Bài toán năng lượng hóa học đốt cháy nhiên liệu
VẬN DỤNG
VÍ DỤ MINH HỌA
Câu 1. Xét quá trình đốt cháy khí propane C3H8(g):C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)
Cho nhiệt tạo thành và năng lượng liên kết như sau:
| Chất | C3H8 | CO2 | H2O | ||
| (kJ/mol) | -105 | -393,5 | -241,82 | ||
| Liên kết | C – H | C – C | O = O | C = O | H – O |
| Eb(kJ/mol) | 413 | 347 | 498 | 745 | 467 |
Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng theo hai cách.
Câu 2. [KNTT – SBT] Tính nhiệt hình thành chuẩn của methane và propane. Biết nhiệt cháy chuẩn (nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất ở điều kiện chuẩn) của methane và propane lần lượt bằng – 890 kJ/mol và – 2216 kJ/mol; nhiệt hình thành chuẩn của CO2(g) và H2O(l) lần lượt là -393,5 kJ/mol và – 285,8 kJ/mol. Biết rằng nhiệt cháy chuẩn của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy 1 mol chất đó bằng oxygen ở điều kiện chuẩn.
Câu 3. Cho 3 hydrocarbon X, Y, Z lần lượt là acetylene, ethylene, ethane.
(a) Viết công thức cấu tạo và công thức phân tử của X, Y, Z.
(b) Viết phương trình đốt cháy hoàn toàn X, Y, Z với hệ số nguyên tối giản.
(c) Tính biến thiên enthalpy của mỗi phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành tiêu chuẩn trong bảng sau.
| Chất | X(g) | Y(g) | Z(g) | CO2(g) | H2O(g) |
| (kJ/mol) | +227,0 | +52,47 | -84,67 | -393,5 | -241,82 |
(d) Từ kết quả tính toán đưa ra kết luận về ứng dụng của phản ứng đốt cháy X, Y, Z trong thực tiễn.
Câu 4. [CTST – SGK] Cho phương trình nhiệt hóa học đốt cháy methane và propane:
(a) Nếu lấy cùng số mol methane và propane, chất nào toả nhiều nhiệt hơn?
(b) Nếu lấy cùng khối lượng methane và propane, chất nào toả nhiều nhiệt hơn?
Câu 17. Cho năng lượng liên kết ở điều kiện chuẩn của một số liên kết như sau:
| Liên kết | H – H | O = O | C – H | C – C | C = O | H – O |
| Eb (kJ/mol) | 436 | 498 | 414 | 347 | 799 | 464 |
(a) Hãy tính biến thiên enthalpy của các phản ứng sau (biết trong C7H16 có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H):
(1) C4H10(g) + O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(g)
(2) 2H2(g) + O2(g) → 2H2O (g) (1);
(3) C7H16 (g) + 11O2 (g) → 7CO2(g) + 8H2O (g) (2);
(b)So sánh biến thiên enthalpy của phản ứng (2) và (3) nếu lấy cùng khối lượng H2 và C7H16, từ đó cho biết H2 hay C7H16 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa?
Câu 5. [CTST – SBT] Khi đốt cháy 1 mol propane toả ra lượng nhiệt là 2 220 kJ. Để đun nóng 1 gam nước tăng thêm 1 °C cần cung cấp nhiệt lượng là 4,2 J. Tính khối lượng propane cần dùng để đun 1L nước từ 25 °C lên 100 °C. Cho biết 75% nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy propane dùng để nâng nhiệt độ của nước. Khối lượng riêng của nước là 1 g/mL.
Câu 6. [CD – SBT] Khí đốt hóa lỏng (Liquified Petroleum Gas, viết tắt là LPG) hay còn được gọi là gas, là hỗn hợp khí chủ yếu gồm propane ( C3H8) và butane (C4H10) đã được hóa lỏng. Một loại gas dân dụng chứa khí hóa lỏng có tỉ lệ mol propane : butane là 40 : 60. Đốt cháy 1 lít khí gas này ở ( 25 C, 1 bar) thì tỏa ra nhiệt lượng bằng bao nhiêu? Biết khi đốt cháy 1 mol mỗi chất propane và butane tỏa ra lượng nhiệt tương ứng 2220 kJ và 2875 kJ.
