Với tóm tắt lý thuyết Hóa học lớp 12 Hợp kim của sắt hay, chi tiết cùng với 15 câu hỏi trắc nghiệm chọn lọc có đáp án giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Hóa học lớp 12.

Hóa học 12 Bài 33: Hợp kim của sắt

A. Lý thuyết Hợp kim của sắt

I. Gang

1. Khái niệm

    Gang là hợp kim của Fe với C trong đó có từ 2 − 5% khối lượng C, ngoài ra còn một lượng nhỏ các nguyên tố Si, Mn, S, ...

2. Phân loại, tính chất và ứng dụng của gang

    a. Gang trắng

    Gang trắng chứa ít cacbon, rất ít silic, chứa nhiều xementit Fe3C. Gang trắng rất cứng và giòn, được dùng để luyện thép.

    b. Gang xám

    Gang xám chứa nhiều cacbon và silic. Gang xám kém cứng và kém giòn hơn gang trắng, khi nóng chảy thành chất lỏng linh động (ít nhớt) và khi hóa rắn thì tăng thể tích, vì vậy gang xám được dùng để đúc các bộ phận của máy, ống dẫn nước, cánh cửa, ...

3. Sản xuất gang

    Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình luyện quặng thành gang:

    - Phản ứng tạo thành chất khử CO:

    - Phản ứng khử oxit sắt:

        +) Ở nhiệt độ khoảng 400^oC xảy ra phản ứng:

        +) Ở nhiệt độ khoảng 500-600^oC thì khử Fe₃O₄ thành FeO:

        +) Ở nhiệt độ khoảng 700-800^oC xảy ra khử FeO thành Fe:

        +) Phản ứng tạo oxit: CaCO₃ −^tº→ CaO + CO₂

II. Thép

1. Khái niệm: Thép là hợp kim của sắt chứa từ 0,01 – 2% khối lượng cacbon cùng với một số nguyên tố khác (Cr, Ni, Mn, Si,...).

2. Phân loại, tính chất và ứng dụng của thép

    Dựa vào thành phần và tính chất, có thể phân thép thành hai nhóm:

    a. Thép thường (hay thép cacbon): chứa ít cacbon, silic, mangan và rất ít lưu huỳnh, photpho. Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon. Thép cứng chứa trên 0,9%C, thép mềm không quá 0,1%C. Loại thép này thường được sử dụng trong xây dựng nhà cửa, chế tạo các vật dụng trong đời sống.

    b. Thép đặc biệt: là thép có chứa thêm các nguyên tố khác như: Si, Mn, Cr, Ni, W, V,... Thép đặc biệt có những tính chất cơ học, vật lí rất quý.

3. Sản xuất thép

    - Nguyên tắc: giảm hàm lượng các tạp chất C, S, Si, Mn, ... có trong gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.

    - Các phương pháp luyện thép:

        +) Phương pháp 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.

            Lò thổi oxi có ưu điểm là 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. Ngày nay có khoảng 80% thép được sản xuất bằng phương pháp này.

        +) Phương pháp Mac-tanh.

            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.

        +) 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, molipđen, crom 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. Trắc nghiệm Hợp kim của sắt

Bài 1: Trong các loại quặng sắt, quặng chứa hàm lượng % Fe lớn nhất là

A. Hematit đỏ      B. Hematit nâu

C. Manhetit      D. Xiđerit

Đáp án: C

Quặng hematit đỏ chứa Fe₂O₃ khan → %Fe = 2 × 56 : 160 = 70%.

• Quặng hemantit nâu chứa Fe₂O₃.nH₂O → %Fe < 70%.

• Quặng manhetit chứa Fe₃O₄ → %Fe = 3 × 56 : 232 ≈ 72,41%.

• Quặng xiđerit chứa FeCO₃ → %Fe = 56 : 116 ≈ 48,28%

Bài 2: Nguyên tắc sản xuất gang là

A. Khử sắt oxit bằng C ở nhiệt độ cao

B. Khử sắt oxit bằng Al ở nhiệt độ cao

C. Khử sắt oxit bằng chất khử bất kỳ ở nhiệt độ cao

D. Khử sắt oxit bằng CO ở nhiệt độ cao

Đáp án: D

Bài 3: Khi thêm dung dịch Na₂CO₃ vào dung dịch FeCl₃ sẽ có hiện tượng gì xảy ra ?

A. Xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ vì xảy ra hiện tượng thủy phân

B. Dung dịch vẫn có màu nâu đỏ vì chúng không phản ứng với nhau

C. Xuất hiện kết tủa màu nâu đỏ đồng thời có hiện tượng sủi bọt khí

D. Có kết tủa nâu đỏ tạo thành sau đó lại tan do tạo khí CO₂

Đáp án: C

Phương trình phản ứng:

2FeCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Fe(OH)₃↓(đỏ nâu) + 3CO₂↑ + 6NaCl

Bài 4: Thép là hợp kim của sắt chứa

A. hàm lượng cacbon lớn hơn 0,2%.

B. hàm lượng cacbon lớn hơn 2%.

C. hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,2%.

D. hàm lượng cacbon nhỏ hơn 2%.

Đáp án: D

Bài 5: Một loại quặng trong tự nhiên đã loại bỏ hết tạp chất. Hoà tan quặng này trong axit HNO3 thấy có khí màu nâu bay ra, dung dịch thu được cho tác dụng với dung dịch BaCl₂ thấy có kết tủa trắng xuất hiện (không tan trong axit). Quặng đó là

