1. Bài 5. Sơ lược về phản ứng cháy, nổ

Phản ứng cháy, nổ xảy ra phổ biến trong tự nhiên, đời sống và sản xuất. Dựa vào đặc tính của vật liệu, con người có thể điều khiển quá trình cháy, nổ xảy ra đúng mục đích, an toàn. Ngược lại, một vụ cháy, nổ bất ngờ, ngoài tầm kiểm soát có thể gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Vậy, phản ứng cháy, nổ là gì? Chúng xảy ra khi hội tụ đủ các yếu tố nào?

Lời giải chi tiết:

- Phản ứng cháy là phản ứng oxi hóa – khử có tỏa nhiệt và phát sáng.

- Phản ứng nổ là phản ứng xảy ra với tốc độ rất nhanh, mạnh, tỏa nhiều nhiệt và ánh sáng, gây ra sự tăng thể tích đột ngột, tạo ra tiếng nổ mạnh.

- Phản ứng cháy xảy ra khi và chỉ khi:

     + Chất cháy là chất có thể cháy được.

     + Chất oxi hóa là chất gây cháy, thường là oxygen.

     + Nguồn nhiệt: cung cấp nhiệt hoặc gây bắt lửa.

- Phản ứng nổ xảy ra khi và chỉ khi:

     + Nổ lý học: là nổ do áp suất trong một thể tích tăng lên quá cao thể tích đó không chịu được áp lực lớn nên bị nổ (như nổ săm lốp xe khi bị bơm quá căng, nổ nồi hơi các thiết bị áp lực khác…)

     + Nổ hóa học: là hiện tượng cháy xảy ra với tốc độ nhanh làm hỗn hợp khí xung quanh giãn nở đột biến sinh công gây nổ.

     + Nổ hạt nhân: là vụ nổ gây bởi phản ứng nhiệt hạch hoặc phản ứng phân hạch.

Trình bày khái niệm và các đặc điểm cơ bản của phản ứng cháy

Phương pháp giải:

- Phản ứng cháy là phản ứng oxi hóa – khử có tỏa nhiệt và phát sáng

- Đặc điểm: 3 đặc điểm

Lời giải chi tiết:

- Khái niệm: Phản ứng cháy là phản ứng oxi hóa – khử có tỏa nhiệt và phát sáng.

- Các đặc điểm cơ bản của phản ứng cháy:

   + Có xảy ra phản ứng hóa học.

   + Có tỏa nhiệt.

   + Có phát sáng.

Tính năng suất tỏa nhiệt của một loại than đá theo đơn vị kJ/kg, biết than đá chứa 84% khối lượng carbon và giả thiết toàn bộ nhiệt lượng tỏa ra khi đốt than đá đều sinh ra từ phản ứng:

C(s) + O₂(g) → CO₂(g)   ∆H^o = -394 kJ/mol

Phương pháp giải:

Giả sử có 1 kg than đá

=> m_C và n_C

Đốt cháy 1 mol C giải phóng 394 kJ

=> Đốt cháy n_C C giải phóng….

=> Năng suất tỏa nhiệt

Lời giải chi tiết:

Giả sử có 1 kg than đá

=> m_C trong than đá = 1.10³.84% = 840 g

=> n_C = 840 : 12 = 70 mol

Xét phản ứng đốt cháy:

C(s) + O₂(g) → CO₂(g)   ∆H^o = -394 kJ/mol

Đốt cháy hoàn toàn 1 mol C giải phóng ra 394 kJ

Đốt cháy hoàn toàn 70 mol C giải phóng ra Q kJ

=> Q = 70 . 394 = 27580 (kJ)

=> Năng suất tỏa nhiệt của loại than đá trên là 27580 kJ/kg

Than tổ ong hiện vẫn được một số nơi sử dụng để đun nấu. Một viên than tổ ong nặng 1 200 g có chứa 40% carbon về khối lượng

a) Tính số mol carbon có trong một viên than tổ ong

b) Tính thể tích khí CO₂ tạo ra ở điều kiện chuẩn khi đốt cháy hoàn toàn viên than trên. Tại sao hiện nay các nhiên liệu hóa thạch được khuyến cáo hạn chế sử dụng trên toàn thế giới?

c) Tại sao đun bếp than tổ ong trong phòng ngủ để sưởi ấm có thể gây hôn mê, bại não?

Than tổ ong hiện vẫn được một số nơi sử dụng để đun nấu. Một viên than tổ ong nặng 1 200 g có chứa 40% carbon về khối lượng

a) Tính số mol carbon có trong một viên than tổ ong

b) Tính thể tích khí CO₂ tạo ra ở điều kiện chuẩn khi đốt cháy hoàn toàn viên than trên. Tại sao hiện nay các nhiên liệu hóa thạch được khuyến cáo hạn chế sử dụng trên toàn thế giới?

c) Tại sao đun bếp than tổ ong trong phòng ngủ để sưởi ấm có thể gây hôn mê, bại não?

