MỤC TIÊU
- Nêu được khái niệm hợp kim.
- Giải thích vì sao trong một số trường hợp thực tiễn, kim loại được sử dụng dưới dạng hợp kim.
Nêu được thành phần, tính chất đặc trưng của một số hợp kim phổ biến, quan trọng, hiện đại.
- Trình bày được các giai đoạn cơ bản của quá trình sản xuất gang; quá trình sản xuất thép.
Khởi động
Để khoan được đất, đá, người ta phải chế tạo mũi khoan có độ cứng cao được làm từ hợp kim. Hợp kim là gì? Vì sao lại chế tạo ra hợp kim? Chúng có thành phần và tính chất nào đặc trưng?
* Phương pháp giải:
Dựa vào các đặc điểm của hợp kim xung quanh em.
* Lời giải chi tiết:
- Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.
- Người ta chế tạo hợp kim vì một số hợp kim có nhiều tính chất ưu việt hơn so với kim loại tạo thành chúng như tính cứng; độ bền cơ học, hoá học; khả năng chịu mài mòn, …
- Thành phần và tính chất của hợp kim:
+ Thành phần của hợp kim: chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.
+ Tính chất của hợp kim: tính cứng; có độ bền cơ học, hoá học; khả năng chịu mài mòn cao, …
TÓM TẮT KIẾN THỨC
1. HỢP KIM
Trình bày khái niệm hợp kim
- Phần lớn các vật dụng bằng kim loại được chế tạo từ hợp kim. Quan sát các hình ảnh dưới đây, ta sẽ thấy các hợp kim này rất gần gũi và quen thuộc.
- Một số hợp kim có độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn cao hơn so với kim loại tạo nên chúng nên được sử dụng phổ biến. Ví dụ: hợp kim đồng thau được chế tạo từ đồng và kẽm, có độ cứng lớn hơn, khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với hai kim loại ban đầu.
Thảo luận
Câu hỏi 1. Vì sao người ta thường sử dụng hợp kim mà không dùng kim loại tinh khiết để chế tạo các vật dụng trong đời sống?
* Phương pháp giải:
Dựa vào các đặc tính của hợp kim.
* Lời giải chi tiết:
Một số hợp kim có nhiều tính chất ưu việt hơn so với kim loại tạo thành chúng như tính cứng; độ bền cơ học, hoá học; khả năng chịu mài mòn, … Ngoài ra, các kim loại tinh khiết thường dễ bị ăn mòn và có giá thành cao hơn so với hợp kim. Do đó người ta thường sử dụng hợp kim mà không dùng kim loại tinh khiết để chế tạo các vật dụng trong đời sống.
Vận dụng kiến thức
Quan sát trong nhà, em thấy có những vật dụng nào được chế tạo từ hợp kim? Kể tên hợp kim làm nên vật dụng đó.
* Phương pháp giải:
Quan sát các đồ vật xung quanh em.
* Lời giải chi tiết:
- Một số vật dụng trong nhà em được chế tạo từ hợp kim: con dao, đũa, chảo gang...
- Hợp kim làm nên vật dụng:
+ Con dao, đũa được làm từ thép không gỉ.
+ Chảo gang được làm từ hợp kim gang.
Ghi nhớ
Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.
Mở rộng
Hình trên mô phỏng các nguyên tử trong một đơn chất kim loại. Các nguyên tử được sắp xếp một cách đều đặn.
Khi tác dụng lực đủ lớn, chẳng hạn bằng cách dùng búa đập vào kim loại, các lớp nguyên tử này có thể trượt lên nhau một cách dễ dàng. Đó là lí do vì sao kim loại dễ uốn và dát mỏng.
Nhưng khi kim loại được chế tạo thành hợp kim, các nguyên tử kim loại mới xuất hiện trong mạng tinh thể. Các lớp không thể trượt dễ dàng. Vì vậy, hợp kim cứng hơn kim loại ban đầu.
2. MỘT SỐ HỢP KIM PHỔ BIẾN
Giới thiệu thành phần, tính chất và ứng dụng của một số hợp kim
Thảo luận
Câu hỏi 2. Quan sát Bảng 18.1, em hãy cho biết thép thường và inox có gì khác về thành phần, tính chất.
