Tổng hợp lý thuyết hợp kim và bài tập vận dụng

Tác giả Minh Châu 15:04 30/11/2023 18,637 Tag Lớp 12

Hợp kim là phần kiến thức trọng tâm cần nắm vững để làm tốt bài thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia. Vuihoc giúp các em tổng hợp kiến thức về hợp kim và những bài tập vận dụng liên quan trong bài viết dưới đây.

Tổng hợp lý thuyết hợp kim và bài tập vận dụng

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

1. Định nghĩa hợp kim

1.1 Định nghĩa

Một vật liệu kim loại có chứa một số kim loại cơ bản và một số kim loại hoặc phi kim khác gọi là hợp kim.

- Ví dụ:

Hợp kim titan là hợp kim kim loại chứa titan là thành phần chính và các yếu tố khác như cacbon, nitơ, oxy…
Hợp kim thép được tạo thành từ sắt, niken, crom, mangan, vonfram…
Hợp kim đồng được tạo thành từ đồng, chì và kẽm
Hợp kim nhôm được tạo thành từ nhôm với magie, sắt, silicone, kẽm hoặc đồng…

- Hợp kim được tạo ra để khắc phục những nhược điểm của các vật liệu kim loại. Hầu hết các hợp kim đều ở thể rắn và rất khó sử dụng các phương pháp thông thường để tách riêng biệt các nguyên tố tạo thành.

- Hợp kim được chia thành 2 loại:

Hợp kim đơn giản: Thường được tạo thành từ 2 kim loại hoặc 1 kim loại + 1 phi kim, trong đó kim loại là thành phần chính.
Hợp kim phức tạp: Được kết hợp từ 3 nguyên tố trở lên, trong đó có 2 kim loại chính + các nguyên tố kim loại hoặc phi kim khác.

1.2 Sơ đồ tư duy hợp kim

Sơ đồ tư duy hợp kim giúp các em học sinh dễ ghi nhớ kiến thức này hơn:

1.3 Những loại hợp kim phổ biến hiện nay

a. Hợp kim sắt:

Là loại hợp kim được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Các hợp kim của sắt là

- Thép: Thành phần chính là Fe và Carbon và pha thêm các nguyên tố khác như Cu, Mn, Ni.

- Gang: Cùng là hợp kim của Fe và carbon, trong đó Fe chiếm 95% hàm lượng. Bên cạnh đó còn có một số chất khác như phốt pho, lưu huỳnh, mangan…

b. Hợp kim đồng:

Bao gồm 2 nhóm chính:

- Đồng vàng, đồng thau: Là hợp kim giữa đồng và kẽm cùng một số nguyên tố như niken, thiếc, chì …

- Đồng thanh: Hợp kim của đồng cùng các nguyên tố khác nhưng không có kẽm ở trong đó.

c. Hợp kim nhôm:

- Đây là hợp kim được sử dụng phổ biến trong sản xuất chỉ sau sắt và thép.

- Hợp kim nhôm gồm 2 nhóm là nhôm đúc và nhôm biến dạng.

2. Các tính chất của hợp kim

2.1 Tính chất vật lý

- Hợp kim có tính chất vật lý vừa tương tự nhưng cũng khác biệt với các đơn chất kim loại:

Hợp kim có dẫn nhiệt và điện, tính dẻo và ánh kim giống kim loại do bản chất hợp kim được tạo ra từ kim loại nên trong đó vẫn có các electron tự do. Nhìn chung đặc tính vật lý không khác quá nhiều, nhưng đặc tính cơ khí lại có sự thay đổi rõ rệt về độ bền, độ cứng, khả năng chịu ăn mòn…
Các hợp kim thường có nhiều đặc tính nổi trội hơn so với đơn chất kim loại hợp thành. Ví dụ như thép là hợp kim của sắt nhưng có độ bền cao hơn sắt rất nhiều.
Điểm nóng chảy của hợp kim không cố định ở một mức nhiệt độ mà ở một khoảng nhiệt nhất định. Nguyên nhân là do hợp kim được tạo ra từ 2 hay nhiều kim loại, phi kim mà mỗi loại đơn chất lại có nhiệt độ nóng chảy khác nhau.

