Giáo án Bài 20. Tách kim loại và việc sử dụng hợp kim

HS nhận ra vấn đề học tập: không phải mọi kim loại đều tách từ hợp chất bằng cùng một cách; kích thích tò mò về phương pháp tách, hợp kim và tái chế.

GV nêu tình huống: sắt trong quặng sắt được lấy ra trong lò cao bằng khí CO, còn nhôm trong $\mathrm{Al_2O_3}$ không thể lấy ra bằng cách tương tự. HS trả lời câu hỏi: Vì sao cùng là oxide kim loại nhưng cách tách sắt và nhôm lại khác nhau? Theo em, yếu tố nào quyết định cách tách?

HS nêu được dự đoán ban đầu: cách tách phụ thuộc vào độ hoạt động hoá học của kim loại (nhôm hoạt động mạnh hơn sắt nên khó bị khử bởi CO). HS ghi câu hỏi cần giải quyết vào vở: Phương pháp tách kim loại phụ thuộc vào yếu tố nào? Hợp kim và tái chế có vai trò gì?

HS phân biệt được phương pháp tách sắt (khử oxide bằng CO) và tách nhôm (điện phân Al₂O₃ nóng chảy), từ đó nêu được phương pháp tách phụ thuộc mức hoạt động và dạng hợp chất.

HS làm việc theo cặp đôi, quan sát mô phỏng Ống thuỷ tinh chứa Fe₂O₃ đun nóng trong dòng CO và mô phỏng Bể điện phân Al₂O₃ nóng chảy trên trang bài học NeoEdu, sau đó hoàn thành Phiếu học tập số 1. Câu hỏi: (1) Bột Fe₂O₃ đổi màu thế nào? Khí sinh ra làm gì với nước vôi? (2) Nhôm lỏng xuất hiện ở đâu trong bể điện phân? (3) Vì sao CO không khử được Al₂O₃ mà phải điện phân?

Kết quả quan sát: bột $\mathrm{Fe_2O_3}$ từ đỏ nâu chuyển sang xám (sắt); khí $\mathrm{CO_2}$ làm đục nước vôi. Ở bể điện phân, nhôm lỏng đọng ở đáy bể, cực dương bằng than chì. Kết luận HS rút ra: Sắt được tách bằng khử oxide bằng CO; nhôm hoạt động mạnh nên CO không khử được, phải điện phân Al₂O₃ nóng chảy. Phương pháp tách phụ thuộc mức hoạt động và dạng hợp chất, không có một cách cho mọi kim loại.

HS nêu được khái niệm hợp kim, giải thích được tính chất của hợp kim được điều chỉnh theo thành phần; nêu được khái niệm và lợi ích của tái chế kim loại.

HS hoạt động nhóm 4 theo kĩ thuật khăn trải bàn. Nhóm quan sát Khay hợp kim (thép, gang, inox, duralumin) và Lon kim loại tái chế trên trang NeoEdu, sau đó hoàn thành Phiếu học tập số 2. Câu hỏi: (1) Hợp kim gồm những thành phần nào? (2) So với kim loại nền, hợp kim có tính chất gì khác? (3) Vì sao tái chế nhôm được khuyến khích? Vì sao cần phân loại trước khi tái chế?

Hợp kim: vật liệu kim loại chứa kim loại nền và thành phần khác, có tính chất được điều chỉnh. Thép, gang, inox, duralumin cứng hơn kim loại nền tương ứng. Tái chế: thu hồi kim loại giúp tiết kiệm quặng và năng lượng; tái chế nhôm tiết kiệm khoảng 95 % năng lượng so với sản xuất từ quặng; cần phân loại, xử lí để đảm bảo chất lượng kim loại thu hồi.

HS phân biệt chính xác ba khái niệm; bác bỏ quan niệm sai; vận dụng tỉ lệ mol để tính số mol Fe và CO.

GV tổ chức trò chơi Ai nhanh hơn theo nhóm 4. Các nhóm làm 3 câu: (1) Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng (phương pháp tách, hợp kim, tái chế). (2) Nhận định: Nhôm có thể tách từ Al₂O₃ bằng mọi cách khử giống sắt với CO. Đúng hay sai? Vì sao? (3) Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂. Có 0,1 mol Fe₂O₃ phản ứng hết, tính số mol Fe và CO.

Đề bài tập 1: Trong bài này, phương pháp tách có đặc điểm nào? A. mọi quặng chỉ cần rửa nước; B. mọi kim loại tách bằng carbon như nhau; C. phụ thuộc mức hoạt động và dạng hợp chất, không có một cách cho mọi kim loại. Đáp án: C.

Đáp án (1) Ghép đúng: Phương pháp tách – phụ thuộc mức hoạt động và dạng hợp chất, không có một cách cho mọi kim loại; Hợp kim – vật liệu kim loại chứa kim loại nền và thành phần khác, có tính chất được điều chỉnh; Tái chế – thu hồi kim loại giúp tiết kiệm quặng và năng lượng nhưng cần phân loại, xử lí.

Đáp án (2) Sai. Nhôm hoạt động mạnh, cần phương pháp thích hợp như điện phân nóng chảy; không suy mọi oxide có cùng cách tách.

Đáp án (3) Theo phương trình: 1 mol Fe₂O₃ tạo 2 mol Fe và cần 3 mol CO. Vậy 0,1 mol Fe₂O₃ tạo $0{,}1 \times 2 = 0{,}2$ mol Fe và cần $0{,}1 \times 3 = 0{,}3$ mol CO.

HS vận dụng kiến thức về hợp kim và tái chế để giải thích lựa chọn vật liệu trong thực tế và đề xuất hành động bảo vệ môi trường.

HS làm việc cặp đôi trả lời câu hỏi tình huống: Vì sao chọn thép thay sắt tinh khiết cho một số kết cấu như khung nhà, cầu? Gia đình em có nhiều lon nhôm và đồ sắt cũ, em nên phân loại và xử lí như thế nào để tái chế?

Lập luận: thép là hợp kim, có thể điều chỉnh độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn theo thành phần nên phù hợp hơn sắt tinh khiết trong kết cấu; tuy nhiên phải lựa chọn theo tiêu chuẩn thiết kế, không khẳng định mọi loại thép đều giống nhau. Đề xuất: phân loại lon nhôm, đồ sắt riêng, làm sạch, gom về điểm thu mua phế liệu để tái chế, tiết kiệm quặng và năng lượng.