Câu hỏi mở đầu

Phản ứng cháy, nổ được đặc trưng bởi hiệu ứng toả nhiệt mạnh, tốc độ phản ứng nhanh, phản ứng trước cung cấp nhiệt cho phản ứng sau và xảy ra nối tiếp. Vậy, hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy một số nhiên liệu phổ biến được xác định như thế nào và giá trị thu được có ý nghĩa gì?

Giải chi tiết:

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy được xác định qua sự biến thiên enthalpy.

I. Biến thiên enthalpy của một số phản ứng cháy, nổ

Câu hỏi 1

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g) ΔrHo298 = – 802 kJ

Tính ΔfHo298 của CH₄(g), biết ΔfHo298 của CO₂(g) và H₂O(g) lần lượt là – 394 kJ/mol và – 242 kJ/mol.

Câu hỏi 2: Tính nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 1 kg một loại củi khô, biết củi khô chứa 54% khối lượng cellulose và phân tử cellulose được cấu tạo bởi các gốc glucose.

Giả thiết toàn bộ nhiệt lượng tỏa ra được tính từ biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy glucose:

C₆H₁₀O₅(s) + 5O₂(g) ⟶ 6CO₂(g) + 5H₂O(l) ΔrHo298= -2 880 kJ

Câu hỏi 3: Ngày 04 tháng 8 năm 2020 đã xảy ra một vụ nổ kinh hoàng ở nhà kho tại cảng Beirut của Lebanon. Đây là nhà kho chứa khoảng 2 700 tấn NH₄NO₃, một loại hoá chất vừa được sử dụng làm phân bón, vừa được dùng làm thuốc nổ do có khả năng phân huỷ thành khí và hơi, kèm theo toả nhiệt mạnh:

2NH₄NO₃(s) →to 2N₂(g) + O₂(g) + 4H₂O(g)

a) Tính ΔrHo298 của phản ứng, biết ΔΔfHo298 của NH₄NO₃(s) và ΔfHo298 của H₂O(g) lần lượt là –365, 6 kJ/mol và –242 kJ/mol.

b) Tính nhiệt lượng tối đa giải phóng ra từ vụ nổ khi toàn bộ lượng NH₄NO₃ bị phân huỷ.

Giải chi tiết:

Câu hỏi 1:

Ta có: ΔrHo298 = ∑ ΔfHo298 (sp) - ∑ ΔfHo298 (cđ)

ΔrHo298 = 1.ΔfHo298 (CO₂) + 2.ΔfHo298 (H₂O) - ΔfHo298 (CH₄) - 2.ΔfHo298 (O2)

⇒ ΔfHo298 (CH4) = 1.ΔfHo298 (CO2) + 2.ΔfHo298 (H2O) - 2.ΔfHo298 (O2) - ΔrHo298

= 1.(-394) + 2.(-242) - 2.0 - (-802) = -76 kJ/mol

Câu hỏi 2:

Đốt cháy 1 mol glucose sẽ tỏa ra nhiệt lượng là 2 880 kJ.

⇒ Đốt cháy 0,162 kg glucose sẽ tỏa ra nhiệt lượng là 2 880 kJ.

Do củi khô chứa 54% khối lượng cellulose và phân tử cellulose được cấu tạo bởi các gốc glucose.

Nên đốt cháy 0,162 : 0,54 = 0,3kg củi khô sẽ tỏa ra nhiệt lượng là 2 880 kJ.

Vậy đốt cháy 1 kg sẽ tỏa ra nhiệt lượng là 2880.1 : 0,3 = 9600 kJ.

Câu hỏi 3:

a)

Biến thiên enthalpy của phản ứng:

Ta có: ΔrHo298 = ∑ ΔfHo298 (sp) - ∑ ΔfHo298 (cđ)

ΔrHo298 = 2.ΔfHo298 (N₂) + ΔfHo298 (O₂)+ 4.ΔfHo298 (H₂O) - 2ΔfHo298 (NH4NO3)

= 2.0 + 1.0 + 4.(-242) - 2.(-365,6) = - 236,8 kJ

b) Ta có: 2700 tấn NH₄NO₃ ⇒ Số mol của NH4NO3= 3375.10⁴ mol.

Nhiệt lượng tỏa ra khi nổ 1 mol NH₄NO₃ là 236,8 kJ.

⇒ Nhiệt lượng tỏa ra khi nổ 3375.10⁴ mol NH₄NO₃ là 236,8.3375.104 : 1 = 79,92.10⁸ kJ

II. Tốc độ phản ứng cháy và tốc độ “phản ứng hô hấp”

Câu hỏi 4: Một người ngủ quên trong ô tô tắt máy, đóng kín cửa. Sau một thời gian, khi phần trăm thể tích oxygen giảm xuống còn 16% thì rất may có người kịp thời phát hiện, phá vỡ kính xe để đưa đi cấp cứu.

Hỏi tại thời điểm có người đến cứu, tốc độ “phản ứng hô hấp" của người trong xe giảm bao nhiêu lần so với bình thường? Giả thiết v_{hô hấp} = k.CO2

Câu hỏi 5: Đỉnh Fansipan (có độ cao 3 147 m so với mực nước biển) là ngọn núi cao nhất Việt Nam. Giả thiết không khí trên đỉnh Fansipan có áp suất 0,66 atm và chứa 21% thể tích oxygen. Hỏi tốc độ “phản ứng hô hấp" giảm bao nhiêu lần so với điều kiện bình thường? Giả thiết vhô hấp = k.CO2

Giải chi tiết:

Ở điều kiện thường, oxygen chiếm 21% thể tích không khí và có áp suất 0,21 atm.

Câu hỏi 4: Tốc độ “phản ứng hô hấp” giảm so với điều kiện bình thường là:

Vậy Tốc độ “phản ứng hô hấp” giảm 1,3125 lần so với điều kiện bình thường

Câu hỏi 5:

Nồng độ oxygen tỉ lệ với áp suất

Tốc độ “phản ứng hô hấp” giảm so với điều kiện bình thường là:

v0,66atmv0,21atm=k.C0,66atmk.C0,21atm=0,660,21= 3,143 lần

Em có thể

• Tính được hiệu ứng nhiệt của phản ứng chảy, nổ từ các giá trị năng lượng liên kết hoặc nhiệt hình thành, dự đoán được mức độ mãnh liệt của các phản ứng đó.
• Duy trì không gian thông thoáng đề đảm bảo lượng oxygen cho cơ thể.

Giải chi tiết:

• Công thức tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng cháy, nổ:
  • Dựa vào nhiệt hình thành của các chất
• ΔrHo298 = ∑ ΔfHo298 (sp) - ∑ ΔfHo298 (cđ)
  • Dựa vào năng lượng liên kết:
• ΔrHo298 = ∑E_b(cđ)−∑E_b(sp)
• Phản ứng cháy, nổ kèm theo sự giải phóng năng lượng lớn và tốc độ phản ứng nhanh.
• Để duy trì không gian thông thoáng để đảm bảo lượng oxygen cho cơ thể cần:
• Tạo không gian sống thoáng mát, sạch sẽ
• Không để cây to trong phòng ngủ, phòng kín.
• Trồng nhiều cây xanh quanh nhà.