BÀI 20
TÁCH KIM LOẠI VÀ VIỆC SỬ DỤNG HỢP KIM

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Hoạt động nhóm 4 (5 phút)
Tìm hiểu thông tin SGK – tr 95 trả lời câu hỏi

Nêu các bước cơ bản trong quy trình tách kim loại từ quặng

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI
Trong tự nhiên, kim loại chủ yếu tồn tại ở trong quặng dưới
dạng hợp chất như oxide, muối.
Ví dụ:

quặng bauxite
thành phần chủ
yếu là (Al2O3)

quặng hematite
thành phần chủ
yếu là (Fe2O3)

quặng sphalerite
thành phần chủ
yếu là (ZnS)

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Quy trình tách kim loại từ quặng

quặng bauxite
thành phần chủ
yếu là (Al2O3)

quặng hematite
thành phần chủ
yếu là (Fe2O3)

quặng sphalerite
thành phần chủ
yếu là (ZnS)

Từ các quặng kim loại, người ta làm giàu quặng bằng cách loại
bỏ các tạp chất như đất, cát, đá,... Sau đó, tuỳ thuộc vào mức độ
hoạt động hoá học của kim loại, có thể lựa chọn phương pháp
hoá học phù hợp để tách kim loại ra khỏi hợp chất của nó

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Phương pháp điện phân nóng chảy

Phương pháp điện phân nóng chảy được áp dụng để tách các
kim loại hoạt động hoá học mạnh như Na, Ca, Mg, Al,...

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Phương pháp nhiệt luyện

Phương pháp nhiệt luyện thường được dùng để tách các kim
loại hoạt động hoá học trung bình như Fe, Zn,...: có thể dùng
các chất như C, CO, H₂, Al,... tác dụng với oxide kim loại ở
nhiệt độ cao, thu được kim loại.

I. PHƯƠNG PHÁP TÁCH KIM LOẠI

Phương pháp thủy luyện

Phương pháp thuỷ luyện để tách các kim loại hoạt động hoá
học yếu như Ag, được chuyển thành muối tan. Sau đó dùng
kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn đẩy kim loại yếu hơn ra
khỏi muối.

II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng

Cầu sắt, thép

Sắt, nhôm kẽm được điều chế từ
những loại quặng gì? Phương
pháp điều chế như thế nào?
Nồi nhôm

II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng
1. Tách nhôm ra khỏi Aluminium oxide bằng phản ứng điện phân
- Nguyên liệu: Quặng bauxite (thành phần chính là Al2O3)
- Trong công nghiệp nhôm được sản xuất bằng phương pháp
điện phân nóng chảy Al2O3 theo sơ đồ dưới

quặng bauxite

Phương trình điện phân
Điện phân nóng chảy

Hình 20.1: Sơ đồ bể điện phân aluminium
oxide nóng chảy

phaân noùng chaûy
2Al 2 O 3  ñieä
n 
    4Al + 3O 22
Cryolite

II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng
2. Tách sắt ra khỏi Iron (III) oxide
- Nguyên liệu: Quặng hematite (thành phần chính là Fe2O3)
- Ở nhiệt độ cao, sắt được tách khỏi Fe2O3 bởi CO (phương pháp
nhiệt luyện)
Phương trình hóa học
ttoo

Fe2 O 3 + 3CO   2Fe + 3CO 22

quặng hematite

II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng
3. Tách kẽm ra khỏi zinc sulfide
- Nguyên liệu: Quặng sphalerite (thành phần chính là ZnS)
- Đốt quặng chứa ZnS trong không khí để tạo thành ZnO. Ở nhiệt
độ cao, Zn được tách khỏi ZnO bởi C (phương pháp nhiệt luyện)
Phương trình hóa học
to

2ZnS + 3O 2   2ZnO + 2SO 2
to

ZnO + C   Zn + CO 2
quặng sphalerite

II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng
HOẠT ĐỘNG CẶP ĐÔI TRẢ LỜI CÂU HỎI: (5
PHÚT)
1. Hãy chỉ ra điểm giống nhau và khác nhau trong hai quá trình
tách kẽm và tách sắt đã nêu ở trên.
2. Theo em, kim loại sodium có thể tách bằng phương pháp
nhiệt luyện như tách kẽm được không? Vì sao?
3. Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại
hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Al,...?
4. Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại
hoạt động hoá học trung bình như Zn, Fe?

