Giải bài tập Chuyên đề Hóa học 10 Bài 6: Hóa học về phản ứng cháy nổ
Mở đầu trang 41 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Quan sát các phản ứng trong Hình 6.1 và Hình 6.2, cho biết tốc độ của phản ứng nào lớn hơn?
Lời giải:
Tốc độ phản ứng nổ pháo hoa lớn hơn.
I. Biến thiên enthalpy của phản ứng cháy, nổ
-
Câu hỏi 1 trang 41 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Có những cách nào để tính biến thiên enthalpy của phản ứng?
Lời giải:
Có hai cách tính biến thiên enthalpy của phản ứng:
Cách 1: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo enthalpy tạo thành
Cách 2: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết.
-
Câu hỏi 2 trang 42 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Nhắc lại cách tính biến thiên theo enthalpy phản ứng theo năng lượng liên kết.
Lời giải:
Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết.
Giả sử có phản ứng tổng quát:
aA(g) + bB(g) → mM(g) + nN(g)
= a.Eb(A) + b.Eb(B) – m.Eb(M) – n.Eb(N)
Trong đó Eb(A), Eb(B), Eb(M), Eb(N) lần lượt là tổng năng lượng liên kết của tất cả các liên kết trong phân tử A, B, M, N.
-
Luyện tập 1 trang 42 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Đốt cháy hoàn toàn 1 gam (ở thể hơi) mỗi chất trong dãy CH4, CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4 sẽ tỏa ra bao nhiêu kJ nhiệt lượng trong điều kiện chuẩn? Biết sản phẩm phản ứng là CO2, H2O, HCl, Cl2 đều ở thể khí. Năng lượng của một số liên kết được cho ở Phụ lục 3.
Lời giải:
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
= Eb(CH4) + 2.Eb(O2) – Eb(CO2) – 2.Eb(H2O)
= 4EC-H + 2.EO=O – 2.EC=O – 2.2.EO-H
= 4.414 + 2.498 – 2.736 – 2.2.464 = -676 kJ
Đốt cháy 1 mol CH4(g) tỏa ra 676 kJ nhiệt lượng
⇒ Đốt cháy 1 gam = mol CH4(g) tỏa ra 676. = 42,25 kJ nhiệt lượng
2CH3Cl(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 2H2O(g) + 2HCl(g)
= 2.Eb(CH3Cl) + 3.Eb(O2) – 2.Eb(CO2) – 2.Eb(H2O) – 2.Eb(HCl)
= 2.(EC-Cl + 3.EC-H) + 3.EO=O – 2.2.EC=O – 2.2EO-H – 2.EH-Cl
= 2.(339 + 3.414) + 3.498 – 2.2.736 – 2.2.464 – 2.431 = -1006 kJ
Đốt cháy 2 mol CH3Cl(g) tỏa ra 1006 kJ nhiệt lượng
⇒ Đốt cháy 1 gam = mol CH3Cl(g) tỏa ra = 9,96 kJ nhiệt lượng
2CH2Cl2(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 2H2O(g) + 2Cl2(g)
= 2.Eb(CH2Cl2) + 3.Eb(O2) – 2.Eb(CO2) – 2.Eb(H2O) – 2.Eb(Cl2)
= 2.(2EC-Cl + 2EC-H) + 3.EO=O – 2.2.EC=O – 2.2EO-H – 2.ECl-Cl
= 2.(2.339 + 2.414) + 3.498 – 2.2.736 – 2.2.464 – 2.243 = -780 kJ
Đốt cháy 2 mol CH2Cl2(g) tỏa ra 780 kJ nhiệt lượng
Đốt cháy 1 gam = mol CH2Cl2(g) tỏa ra là = 4,59 kJ nhiệt lượng
4CHCl3(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(g) + 6Cl2(g)
= 4.Eb(CHCl3) + 5.Eb(O2) – 4.Eb(CO2) – 2.Eb(H2O) – 6.Eb(Cl2)
= 4.(3.EC-Cl + EC-H) + 5.EO=O – 4.2.EC=O – 2.2EO-H – 6.ECl-Cl
= 4.(3.339 + 414) + 5.498 – 4.2.736 – 2.2.464 – 6.243 = -988 kJ
Đốt cháy 4 mol CHCl3(g) tỏa ra 988 kJ nhiệt lượng
⇒ Đốt cháy 1 gam = mol CHCl3(g) tỏa ra là = 2,07 kJ nhiệt lượng.