Ví dụ:

Các hợp kim không bị ăn mòn: niken, thép inox (Fe -Cr-Mn)

Hợp kim siêu cứng: Co-Cr-W-Fe, W-Co, Cr-Co-Ni

Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp: Sn-Pb, Bi-Pb-Sn

Hợp kim nhẹ, bền : Hợp kim titan, Al-Si

2.2 Tính chất hóa học

Các hợp kim có tính chất hóa học tương tự như các chất tham gia tạo thành. Tuy nhiên một số hợp kim có tính trơ và không phản ứng với axit, bazo hay các xúc tác khác.

Ví dụ: Hợp kim Cu-Zn

Khi tác dụng với NaOH thì chỉ có Zn phản ứng:

Zn + 2NaOH $\rightarrow$ Na₂ZnO₂+ H₂

Khi tác dụng với h2so4 đặc nóng thì cả Cu và Zn đều phản ứng:

Cu + 2H₂SO_{4 đặc} $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ CuSO₄+ SO₂ + 2H₂O

Zn + 2H₂SO_{4 đặc} $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ ZnSO₄+ SO₂ + 2H₂O

Sổ tay hack điểm thi tổng hợp đầy đủ kiến thưc tất cả các môn dưới dạng công thức, sơ đồ tư duy giúp các em học nhanh - nhớ lâu.

3. Ứng dụng của hợp kim

Hợp kim được ứng dụng rộng rãi trong đời sống vì có nhiều ưu điểm nổi trội so với kim loại. Một số ứng dụng của hợp kim có thể kể đến như:

3.1 Hợp kim sắt

- Được sử dụng trong chế tạo máy móc, mũi khoan, lưỡi cắt, đúc khuôn…

- Sản xuất đồ dùng gia đình như cổng, lan can cầu thang, khung cửa, bàn ghế, tủ kệ…

- Sử dụng chế tạo các vật liệu xây dựng có độ cứng cao trong nhiều công trình nhà cửa, giao thông…

Bài viết tham khảo thêm: Sắt và hợp chất của sắp

3.2 Hợp kim titan

- Chủ yếu sử dụng chế tạo trang sức, phục vụ nhu cầu làm đẹp của con người.

- Sản xuất linh kiện ô tô, chế tạo các dụng cụ như khung xe, gọng kính, gậy đánh golf…

- Ứng dụng trong y tế: Sản xuất răng giả, răng sứ, dụng cụ phục vụ y tế.

3.3 Hợp kim đồng

- Chế tạo các chi tiết khớp nối sử dụng trong môi trường nước

- Chế tạo các đường ống dẫn khí đốt, các chi tiết trong xe máy, ô tô, bộ tản nhiệt…

- Chế tạo dây dẫn, cáp nối truyền, thiết bị điện tử, mạng lưới mạng và điện…

3.4 Hợp kim nhôm

- Ứng dụng trong chế tạo vỏ máy bay, vệ tinh, khí cầu

- Sản xuất vũ khí, tên lửa

- Chế tạo các chi tiết của các phương tiện như xe máy, ô tô, tàu thủy…

- Đế tản nhiệt, lõi dây điện, các chi tiết trong thiết bị điện tử

- Chế tạo vật liệu gia đình, sử dụng trong ngành xây dựng, cơ khí…

Bài viết tham khảo thêm: Nhôm và hợp chất của nhôm

"Tự học và ôn thi sớm cùng bộ sách cán đích 9+ được chủ biên bởi các thầy cô đến từ trường chuyên trọng điểm hàng đầu Việt Nam"

4. Bài tập vận dụng - Hợp kim

Bài 1: Trong hợp kim Al-Mg, cứ có 9 mol Al thì có 1 mol Mg. Thành phần phần trăm khối lượng của hợp kim là bao nhiêu?

Lời giải:

Theo đề bài hợp kim Al- Mg cứ 9 mol Al thì có 1 mol Mg.

m_{hợp kim} = 9.27 + 1.24 = 267 g

%m_Al = $\small \frac{9.27}{267}.100 = 91%$

%m_Ni = 100% - 91% = 9%

Bài 2: Hòa tan 3g hợp kim Cu- Ag trong dung dịch hno3 và tạo ra được 7.34g hỗn hợp muối Cu(NO₃)₂ và AgNO₃. Tính phần trăm Cu trong hợp kim.