II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng
BÁO CÁO THẢO LUẬN
1.

- Giống nhau: Tách kim loại Fe ra khỏi Fe2O3 và tách kim

loại Zn ra khỏi ZnS đều bằng phương pháp nhiệt luyện.
- Khác nhau: Tách Fe với chất khử là CO, bởi vì Fe là kim
loại hoạt động hoá học trung bình; tách Zn với chất khử là C, bởi
vì Zn là kim loại hoạt động hoá học trung bình nhưng mạnh hơn
Fe.
2. Không tách natri bằng phương pháp nhiệt luyện như tách kẽm,
bởi vì natri là kim loại hoạt động rất mạnh.

II. Quá trình tách một số kim loại có nhiều ứng dụng

BÁO CÁO THẢO LUẬN
3. Để tách các kim loại hoạt động hoá học mạnh như K, Na, Al,...
thường dùng phương pháp điện phân nóng chảy.
4. Để tách các kim loại hoạt động hoá học trung bình như Zn,
Fe, ... có thể dùng phương pháp nhiệt luyện.

III. HỢP KIM

Máy bay, tàu vũ trụ … được
sản xuất từ những loại hợp
kim khác nhau. Vậy hợp kim
là gì? Nêu ưu điểm của hợp
kim.

III. HỢP KIM
1. Khái niệm hợp kim
- Hợp kim là vật liệu kim loại có chứa ít nhất một kim loại cơ
bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.
 Kim loại cơ bản là kim loại chiếm thành phần chính trong hợp
kim.
+ Ví dụ: thép có kim loại cơ bản là sắt, đuy-ra (duralumin) có
kim loại cơ bản là nhôm,...
2. Ưu điểm của hợp kim
- Hợp kim thường có nhiều ưu điểm vượt trội so với kim loại
nguyên chất về độ cứng, độ bền, khả năng chống ăn mòn và gỉ
sét, phù hợp với nhiều ứng dụng.

III. HỢP KIM

Thảo luận nhóm: 5 phút
1. Thành phần, tính chất của kim loại và hợp kim của nó khác
nhau như thế nào? Tại sao trong thực tiễn kim loại thường
được sử dụng dưới dạng hợp kim. Lấy ví dụ minh hoạ.
2. Gang, thép, đuy-ra có thành phần và tính chất đặc trưng gì?
Tại sao các hợp kim này được sử dụng phổ biến trong công
nghiệp và cuộc sống?

III. HỢP KIM
1.
- Về thành phần: kim loại là đơn chất, hợp kim là hỗn hợp có
chứa một kim loại cơ bản.
- Về tính chất: hợp kim có tính chất hoá học gần giống với kim
loại cơ bản (trừ một số trường hợp như thép inox) nhưng tính
chất vật lí thường khác nhiều về độ cứng, độ bền, khả năng
chống ăn mòn, gỉ sét.
- Trong thực tiễn, kim loại thường được sử dụng dưới dạng
hợp kim vì hai lí do: khó tách kim loại tinh khiết, có nhiều ưu
điểm trong sử dụng.

III. HỢP KIM
3. Một số hợp kim phổ biến
- Gang và thép là hai hợp kim quan trọng của sắt với carbon và
một số nguyên tố khác (carbon chiếm hàm lượng từ 2% đến 5%
trong gang và dưới 2% trong thép).
+ Thép có nhiều ưu điểm hơn sắt về độ cứng, độ đàn hồi, khả
năng chịu lực nên được sử dụng rộng rãi trong các công trình
xây dựng, giao thông.

III. HỢP KIM
3. Một số hợp kim phổ biến
+ Gang cứng và giòn hơn thép, thường được dùng để đúc các
chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống,....
+ Inox là một loại thép đặc biệt, ngoài sắt và carbon còn có các
nguyên tố khác như chromium, nickel. Inox cứng và khó bị gỉ,
được sử dụng làm đồ gia dụng, thiết bị y tế,...

