Giải Khoa học tự nhiên 9 trang 99
Lời giải chi tiết SGK Lớp 9 · Môn Khoa Há»c Tá»± NhiĂªn · Trang 99–100
Mình lưu ý nhỏ trước nhé: ảnh bạn gửi thực chất đánh số góc trang là 97 và 98 (Bài 20 – Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim, sách KHTN 9 bộ Kết nối tri thức). Mình sẽ giải đúng theo nội dung trong ảnh.
Tóm tắt lý thuyết
Câu hỏi mở đầu (đầu trang 97) thuộc phần "Tách kim loại" ở trang trước. Phần chính của hai trang này gồm:
II – Hợp kim
- Hợp kim là vật liệu kim loại chứa ít nhất một kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác.
- Kim loại cơ bản: kim loại chiếm thành phần chính.
- Ưu điểm: cứng hơn, bền hơn, chống ăn mòn/gỉ tốt hơn kim loại nguyên chất.
- Hợp kim phổ biến: gang, thép, inox, đuy-ra (duralumin).
III – Sản xuất gang, thép
- Gang được luyện trong lò cao từ quặng hematite (Fe₂O₃), than cốc, đá vôi.
- Thép được sản xuất bằng cách thổi khí oxygen vào gang nóng chảy để đốt cháy tạp chất.
Bài 1: Phương pháp tách kim loại hoạt động mạnh và trung bình (đầu trang 97)
Câu 1. Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học mạnh như K, Na, Al,…?
Trả lời: Dùng phương pháp điện phân nóng chảy.
Giải thích: K, Na, Al hoạt động hóa học rất mạnh, ion của chúng rất khó bị khử bằng chất khử thông thường (như C, CO). Vì vậy phải dùng dòng điện một chiều điện phân hợp chất nóng chảy của chúng để tách kim loại.
Ví dụ:
$$2NaCl \xrightarrow{\text{điện phân nóng chảy}} 2Na + Cl_2$$
$$2Al_2O_3 \xrightarrow{\text{điện phân nóng chảy}} 4Al + 3O_2$$
Câu 2. Phương pháp nào thường được dùng để tách các kim loại hoạt động hóa học trung bình như Zn, Fe?
Trả lời: Dùng phương pháp nhiệt luyện (dùng chất khử như C, CO, H₂… khử oxide kim loại ở nhiệt độ cao).
Giải thích: Zn, Fe hoạt động trung bình, ion của chúng có thể bị khử bằng các chất khử rẻ tiền ở nhiệt độ cao nên không cần điện phân, vừa đơn giản vừa tiết kiệm chi phí.
Ví dụ:
$$3CO + Fe_2O_3 \xrightarrow{t^o} 2Fe + 3CO_2$$
Bài 2: Câu hỏi về hợp kim (cuối trang 97)
Câu 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 họa.
Trả lời:
| So sánh | Kim loại nguyên chất | Hợp kim |
|---|---|---|
| Thành phần | Chỉ một nguyên tố kim loại | Một kim loại cơ bản + một số kim loại/phi kim khác |
| Độ cứng, độ bền | Thường mềm, kém bền hơn | Cứng và bền hơn |
| Chống ăn mòn, gỉ | Kém hơn | Tốt hơn |
Lý do dùng dạng hợp kim: Hợp kim có nhiều ưu điểm vượt trội (cứng hơn, bền hơn, chống ăn mòn tốt hơn), phù hợp với nhiều ứng dụng trong đời sống và công nghiệp hơn so với kim loại nguyên chất.
Ví dụ: Sắt nguyên chất mềm và dễ gỉ, nhưng thép (hợp kim của sắt với carbon) lại cứng, bền, chịu lực tốt nên được dùng rộng rãi trong xây dựng.
Câu 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?
Trả lời:
| Hợp kim | Thành phần | Tính chất đặc trưng | Ứng dụng |
|---|---|---|---|
| Gang | Sắt + carbon (2–5%) và một số nguyên tố khác | Cứng nhưng giòn | Đúc chi tiết máy, ống dẫn nước, nắp cống |
| Thép | Sắt + carbon (dưới 2%) | Cứng, đàn hồi, chịu lực tốt | Công trình xây dựng, giao thông |
| Đuy-ra | Nhôm + đồng, manganese, magnesium… | Nhẹ tương đương nhôm nhưng bền và cứng hơn nhiều | Chế tạo máy bay, ô tô |
Lý do dùng phổ biến: Mỗi hợp kim có ưu điểm riêng đáp ứng được những yêu cầu khác nhau (gang dễ đúc, thép chịu lực, đuy-ra nhẹ mà bền), nên rất phù hợp với nhu cầu đa dạng của công nghiệp và đời sống.
Bài 3: Phần "Em có biết" – Hợp kim Wood (cuối trang 97)
Đây là phần đọc thêm, không phải bài tập. Nội dung: Van nước cứu hỏa tự động dùng hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp.
- Hợp kim Wood: bismuth (50%), chì (25%), thiếc (12,5%), cadmium (12,5%).
- Nhiệt độ nóng chảy chỉ 55,5 °C, trong khi các đơn chất riêng lẻ nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn nhiều (Bi 271 °C, Pb 327 °C, Sn 232 °C, Cd 321 °C).
Ý nghĩa: Khi có hỏa hoạn, nhiệt độ tăng làm hợp kim nóng chảy, van tự động mở phun nước dập lửa. Đây là ví dụ cho thấy nhiệt độ nóng chảy của hợp kim có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi thành phần.
Bài 4: Sản xuất gang, thép (trang 98)
Trang 98 là phần lý thuyết, không có câu hỏi/bài tập. Mình tóm tắt lại các phương trình quan trọng cần nhớ:
Sản xuất gang trong lò cao (Hình 20.2):
Tạo khí CO:
$$C + O_2 \xrightarrow{t^o} CO_2$$
$$C + CO_2 \xrightarrow{t^o} 2CO$$
CO khử oxide sắt:
$$3CO + Fe_2O_3 \xrightarrow{t^o} 2Fe + 3CO_2$$
Tạo xỉ (loại bỏ tạp chất):
$$CaCO_3 \xrightarrow{t^o} CaO + CO_2$$
$$CaO + SiO_2 \xrightarrow{t^o} CaSiO_3$$
Xỉ nhẹ nổi lên trên gang lỏng và được tháo ra qua cửa tháo xỉ.
Sản xuất thép trong lò thổi (Hình 20.3):
- Thổi khí oxygen vào gang nóng chảy để đốt cháy tạp chất.
- Tạp chất biến thành oxide khí (CO₂, SO₂…) thoát theo khí thải; oxide rắn (SiO₂, MnO₂…) tạo xỉ nhẹ nổi lên rồi tách ra.
Mẹo ghi nhớ: Gang nhiều carbon (2–5%) nên cứng mà giòn; thép ít carbon (dưới 2%) nên dẻo dai, chịu lực tốt. Sản xuất thép chính là quá trình "giảm bớt carbon và tạp chất" trong gang.