Giải Khoa học tự nhiên 9 trang 101

Trang 99 – Bài tập cuối bài (phần Luyện tập và Vận dụng)

Câu 1

Đề bài: Mô tả các giai đoạn chính của quá trình sản xuất gang. Viết phương trình hoá học của các phản ứng.

Cách 1 — Trình bày theo thứ tự giai đoạn

Quá trình sản xuất gang gồm 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: Tạo chất khử CO

• Đốt cháy than cốc (carbon) trong không khí nóng để tạo CO₂, sau đó CO₂ bị khử thành CO.

Phương trình:

• C + O₂ → (nhiệt độ) → CO₂
• C + CO₂ → (nhiệt độ) → 2CO

Giai đoạn 2: Khử quặng sắt (tạo gang)

• Khí CO khử oxit sắt (Fe₂O₃) trong quặng thành sắt nóng chảy.

Phương trình:

• 3CO + Fe₂O₃ → (nhiệt độ) → 2Fe + 3CO₂

Giai đoạn 3: Tạo xỉ (tách tạp chất)

• Đá vôi (CaO) phản ứng với SiO₂ (cát, tạp chất) tạo xỉ canxi silicat, nổi lên trên gang lỏng và được tách ra.

Phương trình:

• CaO + SiO₂ → (nhiệt độ) → CaSiO₃

Cách 2 — Tóm tắt bằng sơ đồ

Than cốc + O₂ → CO₂ → CO (chất khử)
         ↓
CO + Fe₂O₃ → Fe (gang lỏng) + CO₂
         ↓
CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (xỉ, loại bỏ)

Đáp án: Quá trình sản xuất gang gồm 3 giai đoạn: tạo CO, dùng CO khử quặng sắt thành Fe, và tạo xỉ để loại tạp chất.

---

Câu 2

Đề bài: Tại sao khi loại bỏ một phần carbon và các tạp chất trong gang lại thu được thép?

Cách giải

• Gang là hợp kim của sắt với carbon (hàm lượng C từ 2% đến 5%) và một số tạp chất khác (Si, Mn, S, P...).
• Thép cũng là hợp kim của sắt với carbon, nhưng hàm lượng C thấp hơn (dưới 2%).

Khi loại bỏ bớt carbon và tạp chất trong gang:

• Hàm lượng C giảm xuống dưới 2%.
• Các tạp chất (Si, Mn, S, P) cũng giảm đáng kể.
• Sản phẩm thu được có tính chất khác: cứng hơn, dẻo hơn, đàn hồi hơn gang → đó chính là thép.

Bản chất quá trình: Oxi được thổi vào gang nóng chảy, oxi hoá carbon và các tạp chất thành oxit (CO₂, SiO₂, MnO...) rồi tách ra khỏi hợp kim.

Đáp án: Vì gang và thép đều là hợp kim Fe–C, chỉ khác nhau ở hàm lượng carbon. Khi giảm C từ trên 2% xuống dưới 2% và loại bớt tạp chất, gang chuyển thành thép.

---

Câu 3

Đề bài: 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.

Cách giải

Các khí thải chính:

• CO₂ (carbon dioxide)
• CO (carbon monoxide)
• SO₂ (sulfur dioxide) – do tạp chất lưu huỳnh trong quặng
• Bụi oxit kim loại, bụi mịn

Ảnh hưởng tới môi trường nếu không xử lí:

Đáp án: Khí thải gồm CO₂, CO, SO₂ và bụi. Nếu không xử lí, chúng gây hiệu ứng nhà kính, mưa axit, ô nhiễm không khí, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người và hệ sinh thái.

---

Câu hỏi vận dụng (?) – Câu 1

Đề bài: 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.

Cách giải

So sánh thành phần:

Ảnh hưởng đến tính chất vật lí:

• Gang: Hàm lượng C cao → giòn, cứng, không dẻo, không rèn được, dễ vỡ khi va đập.
• Thép: Hàm lượng C thấp → cứng, bền, dẻo, đàn hồi tốt, có thể rèn, cán, kéo sợi.