Gang

Inox

III. HỢP KIM
3. Một số hợp kim phổ biến
+ Đuy-ra (duralumin) là hợp kim của nhôm với đồng,
manganese, magnesium,...
+ Đuy-ra nhẹ tương đương nhôm nhưng bền và cứng hơn
nhiều, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô,...

IV. SẢN XUẤT GANG THÉP

Hoạt động nhóm (10 phút)
Nghiên cứu thông tin sgk trả lời câu hỏi sau
1. Nguyên liệu sản xuất gang là gì? Mô tả các giai đoạn chính của
quá trình sản xuất gang. Viết phương trình hoá học của các phản
ứng.
2. Nêu quá trình sản xuất thép. Tại sao khi loại bỏ một phần
carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép?
3. Khí thải trong sản xuất gang, thép thường chứa các khí gì? Em
hãy tìm hiểu và cho biết nếu các khí này được đưa thẳng ra
ngoài môi trường mà không qua xử lí thì sẽ gây ảnh hưởng như
thế nào tới môi trường sống.

IV. SẢN XUẤT GANG, THÉP
1. Sản xuất gang
- Nguyên liệu: quặng sắt (thường
là quặng hematite với thành phần
chính là Fe2O3), than cốc và chất
tạo xỉ như CaCO3, SiO2,...

Sơ đồ lò luyện gang

IV. SẢN XUẤT GANG THÉP
1. Sản xuất gang
Các giai đoạn chính của quá trình
sản xuất gang:
- Phản ứng tạo thành khí CO:
00

C + O 2  t CO 22
t 00

C + CO 2   2CO

- Tạo gang từ quặng: Khí CO phản
ứng với các oxide của sắt trong
quặng:
t0

3CO + Fe 2O 3   2Fe + 3CO 2
- Tạo xỉ, tách xỉ thu được gang:
t0

CaO + SiO 2   CaSiO 3

Sơ đồ lò luyện gang

IV. SẢN XUẤT GANG THÉP
2. Sản xuất thép
- Quá trình sản xuất thép: Làm giảm các tạp chất C, Si, Mn, …
trong gang bằng cách chuyển chúng thành các oxide và loại bỏ
chúng để thu được thép

IV. SẢN XUẤT GANG THÉP
2. Sản xuất thép
- Khi loại bỏ một phần carbon và tạp chất trong gang lại thu
được thép vì thành phần của gang và thép khác nhau ở hàm
lượng carbon và tạp chất.

IV. SẢN XUẤT GANG THÉP
3. Khí thải trong sản xuất gang
thép chứa các khí CO2, CO, NO,
NO2, SO2,... Các khí này gây ô
nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn
nước, gây mưa acid và làm gia
tăng hiệu ứng nhà kính. Các khí
thải này làm thay đổi môi trường
không khí, đất và nước, gây ra các
bệnh hô hấp cho người, gia súc,
làm cây cối và sinh vật kém phát
triển hoặc chết.

IV. SẢN XUẤT GANG THÉP

Thảo luận cặp đôi, trả lời câu hỏi
1. Gang và thép có thành phần khác nhau như thế nào? Thành
phần đó ảnh hưởng đến tính chất vật lí của gang, thép như thế
nào? Nêu ví dụ về các ứng dụng nổi bật của gang và thép trong
cuộc sống.
2. Phương pháp tách kim loại nào đã được vận dụng trong quá
trình sản xuất gang? Giải thích.

IV. SẢN XUẤT GANG THÉP
1. Gang và thép có thành phần chính là sắt, ngoài ra còn có
carbon và một số nguyên tố khác.
- Gang có nhiều carbon (carbon chiếm 2% - 5%)
- Thép (carbon chiếm 0,1% - 2%)
 Gang cứng và giòn hơn thép.
* Ứng dụng:
+ Gang được dùng để chế tạo bệ máy, ống nước, lưỡi cày,...
+ Thép được dùng để làm vật liệu xây dựng, cầu, đường sắt, lan
can, vỏ tàu, xe,... và các vật dụng khác trong đời sống.
2. Quá trình sản xuất gang, thép sử dụng phương pháp nhiệt
luyện vì Fe là kim loại hoạt động trung bình.