CCl4(g) + O2(g) → CO2(g) + 2Cl2(g)
= Eb(CCl4) + Eb(O2) – Eb(CO2) – 2.Eb(Cl2)
= 4.EC-Cl + EO=O – 2.EC=O – 2.ECl-Cl
= 4.339 + 498 – 2.736 – 2.243 = -104 kJ
Đốt cháy 1 mol CCl4(g) tỏa ra 104 kJ nhiệt lượng
Đốt cháy 1 gam = mol CCl4(g) tỏa ra là 104. = 0,68 kJ nhiệt lượng
-
Luyện tập 2 trang 42 Chuyên đề học tập Hóa học 10: So sánh mức độ mãnh liệt của phản ứng đốt cháy các chất trên.
Lời giải:
Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy cùng một khối lượng các chất trên tăng dần theo dãy:
CCl4(g) (0,68 kJ) < CHCl3(g) (2,07 kJ) < CH2Cl2(g) (4,59 kJ) < CH3Cl(g) (9,96 kJ) < CH4(g) (42,25 kJ)
-
Câu hỏi 3 trang 42 Chuyên đề học tập Hóa học 10:
Lời giải:
1 gam CH4 ứng với mol CH4
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) = -890,5 kJ
Đốt cháy hoàn toàn 1 mol CH4 tỏa ra 890,5 kJ nhiệt lượng
⇒ Đốt cháy hoàn toàn mol CH4 tỏa ra 890,5. = 55,66 kJ nhiệt lượng
1 gam C2H2 ứng với mol C2H2
C2H2(g) + O2(g) → 2CO2(g) + H2O(g) = -1300,2 kJ
Đốt cháy hoàn toàn 1 mol C2H2 tỏa ra 1300,2 kJ nhiệt lượng
⇒ Đốt cháy hoàn toàn mol C2H2 tỏa ra 1300,2 . = 50,01 kJ
-
Câu hỏi 4 trang 44 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Hãy tính ứng với 1 gam mỗi muối trong các phản ứng (1’), (2’), (3’) tỏa ra bao nhiêu kJ nhiệt lượng.
Lời giải:
Phân hủy 2 mol KNO3(s) khi có mặt C tỏa ra 143,9 kJ nhiệt lượng
⇒ Phân hủy 1 gam (hay mol KNO3(s)) khi có mặt C tỏa ra = 0,71 kJ nhiệt lượng.
Phân hủy 2 mol KClO3(s) khi có mặt C tỏa ra 1258,1 kJ nhiệt lượng
⇒ Phân hủy 1 gam (hay mol KClO3(s)) khi có mặt C tỏa ra = 5,14 kJ nhiệt lượng.
Phân hủy 2 mol KMnO4(s) khi có mặt C tỏa ra 419,1 kJ nhiệt lượng
⇒ Phân hủy 1 gam (hay mol KMnO4(s)) khi có mặt C tỏa ra = 1,33 kJ nhiệt lượng.
-
Vận dụng 1 trang 44 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Nêu thành phần đầu que diêm và vỏ quẹt bao diêm; cơ sở hóa học sự tạo lửa của diêm.
Lời giải:
– Thành phần đầu que diêm: antimony trisulphide (S6Sb4 hoặc S3Sb2) và potassium chlorate (KClO3)
– Thành phần vỏ quẹt bao diêm: bột ma sát, phosphorus đỏ và keo thủy tinh lỏng.
– Cơ sở hóa học tạo lửa của diêm: Khi ta quẹt que diêm vào bề mặt vỏ hộp. Nhiệt phát ra do ma sát biến phosphorus đỏ thành phosphorus trắng. Phosphorus trắng là chất không bền, dễ bốc cháy ở nhiệt độ phòng khi tiếp xúc với không khí. Tia lửa sinh ra đốt cháy đầu que diêm. KClO3 ở đầu que diêm bị nhiệt phân tạo ra oxi và nhanh chóng là antimony trisulphide (S6Sb4 hoặc S3Sb2) cháy.
