Luyện tập Hợp kim của sắt (Tiếp)

0,5 tấn gang chứa 4% C 0,5 tấn gang chứa 96% Fe hay m_Fe = 0,48 tấn

Trong gang: n_Fe = 3/350 (mol)

Bảo toàn nguyên tố Fe:

2.n_Fe2O3 + 3.n_Fe3O4 = 3/350

- Trộn m₁ tấn A với m₂ tấn B thu được 1 tấn quặng C

m₁ + m₂ = 1                                                 (2)

Từ (1) và (2) m₁ = 2/7; m₂ = 5/7

                      m₁ : m₂ = 2 : 5

 Muối nitrat thu được là Fe(NO₃)₃:

n_Fe(NO3)3 = 1,6 mol

Bảo toàn Fe: 

m_Fe2O3 = 0,8.160 = 128 gam

Sau khi hấp thụ khí vào dung dịch xút thì khối lượng bình tăng là khối lượng của CO₂:

m_CO2 = 52,8 gam n_CO2 = 1,2 mol

n_{O (bị khử)} = n_{CO pư} = 1,2 mol

Bảo toàn khối lượng ta có: 

m_quặng = m_rắn + m_O = 300,8 + 1,2.16 = 320 gam

m_C = 4,8% .10 = 0,48 gam n_C = 0,04 mol

m_Fe = 10 - 0,48 = 9,52 gam n_Fe = 0,17 mol

Quá trình nhường nhận electron:

0,17                  0,51                                   a         a        a

0,04      0,04   0,16

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

V = (0,67 + 0,04).22,4 = 15,904 lít

 Khối lượng Fe₃O₄ có trong 1 tấn quặng là: 

Có: n_Fe = 3.n_Fe3O4

                                                   = 588 kg

(1) Đúng. Hàm lượng cacbon trong gang chiếm 2 – 5%. Hàm lượng cacbon trong thép chiếm 0,01 – 2%.

(2) Đúng. Thép được sản xuất theo nguyên tắc là làm giảm hàm lượng các tạp chất C, Si, S, Mn,... có trong gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ và tách ra khỏi thép.

(3) Sai. Nguyên tắc luyện gang là khử quặng sắt oxit bằng than cốc trong lò cao.

(4) Đúng.

9Fe(NO₃)₂ + 12KHSO₄ → 2Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O + 3NO + 6K₂SO₄ + 5Fe(NO₃)₃

(5) Đúng.

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Fe dư + 2FeCl₃ → 3FeCl₂

Lượng sắt chứa trong 5 tấn thép là:

Lượng gang dùng theo lý thuyết là:

Do hiệu suất của quá trình bằng 85% nên khối lượng gang thực tế cần dùng là:

m_{gang thực tế} =(7,2.100) : 85 = 8,54 tấn.

Các phản ứng CO khử các oxit sắt đều được thực hiện trong phần thân lò với nhiệt độ từ 400 – 800^oC:

Phản ứng khử oxit sắt từ xảy ra ở phần giữa của thân lò với nhiệt độ khoảng 500 – 600^oC.

  Ta có:

   Fe₂O₃ → 2Fe

160 tấn → 112 tấn

? tấn    ←  1,68 tấn

m_Fe2O3 = (1,68.160)/56 = 2,4 tấn

m _quặng = m_Fe2O3/80% = 3 tấn

Các phát biểu đúng là (3); (4).

(1) sai vì trong gang hàm lượng C chiếm 2 – 5% nên các nguyên tố C, Si, Mn, S chiếm ít nhất 2%.

(2) sai vì thành phần của thép có chứa 18% W và 5% Cr nên rất cứng, ứng dụng để chế tạo máy cắt gọt, phay,… không dùng để chế tạo máy bay.

Dung dịch thu được tác dụng với dung dịch BaCl₂ thấy có kết tủa trắng (không tan trong axit) là BaSO₄ => Quặng đó phải chứa nguyên tố S. Chỉ có quặng pirit FeS₂ chứa nguyên tố S. 

Phương trình phản ứng minh họa:

2FeS₂ + 14H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 15SO₂ + 14H₂O

 Fe₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ → 2 FeCl₃ + 3BaSO₄ ↓ (trắng)

n_CaCO3 = 0,2 mol

2FeCO₃ + ½ O₂  Fe₂O₃ + 2CO₂

Dẫn hỗn hợp khí sau phản ứng vào dung dịch Ca(OH)₂ thấy có kết tủa, đun phần nước lọc, lại xuất hiện kết tủa CO₂ tác dụng với dung dịch Ca(OH)₂ tạo 2 muối:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

  0,2        0,2            0,2

2CO₂ + Ca(OH)₂ → Ca(HCO₃)₂

   0,4          0,2

n_CO2 = 0,4 + 0,2 = 0,6 mol

n_FeCO3 = n_CO2 = 0,6 mol

Hàm lượng %Fe trong các quặng:

Manhetit (Fe₃O₄):

Hemantit đỏ (Fe₂O₃):

Pirit sắt (FeS₂): 

Xederit (FeCO₃)

 Quặng pirit FeS₂ không được dùng để sản xuất gang vì chứa nhiều lưu huỳnh, quặng này chủ yếu dùng để sản xuất axit sunfuric (H₂SO₄).

 n_CO = 2,24/22,4 = 0,1 mol

Bảo toàn nguyên tố C:

n_CO2 = n_CO = 0,1 mol

BT khối lượng:

m_{hỗn hợp} + m_CO = m_Fe + m_CO2

⇒ m_Fe = 17,6 + 0,1. 28 – 0,1. 44 = 16 gam

0,2 mol = n_{O trong oxit}

m_Fe = m_oxit – m_O

= 11,6 – 0,2.16 = 8,4 gam

n_Fe = 8,4 : 56 = 0,15 mol

n_Fe : n_O = 0,15 : 0,2 = 3 : 4

  Công thức oxit sắt là Fe₃O₄