Phương pháp giải:

a) n_C = 1200. 40% : 12

b) V_CO2 = n_C . 22,4

- Nhiên liệu hóa thạch khi đốt cháy sinh ra một sản phẩm gây hại cho sức khỏe và môi trường

c)

Bếp than tổ ong có thành phần chính là C. Khi đốt sinh ra khí CO₂ và CO

Lời giải chi tiết:

Khối lượng C có trong 1200 g tổ ong là:

1200 . 40% = 480 gam

Số mol C có trong 1200 g tổ ỏng là

480 : 12 = 40 mol

b) Thể tích CO₂ sinh ra ở điều kiện chuẩn là

40 . 22,4 = 896 (lít)

- Nhiên liệu hóa thạch được khuyến cáo là hạn chế sử dụng vì khi đốt nhiên liệu hóa thạch sẽ sinh ra một số khí gây hại cho sức khỏe và môi trường

   + CO₂: Gây thấy oxygen cho quá trình hô hấp, gây hôn mê, bại não, hiệu ứng nhà kính, nóng lên toàn cầu

   + CO: Làm giảm khả năng vận chuyển O₂ của hồng cầu

   + SO₂: Co thắt phế quản, viêm niêm mạc đường hô hấp, ảnh hưởng đến chức năng của phổi

   + NO₂: Tổn thương niêm mạc phổi, mưa acid, thủng tầng ozone

   + Khói, bụi mịn, bồ hóng: gây các bệnh về đường hô hấp

c) Thành phần chủ yếu của than tổ ong là C, khi đốt sẽ sinh ra khí CO₂ và CO

   + Không khí chứa nhiều CO₂  sẽ gián tiếp gây thiếu oxygen cho quá trình hô hấp, gây hôn mê, bại não

   + CO có khả năng kết hợp với hemoglobin trong hồng cầu, làm giảm khả năng vận chuyển O₂

Một loại gas dùng làm nhiên liệu đun nấu có thành phần chính gồm C₃H₈ và C₄H₁₀ theo tỉ lệ mol tương ứng là 2:3.

a) Tính phần trăm thể tích mỗi alkane trên trong khí gas

b) Tính phân tử khối trung bình của khí gas. Khí gas nặng hơn không khí bao nhiêu lần? Tạo sao sau khi hơi gas rò rỉ sẽ tích tụ ở những nơi thấp trên mặt đất?

Một loại gas dùng làm nhiên liệu đun nấu có thành phần chính gồm C₃H₈ và C₄H₁₀ theo tỉ lệ mol tương ứng là 2:3.

a) Tính phần trăm thể tích mỗi alkane trên trong khí gas

b) Tính phân tử khối trung bình của khí gas. Khí gas nặng hơn không khí bao nhiêu lần? Tạo sao sau khi hơi gas rò rỉ sẽ tích tụ ở những nơi thấp trên mặt đất?

Phương pháp giải:

a) Giả sử có 5 lít khí gas => Có 2 lít khí C₃H₈ và 3 lít khí C₄H₁₀ => Phần trăm

b) Tính phân tử khối trung bình = 44.40% + 58.40%

Tỉ khối so với không khí = Phân tử khối trung bình : Phân tử khối của không khí (29)

Lời giải chi tiết:

a)

Giả sử có 5 lít khí gas

=> Có 2 lít khí C₃H₈ và 3 lít khí C₄H₁₀

=> %V_C3H8 = 2 : 5 . 100% = 40%

      %V_C4H10 = 100% - 40% = 60%

b)

Phân tử khối trung bình của khí gas: M_gas = 44.40% + 58.60% = 52,4

Tỉ khối của khí gas so với không khí: d = 52,4 : 29 = 1,81

Khí gas nặng hơn không khí 1,81 lần nên hơi gas rò rỉ thường tích tụ ở những nơi thấp so với mặt đất

Hiện tượng nào sau đây là nổ vật lí? Hiện tượng nào là nổ hóa học?

a) Nổ quả bóng bay do bơm quá căng.

b) Nổ chùm bóng bay chứa khí hydrogen do bắt lửa

Phương pháp giải:

- Nổ vật lí là do sự giải phóng thể tích đột ngột sau khi vật chất bị nén dưới một áp suất cao

- Nổ hóa học là do sự giải phóng rất nhanh năng lượng hóa học dự trữ trong các phân tử thành động năng, nhiệt năng, ánh sáng, âm thanh,…

Lời giải chi tiết:

a) Nổ quá bóng bay do bơm quá căng là nổ vật lí, trường hợp này không xảy ra phản ứng hóa học mà do bị nén dưới áp suất cao

b) Nổ chùm bóng bay chứa khí hydrogen do bắt lửa là nổ hóa học do xảy ra phản ứng sau khi hỗn hợp bị kích thích bởi nhiệt độ:

    ∆H^o = -242 kJ/mol

Phản ứng trên xảy ra theo cơ chế dây chuyền với tốc độ rất nhanh kèm tỏa nhiệt lớn, làm không khí xung quanh giãn nở đột ngột gây ra tiếng nổ

b) Nổ chùm bóng bay chứa khí hydrogen do bắt lửa là nổ hóa học do xảy ra phản ứng sau khi hỗn hợp bị kích thích bởi nhiệt độ:

     ∆H^o = -242 kJ/mol

Phản ứng trên xảy ra theo cơ chế dây chuyền với tốc độ rất nhanh kèm tỏa nhiệt lớn, làm không khí xung quanh giãn nở đột ngột gây ra tiếng nổ