-
Vận dụng 2 trang 44 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của các cuộc chiến tranh để lại. Một trong số đó chính là hàng nghìn tấn bom mìn, vật liệu nổ hiện còn sót lại trên khắp cả nước. Em hãy tìm hiểu và trả lời các câu hỏi:
a) Có bao nhiêu tỉnh thành bị ô nhiễm bởi bom mìn? Tổng diện tích ô nhiễm bom mìn, vật liệu nổ trên cả nước là bao nhiêu? Ô nhiễm bom mìn và vật liệu nổ đã gây nên những thiệt hại như thế nào?
b) Hãy đề xuất những hành động để làm giảm nguy cơ thiệt hại gây ra các vụ nổ bom mìn và vật liệu nổ.
Lời giải:
a)
– Tất cả 63/63 tỉnh thành phố Việt Nam đều bị ô nhiễm bom mìn.
– Theo ước tính, số bom đạn còn sót lại sau chiến tranh khoảng 800 000 tấn, làm ô nhiễm trên 20% diện tích đất đai toàn quốc.
– Thiệt hại do ô nhiễm bom mìn và vật liệu nổ gây nên:
+ Từ năm 1975 đến nay, bom mìn còn sót lại đã làm hơn 40 nghìn người bị chết, 60 nghìn người bị thương, trong đó phần lớn và người lao động chính trong gia đình và trẻ em.
+ Chỉ tính riêng tại một số tỉnh miền Trung như (Quảng Bình, Bình Định, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế và Quảng Ngãi) đã có trên 22.800 nạn nhân do bom mìn, trong đó, 10.540 người chết và 12.260 người bị thương.
b) Những hành động để làm giảm nguy cơ thiệt hại gây ra các vụ nổ bom mìn và vật liệu nổ:
– Cấm sử dụng bom mìn và các vật liệu nổ có thể gây sát thương
– Tổ chức rà phá bom mìn.
– Trợ giúp xã hội cho nạn nhân bom mìn tái hoà nhập cộng đồng.
– Tuyên truyền, giáo dục phòng tránh tai nạn bom mìn cho nhân dân.
-
Vận dụng 3 trang 44 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Ngày 04 – 8 – 2020 tại cảng biển thành phố Beirut, thủ đô của Liban đã xảy ra hai vụ nổ liên tiếp. Nguyên nhân gây ra bở vụ nổ của 2750 tấn ammonium nitrate, NH4NO3. Vụ nổ này gây ra thiệt hại rất lớn về người và của: 207 người chất, khoảng 7500 người bị thương, khoảng 300000 người mất nhà cửa, tổng thiệt hại lên đến 10 – 15 tỉ USD.
Giải thích vì sao một loại đạm thông thường như ammonium nitrate lại có thể phát nổ được. Từ đó, đề sống cách phòng chống cháy nổ phân đạm khi lưu trữ trong nhà kho.
Lời giải:
Trong điều kiện bảo quản bình thường và không có nhiệt độ cao, ammonium nitrate rất ổn định, khó cháy và hầu như không thể bị kích nổ. Tuy nhiên, do ammonium nitrate là chất oxi hóa, nó giúp tăng cường quá trình đốt cháy và khiến các chất khác dễ bắt lửa hơn. Khi kết hợp với chất dễ cháy, ammonium nitrate tạo ra chất nổ rất mạnh.
Vì thế khi lưu trữ ammonium nitrate trong nhà kho cần tránh xa các chất dễ cháy và tránh xa nguồn nhiệt.
-
II. Sự thay đổi tốc độ của phản ứng theo nồng độ oxygen
-
Câu hỏi 5 trang 45 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Giải thích vì sao ở những nơi có điều kiện, người ta bơm khí nitơ vào lốp xe ô tô thay cho không khí.
Lời giải:
Ở những nơi có điều kiện, người ta bơm khí nitơ vào lốp xe ô tô thay cho không khí vì một số ưu điểm sau:
– Ít bị rò rỉ: Không khí thoát ra khỏi lốp thông qua cấu trúc phân tử của cao su bị kéo giãn khi bánh xe lăn. Nguyên tử nitơ to hơn so với oxygen, vì vậy ít bị rỉ không khí ra khỏi cao su khiến lốp “non hơi”.