Lời giải:

Áp dụng bảo toàn nguyên tố Ag, Cu ta có hệ phương trình

$\small \left\{\begin{matrix} 64x + 108y = 3 & \\ 188x + 170y = 7,34& \end{matrix}\right.$

=> $\small \left\{\begin{matrix} x = 0,03 & \\ y = 0,01& \end{matrix}\right.$

%Cu = 64%

Bài 3: Nung một mẫu gang có khối lượng 10 gam trong khí O₂ dư thấy sinh ra 0,448 lít CO₂ (đktc). Thành phần phần trăm khối lượng cacbon trong mẫu gang là bao nhiêu?

Lời giải:

n_CO2 = 0,02 mol

C + O₂ $\small \rightarrow$ CO₂

=> n_C = n_CO2= 0,02 mol

%m_C = $\small \frac{12.0,02}{10}.100 = 2,4%$

Bài 4: Để oxi hóa hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp gồm Fe và Cr cần dùng vừa đủ V lít O₂ (đktc). Giá trị của V là?

Lời giải:

Áp dụng định luật bảo toàn electron:

3n_Fe + 3n_Cr = 4n_O2

$\small \rightarrow$ 3(n_{Fe +}n_Cr) = 4n_O2

$\small \rightarrow$ 3.0,1 = 4n_O2

$\small \rightarrow$ n_{O2 = 0,075 mol}

$\small \rightarrow$ V= 0,075. 22,4 = 1,680 lít

Bài 5: Khi cho 7,7 g hợp kim gồm natri và kali vào nước thấy thoát ra 3,36 lít H₂ (đktc). Thành phần phần trăm khối lượng của các kim loại trong hợp kim là?

Lời giải:

n_H2 = 0,15 mol, áp dụng định luật bảo toàn e, ta có:

n_Na + n_k = 2.n_H2 = 0,3 (1)

Có m_{Na +}m_k = 7.7 g

$\small \rightarrow$ 23.n_Na + 39.n_k = 7,7 (2)

Từ (1) và (2) => n_Na = 0,25 mol ; n_k = 0,05 mol

=> %m_Na = 74,68% ; %m_k = 25,32%

Bài 6: Trong hợp kim Al-Ni, cứ 10 mol Al thì có 1 mol Ni. Thành phần phần trăm về khối lượng của hợp kim này là?

Lời giải:

Đề bài cho hợp kim Al-Ni, cứ 10 mol Al thì có 1 mol Ni

=> m_{hợp kim} = 10.27 +1.58 = 328g

=> %m_Al= 82% ; %m_Ni = 18%

Bài 7: Cho một mẫu hợp kim K-Na tác dụng với nước dư, thu được dung dịch X và 3,36 lít H₂ (đktc). Thể tích dung dịch axit HCl 2M cần dùng để trung hòa dung dịch X là?

Lời giải:

n_H2 = 0,15 mol

n_OH- = 2.n_H2 = 0,3 mol

n_OH- = n_H+ = 0,3 mol

$\small \rightarrow$ V_HCl = 0,3 :2 = 0,15 lít = 150ml

Bài 8: Một loại đồng thau có chứa 59,63% Cu và 40,37% Zn. Hợp kim này có cấu tạo tinh thể của hợp chất hoá học giữa đồng và kẽm. Công thức hoá học của hợp chất là?

Lời giải:

Gọi công thức hóa học của hợp chất cần tìm là Cu_xZn_y

=> Công thức cần tìm là Cu₃Zn₂

Luyện tập thêm nhiều dạng bài tập về hợp kim cùng các thầy cô trong khóa học PAS THPT bạn nhé!

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Đăng ký học thử miễn phí ngay!!

Hy vọng với những chia sẻ về hợp kim của vuihoc, các em có thể nắm rõ lý thuyết về loại hợp chất hóa học này để giải quyết những dạng bài tập vận dụng có thể sẽ xuất hiện trong đề thi hóa tốt nghiệp THPT Quốc Gia. Để học thêm nhiều kiến thức trong chương trình hóa 12 cũng như các môn học khác, các em hãy truy cập trang web vuihoc.vn nhé!

>> Mời các em xem thêm:

Tính chất của kim loại. Dãy điện hóa của kim loại

Vị trí của kim loại trong bảng tuần hoàn và cấu tạo của kim loại

Sự ăn mòn kim loại