A. Xiđerit (FeCO₃).

B. Manhetit (Fe₃O₄).

C. Hematit (Fe₂O₃).

D. Pyrit (FeS₂).

Đáp án: D

Quặng + HNO₃ → khí NO₂ + dung dịch X -^+BaCl₂ kết tủa trắng

Bài 6: Hoà tan hoàn toàn 10 gam gang trong dung dịch HNO3 dặc nóng (dư), thu được V lít hỗn hợp 2 khí (đktc). Biết hàm lượng C trong gang là 4,8%, bỏ qua các nguyên tố khác trong gang. Giá trị của V là:

A. 3,584.    B. 11,424.    C. 15,008.    D. 15,904.

Đáp án: D

Khí gồm CO₂ và NO₂:

a = 0,51 + 0,16 = 0,67

V = ( 0,67 + 0,04).22,4 = 15,904 lít

Bài 7: Cho luồng khí CO đi qua ống đựng m gam Fe₂O3 nung nóng một thời gian, thu được 6,72 gam hỗn hợp X gồm 4 chất rắn. Hoà tan hoàn toàn X trong dung dịch HNO₃ dư, thu được 0,448 lít khí Y (đktc) duy nhất có tỉ khối so với khí H₂ bằng 15. Giá trị của m là:

A. 7,56     B. 8,64    C. 7,20    D. 8,80

Đáp án: C

Fe₂O₃ → CO₂ + hhX ( Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄) → dd Fe(NO₃)₃ khí Y (NO)

Xét toàn quá trình: Fe không thay đổi số oxi hoá ( vẫn là +3)

Bảo toàn e: 2a = 0,06

n_CO = n_CO2 = a = 0,03 mol

bảo toàn khối lượng: m_Fe2O₃ + m_CO = m_X + m_CO2

m + 0,03.28 = 6,72 + 0,03.44

m = 7,2 gam

Bài 8: Cho 14 gam hỗn hợp X gồm CuO và Fe vào 200 ml dung dịch HCl thấy thoát ra 2,8 lít khí H2 (đktc) và có 1,6 gam chất rắn chỉ có một kim loại. Biết rằng dung dịch sau phản ứng chí chứa 2 muối. Nồng độ mol của dung dịch HCl đã dùng là :

A. 1,95M

B. 1.725M.

C. 1,825M.

D. 1.875M.

Đáp án: A

80.a + 56.(0,125 + 0,025 ) = 14

a = 0,07 mol

n_HCl = 2.a + 0,25 = 0,39 mol

C_{M (HCl=l)} = 1,95M

Bài 9: Có các nguyên liệu:

(1). Quặng sắt.

(2). Quặng Cromit.

(3). Quặng Boxit.

(4). Than cốc.

(5). Than đá.

(6). CaCO₃.

(7). SiO₂.

Những nguyên liệu dùng để luyện gang là:

A. (1), (3), (4), (5).

B. (1), (4), (7).

C. (1), (3), (5), (7).

D. (1), (4), (6), (7).

Đáp án: D

Nguyên liệu dùng để luyện ngang là quặng sắt có chưa 30-95% oxi sắt, không chứa hoặc chứa rất ít S,P

Than cốc(không có trong tự nhiên,phải điều chế từ than mỡ) có vai trò cung cấp nhiệt khi cháy, tạo ra chất khử là CO và tạo thành gang

Chất chảy CaCO₃ ở nhiệt độ cao bị phân hủy thành CaO, sao đó hóa hợp với SiO₂ là chất khó nóng cháy có trong quặng sắt thành xỉ silicat dễ nóng chảy, có khối lượng riêng nhỉ nổi lên trên gang

Bài 10: Thành phần nào của cơ thể người có nhiều sắt nhất ?

A. Tóc      B. Răng

C. Máu      D. Da

Đáp án: C

Bài 11: Quặng sắt nào dưới đây có thể dùng để điều chế axit sunfuric?

A. xiđerit    B. hematit    C. manhetit    D. pirit

Đáp án: D

Bài 12: Nguyên tắc luyện thép từ gang là

A. dùng O₂ oxi hóa các tạp chất C, Si, P, S, Mn,.. trong gang để thu được thép.

B. dùng chất khử CO khử oxit sắt thành sắt ở nhiệt độ cao

C. dùng CaO hoặc CaCO₃ để khử tạp chất Si, P, S, Mn,.. trong gang để thu được thép.

D. tăng thêm hàm lượng cacbon trong gang để thu được thép

Đáp án: A

Bài 13: Trong lò cao, sắt oxit có thể bị khử theo 3 phản ứng:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂     (1)

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂     (2)

FeO + CO → Fe + CO₂     (3)

Ở nhiệt độ khoảng 700-800^oC, thì có thể xảy ra phản ứng

A. (1).    B. (2).    C. (3).    D. cả (1), (2) và (3).

Đáp án: C

Bài 14: Câu phát biểu nào dưới đây là đúng ?

A. Thép là hợp kim của Fe không có C và có một ít S, Mn, P, Si.

B. Thép là hợp kim của Fe có từ 0,01 - 2% C và một ít Si, Mn, Cr, Ni.

C. Thép là hợp kim của Fe có từ 2-5% C và một ít S, Mn, p, Si.

D. Thép là hợp kim của Fe có từ 5-10% C và một lượng rất ít Si, Mn, Cr, Ni.

Đáp án: B

Bài 15: Lấy một mẫu gang nặng 10 gam, nghiền nhỏ rồi nung nóng trong oxi dư thu được 14 gam Fe₂O₃. Bỏ qua các nguyên tố khác trong gang. Hàm lượng cacbon trong mẫu gang trên là

A. 2%.    B. 3%.     C. 4%.    D. 5%.

Đáp án: A