Luyện tập

Câu 1. Kim loại Na được điều chế bằng phương pháp nào sau
đây?
A. Phương pháp điện phân nóng chảy.
B. Phương pháp nhiệt luyện với chất phản ứng là CO.
C. Phương pháp nhiệt luyện với chất phản ứng là H 2.
D. Phương pháp thuỷ luyện.
Câu 2. Phương pháp nhiệt luyện với chất phản ứng CO có thể
tách được kim loại nào sau đây ra khỏi oxide của nó?
A. Fe.

Β. Κ.

D. AI.
Câu 3. Thành phần chính của quặng bauxite là

C. Ca.

Luyện tập

Câu 4. Chất/các chất phản ứng dùng để tách kẽm ra khỏi kẽm
sulfide là
A. CO.

B. O2 và C.

C. HCI và Al.

D. H2.

Câu 5. Kim loại cơ bản của hợp kim đuy-ra (duralumin) là
A. Fe.

B. Cu.

C. Al.

D. Mg.
Câu 6. Gang và thép có thành phần nguyên tố cơ bản nào khác
nhau?
A.

Sắt.

B.

Luyện tập

Câu 7. Chất nào sau đây không phải là nguyên liệu sản xuất
gang?
A. Quặng sắt.

B.

Than cốc.
C.

Đá

vôi.

D. Đất sét.
Câu 8. Chất nào sau đây không phải là nguyên liệu sản xuất
thép?
A.

Gang.

B. Thép phế liệu.
C. Khí oxygen.

D.

Luyện tập

Câu 9. Điện phân nóng chảy 1,53 tấn Al2O3 giả thiết hiệu suất
100%, thu được khối lượng nhôm là
A. 810 kg.

B. 720 kg.

C. 405 kg.

D. 360
kg. vàng tây, thành phần gồm có vàng và
Câu 10. Một đồ
vật bằng
bạc, nặng 0,453 g; trong đó, khối lượng vàng là 0,170 g. Thành
phần phần trăm khối lượng của vàng trong loại vàng tây đó là
Α. 62,5%.
17,0%.

Β. 37,5%.
D. 45,3%.

C.

Luyện tập

Câu 11. Trong quá trình điện phân nóng chảy aluminium oxide,
cryolite được trộn vào để làm gì?
Để làm giảm nhiệt độ nóng chảy, tăng tính dẫn điện (giảm tiêu
tốn điện năng) và chống oxi hoá nhôm lỏng tạo thành.
Câu 12. Điện cực than chì có bền không trong quá trình điện
phân nóng chảy aluminium oxide?
Điện cực than chì không bền. Oxygen sinh ra sẽ đốt cháy dần
điện cực than chì, tạo khí CO và CO 2.

Luyện tập

Câu 13. Tại sao hợp kim lại được sử dụng phổ biến trong công
nghiệp và cuộc sống?
Hợp kim có nhiều ưu điểm so với kim loại thành phần, đặc
biệt về tính chất vật lí. Ví dụ: đuy-ra (duralumin) có độ cứng
lớn hơn nhôm rất nhiều, do đó được ứng dụng rộng rãi trong
chế tạo thân vỏ máy bay, ô tô,...

Luyện tập

Câu 14. Khí lò cao trong sản xuất gang thép thường chứa các
khí gì? Các khí này ảnh hưởng thế nào tới môi trường xung
quanh? Em hãy đề xuất cách xử lí các khí này trước khi thải ra
môi trường xung quanh.
Khí thoát ra từ lò cao sản xuất gang thường có nhiều CO 2, CO
và một số khí như SO2, NO, NO2, CH4,... gây ra sự gia tăng
hiệu ứng nhà kính, mưa acid và ô nhiễm không khí,... Cần đốt
cháy và hấp thụ sản phẩm vào một số dung dịch đặc biệt
(như dung dịch Ca(OH)2).