) + O2 (k) CO2 (k)

CO2 (k) + C(r) CO (k)

+ Khí CO khử oxit trong quặng thành sắt:

Fe2O3(r) + 3CO(k) → 2Fe(r) + 3CO2 (k)

+ Sắt nóng chảy hòa tan một lượng nhỏ cacbon và các nguyên tố khác thành gang lỏng chảy xuống nồi lò và được đưa ra ngoài ra cửa tháo gang.

+ Đá vôi bị phân hủy tạo thành CaO. CaO kết hợp với các oxit SiO2 tạo thành xỉ

CaO(r) + SiO2(r) → CaSiO3 (r)

1.2.2. Sản xuất Thép như thế nào?

- Nguyên liệu sản xuất thép: Gang, sắt phế liệu và khí ôxi.

- Nguyên tắc sản xuất thép: Oxi hoá kim loại, phi kim để loại các nguyên tố cacbon, silic, mangan,…ra khỏi gang

- Quá trình sản xuất thép:

Hình 4: Quá trình sản xuất Thép

- Các phản ứng xảy ra trong quá trình sản xuất thép

+ Thổi khí ôxi vào lò đựng gang và sắt nóng chảy ở nhiệt độ cao . Khí ôxi oxi hoá sắt thành oxit sắt FeO . Sau đó FeO sẽ oxi hoá một số nguyên tố trong gang như C, Mn, Si, S, P,…

+ Các phương trình phản ứng:

Fe(r) + O2 (k) FeO (r)

FeO (r) + C (r) Fe (r) + CO (k)

FeO (r) + Mn (r) Fe (r) + MnO (r)

FeO (r) + Si (r) Fe (r) + SiO2 (r)