* Phương pháp giải:
Tìm hiểu bảng 18.1.
* Lời giải chi tiết:
Điểm khác nhau giữa thép thường và thép inox:
- Về thành phần:
+ Thép thường chủ yếu là sắt, dưới 2% carbon và một lượng nhỏ các nguyên tố khác.
+ Thép inox chủ yếu là sắt và một số nguyên tố khác như Cr, Ni, …
- Về tính chất:
Thép inox khó bị gỉ hơn so với thép thường.
Ghi nhớ
Gang, thép và hợp kim nhôm là các hợp kim phổ biến có thành phần, tính chất đặc trưng với nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và sản xuất.
3. SẢN XUẤT GANG VÀ THÉP
3.1. Tìm hiểu các giai đoạn cơ bản của quá trình sản xuất gang
- Nguyên liệu để sản xuất gang bao gồm quặng sắt (thường là quặng hematite, thành phần chính là Fe2O3), than cốc, không khí nóng, phụ liệu như đá vôi (chứa CaCO3), ...
- Quặng, than cốc, đá vôi có kích thước vừa phải được đưa vào lò cao qua miệng lò và xếp thành từng lớp xen kẽ nhau. Không khí nóng giàu oxygen được thổi vào lò từ dưới lên (Hình 18.5).
- Quá trình sản xuất gang xảy ra theo các giai đoạn chính:
• Than cốc bị đốt cháy, phản ứng tạo carbon monoxide
+ Không khí nóng giàu oxygen được thổi từ dưới lên của hai bên lò sẽ phản ứng đốt cháy carbon (than cốc) tạo khí carbon dioxide:
+ Ở nhiệt độ cao, khí CO sinh ra sẽ phản ứng với Fe2O3 tạo thành sắt:
• Quá trình tạo xỉ
+ Nhiệt độ cao trong lò làm đá vôi phân huỷ thành CaO:
Thảo luận
Câu hỏi 3. Việc thêm đá vôi vào lò cao có mục đích gì trong quá trình sản xuất gang?
* Phương pháp giải:
Dựa vào quá trình sản xuất gang và thép.
* Lời giải chi tiết:
- Việc thêm đá vôi vào lò cao trong quá trình sản xuất gang có mục đích để tạo xỉ.
Cụ thể:
+ Nhiệt độ cao trong lò làm đá vôi phân huỷ thành CaO:
3.2. Giới thiệu quá trình sản xuất thép
- Thép là một loại hợp kim của sắt với carbon, nhưng trong thép hàm lượng carbon nhỏ hơn 2%. Nguyên liệu chính để sản xuất thép là gang (hoặc thép phế liệu) và khí oxygen.
- Trong quá trình sản xuất thép, oxygen được thổi vào lò để phản ứng với một phần tạp chất (C, S, Si, Mn, ...) trong gang. Các oxide tạo thành ở dạng khí (CO2, SO2, ...) sẽ thoát ra theo khí thải, còn các oxide ở dạng rắn (SiO2, MnO2, ...) sẽ tạo xỉ và tách ra ngoài.
Thảo luận
Câu hỏi 4. Vì sao khí oxygen được thổi liên tục qua gang nóng chảy?
* Phương pháp giải:
Dựa vào quá trình sản xuất gang và thép.
* Lời giải chi tiết:
Khí oxygen được thổi liên tục qua gang nóng chảy để phản ứng với một phần tạp chất (C, S, Si, Mn …) trong gang, làm giảm hàm lượng carbon có trong gang để thu được thép. Khí oxygen còn là nguyên liệu kết hợp với C sinh ra khí CO2 cung cấp cho phản ứng tạo ra CO.
Ghi nhớ
• Gang được sản xuất qua các giai đoạn:
- Quá trình tạo thành carbon monoxide;
- Quá trình tạo thành gang;
- Quá trình tạo xỉ.
• Thép được sản xuất từ nguyên liệu chính là gang (hoặc thép phế liệu) và khí oxygen.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