– Tiết kiệm nhiên liệu hơn: Vì nitơ lưu giữ lại trong lốp xe lâu hơn nên giữ áp suất, và giúp tiết kiệm nhiên liệu.
– Giúp điều khiển xe tốt hơn: Áp suât lốp được cần bằng giúp điều khiển xe dễ dàng hơn.
– Giảm hao mòn: Không khí thông thường sẽ chứa hơi nước làm rỉ sét bên trong bánh xe hoặc thân van, khi bơm nitơ sẽ giảm thiểu được điều này.
-
Vận dụng 4 trang 46 Chuyên đề học tập Hóa học 10:Giải thích các yếu tố nguy hiểm trong ba trường hợp sau:
a) Ngủ trong phòng hẹp và kín.
b) Hít thở trong khu vực kín có đám cháy.
c) Đốt than trong phòng kín. Cho biết khi thiếu không khí, than cháy sinh ra nhiều khí CO.
Lời giải:
a) Ngủ trong phòng hẹp và kín sẽ làm nồng độ oxygen dần giảm đi. Nếu nồng độ oxygen trong không khí giảm xuống còn 8% sẽ bị bất tỉnh, thiệt mạng trong 7 – 8 phút.
b) Trong khu vực kín có đám cháy nồng độ oxygen giảm và sinh ra khí CO độc. CO sẽ ngăn cản phân tử hemoglobin (Hb) trong máu nhận O2. Mặt khác CO sẽ ngăn cản HbO2 chuyển thành O2 để cung cấp O2 cho các hoạt động của cơ thể. Có thể gây choáng váng, buồn nôn thậm chí tử vong.
c) Khi thiếu không khí, than cháy sinh ra nhiều khí CO độc. CO sẽ ngăn cản phân tử hemoglobin (Hb) trong máu nhận O2. Mặt khác CO sẽ ngăn cản HbO2 chuyển thành O2 để cung cấp O2 cho các hoạt động của cơ thể. Vì thế đốt than trong phòng kín có thể gây ngộ độc CO và tử vong.
-
Bài tập (trang 47)
-
Bài tập 1 trang 47 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Hỗn hợp bột Al và NH4ClO4 được dùng làm nhiên liệu rắn cho tên lửa. Hỗn hợp bột Al và Fe2O3 được dùng để hàn kim loại. Phản ứng xảy ra khi sử dụng các hỗn hợp bột này như sau:
3Al(s) + 3NH4ClO4(s) → Al2O3(s) + AlCl3(s) + 3NO(g) + 6H2O(g) (1)
2Al(s) + Fe2O3(s) → Al2O3(s) + 2Fe(l) (2)
Các giá trị (kJ mol-1) tra ở Phụ lục 2.
a) Bằng tính toán hãy cho biết: 1 gam hỗn hợp bột nào (trộn theo đúng tỉ lệ phản ứng) tỏa ra nhiều nhiệt hơn. Từ đó dự đoán phản ứng nào xảy ra mãnh liệt hơn.
b) Có thể dùng hỗn hợp bột Al và Fe2O3 làm nhiên liệu trong động cơ tên lửa được không?
Lời giải:
a) Xét phản ứng (1)
= (Al2O3(s)) + (AlCl3(s)) + 3.(NO(g)) + 6.(H2O(g)) – 3.(Al(s)) – 3.(NH4ClO4(s))
= (-1675,7) + (-704,2) + 3.91,3 + 6.(-241,8) – 3.0 – 3.(-295,3) = -2670,9 kJ
3 mol Al(s) và 3 mol NH4ClO4(s) tương đương khối lượng = 3.27 + 3.117,5 = 433,5g
Vậy đốt cháy 433,5g hỗn hợp tỏa ra 2670,9 kJ nhiệt lượng
⇒ Đốt cháy 1 gam hỗn hợp Al và NH4ClO4tỏa ra nhiệt lượng là = 6,16 kJ nhiệt lượng
Xét phản ứng (2)
= (Al2O3(s)) + 2.(Fe(l)) – 2. (Al(s)) – (Fe2O3(s))
= (-1675,7) + 2.13,13 – 2.0 – (-824,2) = -825,24 kJ
2 mol Al(s) và 1 mol Fe2O3(s) tương ứng với khối lượng là: 2.27 + 1.160 = 214g
Vậy đốt cháy 214 g hỗn hợp tỏa ra 825,24 kJ nhiệt lượng
⇒ Đốt cháy 1 gam hỗn hợp trên tỏa ra 825,24. = 3,86 kJ nhiệt lượng
Như vậy ta thấy nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 1 gam Al(s) và NH4ClO4(s) là lớn hơn
⇒ Phản ứng (1) xảy ra mãnh liệt hơn.
b) Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cùng một lượng hỗn hợp bột Al và Fe2O3chỉ bằng một nửa so với Al(s) và NH4ClO4(s) nên không dùng được Al và Fe2O3cho động cơ tên lửa.
-
Bài tập 2 trang 47 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Hexachlorobenzene rắn (C6Cl6) là chất cực kì độc hại với con người nên được bảo quản rất kĩ lưỡng. Nếu xảy ra hỏa hoạn nhà kho có chứa C6Cl6 thì chất này có dễ dàng bị tiêu hủy bởi phản ứng cháy với oxygen hay không? Hãy dự đoán bằng cách tính biến thiên enthalpy của phản ứng. Biết rằng phản ứng chát sinh ra CO2 và Cl2.
Lời giải:
C6Cl6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 3Cl2(g)
= 6.(CO2(g)) + 3.(Cl2(g)) – (C6Cl6(s)) – 6.(O2(g))
= 6.(-393,5) + 3.0 – (-127,6) – 6.0 = -2233,4 kJ
Biến thiên enthalpy của phản ứng là rất âm ⇒Nếu xảy ra hỏa hoạn nhà kho có chứa C6Cl6 thì chất này dễ dàng bị tiêu hủy bởi phản ứng cháy với oxygen.
-
Bài tập 3 trang 47 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Cho phản ứng đốt cháy hoàn toàn khí propane:
C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g)
Tốc độ của phản ứng sẽ thay đổi như thế nào nếu nồng độ oxygen trong không khí giảm từ 21% xuống 15% (theo thể tích)? Các yếu tố khác coi như không đổi
Lời giải:
Biểu thức tốc độ phản ứng:
v = k.
Gọi nồng độ ban đầu của các chất: = x M; = y M
Khi đó ta có: vt = k.x.y5 (1)
Nồng độ oxygen trong không khí giảm từ 21% xuống 15% (theo thể tích) tức là giảm xuống 1,4 lần.
Biểu thức tốc độ phản ứng sau khi giảm nồng độ oxygen là
vs = k.x.()5 (2)
Chia từng vế của (2) cho (1) ta được:
= 0,19
Vậy tốc độ phản ứng giảm 0,19 lần nếu nồng độ oxygen trong không khí giảm từ 21% xuống 15% (theo thể tích).
-
Bài tập 4 trang 47 Chuyên đề học tập Hóa học 10: Cho phản ứng giữa Hb với O2 ở phổi:
Hb + O2 → HbO2
Giả sử lượng oxygen cung cấp cho cơ thể chỉ phụ thuộc vào tốc độ phản ứng; tần số nhịp thở trung bình của một người là 16 nhịp/phút. Hỏi nếu nồng độ oxygen trong không khí giảm từ 21% xuống 18% (theo thể tích) thì tần số nhịp thở trung bình là bao nhiêu để đảm bảo lượng oxygen cung cấp cho cơ thể không thay đổi?
Lời giải:
Hb + O2 → HbO2
Biểu thức tính tốc độ phản ứng:
v = k..
Từ biểu thức, tốc độ phản ứng tỉ lệ bậc nhất với nồng độ O2 nên:
= 0,86
⇒ Tốc độ phản ứng giảm chỉ còn bằng 0,86 lần tốc độ ban đầu.
Như vậy tần số nhịp thở phải tăng lên lần tần số ban đầu để đảm bảo lượng oxygen cung cấp cho cơ thể là không đổi.
⇒ Tần số nhịp thở là 16. = 19 nhịp/phút.