Ví dụ ứng dụng:

• Gang: Nồi gang, chảo gang, ống dẫn nước, bệ máy, tượng đúc (vì gang chịu nén tốt, đúc khuôn dễ).
• Thép: Cầu, nhà cao tầng, đường ray xe lửa, ô tô, dao kéo, dụng cụ y tế (vì thép bền, dẻo, chịu lực kéo tốt).

Đáp án: Gang chứa 2–5% C nên giòn, cứng, dùng đúc nồi, ống nước. Thép chứa dưới 2% C nên dẻo, bền, dùng làm cầu, nhà, xe, dụng cụ.

---

Câu hỏi vận dụng (?) – Câu 2

Đề bài: Phương pháp tách kim loại nào đã được vận dụng trong quá trình sản xuất gang? Giải thích.

Cách giải

Phương pháp được vận dụng: Phương pháp nhiệt luyện.

Giải thích:

• Trong sản xuất gang, người ta dùng chất khử CO (ở nhiệt độ cao) để khử oxit sắt Fe₂O₃ thành sắt (Fe).
• Phản ứng: 3CO + Fe₂O₃ → (nhiệt độ cao) → 2Fe + 3CO₂
• Đây chính là bản chất của phương pháp nhiệt luyện: dùng chất khử (C, CO, H₂...) để khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao, thu được kim loại.

Đáp án: Phương pháp nhiệt luyện. Vì trong lò cao, CO đóng vai trò chất khử, khử Fe₂O₃ thành Fe ở nhiệt độ cao.

💡 Mẹo nhớ: "Nhiệt luyện = Nhiệt độ cao + Chất khử → Kim loại". Nhớ: CO là "người hùng" trong lò cao, cướp oxi của quặng sắt.

---

Trang 100 – Bài 21: Sự khác nhau cơ bản giữa phi kim và kim loại

Trang này chủ yếu là nội dung lý thuyết mở đầu bài 21, không có câu hỏi bài tập chính thức.

Tuy nhiên, có câu hỏi mở bài (phần dẫn nhập):

Câu hỏi mở bài

Đề bài: Các phi kim như carbon, lưu huỳnh hay chlorine là những chất không thể thiếu trong công nghiệp cũng như cuộc sống hàng ngày. Tính chất của chúng có gì khác so với kim loại?

Cách giải

So sánh tính chất cơ bản giữa phi kim và kim loại:

Đáp án: Phi kim khác kim loại ở chỗ: không dẫn điện, không dẫn nhiệt, không có ánh kim, giòn, nhiệt độ nóng chảy thấp, tạo ion âm và oxit acid.

---

Tóm tắt nội dung lý thuyết trang 100 (Bài 21 – Phần I):

• Carbon tồn tại ở nhiều dạng: kim cương, than chì, carbon vô định hình (than gỗ, than xương, muội than...).
• Tính chất đặc biệt: tính hấp phụ – khả năng giữ trên bề mặt các phân tử chất khí, chất tan.
• Ứng dụng của tính hấp phụ: mặt nạ phòng độc, chất khử màu, khử mùi.
• Ứng dụng khác của carbon: than cốc làm nhiên liệu, than chì làm điện cực, kim cương làm trang sức và dao cắt kính.

---

🎯 Ghi nhớ: - Gang = Fe + C (2–5%) → giòn, cứng. Thép = Fe + C (dưới 2%) → dẻo, bền. - Sản xuất gang dùng phương pháp nhiệt luyện: CO khử Fe₂O₃ ở nhiệt độ cao. - Phi kim khác kim loại: không dẫn điện, không ánh kim, tạo oxit acid, tạo ion âm. - Carbon có tính hấp phụ → ứng dụng lọc nước, khử mùi, mặt nạ phòng độc.