Câu 7. Một bình gas (khí hóa lỏng) chứa hỗn hợp propane và butane với tỉ lệ mol 1:2. Xác định nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 12 kg khí gas trên ở điều kiện chuẩn.
Cho biết các phản ứng:
C3H8 (g) + 5O2 (g) -> 3CO2 (g) + 4H2O (l)
C4H10 (g) + O2 (g) -> 4CO2 (g) + 5H2O (l)
Trung bình mỗi ngày, một hộ gia đình cần đốt gas để cung cấp 10000 kJ nhiệt (hiệu suất hấp thụ nhiệt là 80%). Sau bao nhiêu ngày hộ gia đình trên sẽ sử dụng hết bình gas 12 kg?
Câu 8. [MH – 2023] Bình “ga” loại 12 cân sử dụng trong hộ gia đình Y có chứa 12 kg khí hóa lỏng (LPG) gồm propane và butane với tỉ lệ mol tương ứng là 2 : 3. Khi đốt cháy hoàn toàn, 1 mol propane tỏa ra lượng nhiệt là 2220 kJ và 1 mol butane tỏa ra lượng nhiệt là 2850 kJ. Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí “ga” của hộ gia đình Y là 10 000 kJ/ngày và hiệu suất sử dụng nhiệt là 67,3%. Sau bao nhiêu ngày hộ gia đình Y sử dụng hết bình ga trên?
A. 30 ngày. B. 60 ngày. C. 40 ngày. D. 20 ngày.
Câu 9. Một loại bình gas có chứa 13 kg khí thiên nhiên có thành phần chính là khí methane, ethane và một số thành phần khác, trong đó tỉ lệ thể tích của methane : ethane là 85 : 15 (thành phần khác không đáng kể). Khi đốt cháy hoàn toàn, 1 mol methane cháy tỏa ra lượng nhiệt là 802 kJ và 1 mol ethane cháy tỏa lượng nhiệt là 1428 kJ. Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí gas trên của một hộ gia đình X là 10000 kJ/ngày, hiệu suất sử dụng nhiệt là 62%, giá của bình gas trên là 450000 đồng. Số tiền một hộ gia đình X cần trả cho việc mua gas trong một tháng (30 ngày) gần nhất với giá trị nào sau đây?
A. 345000 đồng. B. 297000 đồng. C. 414000 đồng. D. 333000 đồng.
❖ BÀI TẬP TỰ LUYỆN
1. Trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn
Câu 10. [KNTT – SGK] Gas, nhiên liệu phổ biến hiện nay có thành phần chính là propane và butane. Nhiệt lượng giải phóng khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg một loại gas là khoảng 50 400 kJ.
(a) Biết để làm nóng 1 kg nước lên 1 độ thì cần cung cấp nhiệt lượng là 4 200 J. Để đun sôi 30 kg nước từ nhiệt độ 20oC cần cung cấp bao nhiêu kJ nhiệt?
A. 2520 kJ. B. 5040 kJ. C. 10080 kJ. D. 6048 kJ.
(b) Cần đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu kg gas để cung cấp đủ nhiệt lượng trên, biết hiệu suất hấp thụ nhiệt đạt 80%?
A. 0,02 kg. B. 0,25 kg. C. 0,16 kg. D. 0,40 kg.
Câu 11. Một mẫu khí gas X chứa hỗn hợp propane và butane. Đốt cháy hoàn toàn 12 gam mẫu khí gas X tỏa ra nhiệt lượng 594 kJ. Biết rằng, khi đốt cháy hoàn toàn, 1 mol propane tỏa ra lượng nhiệt là 2220 kJ và 1 mol butane tỏa ra lượng nhiệt là 2850 kJ. Tỉ lệ số mol của propane và butane trong X là
A. 1 : 2. B. 2 : 3. C. 1 : 1. D. 3 : 2.
A. 250000 đồng. B. 290000 đồng. C. 310000 đồng. D. 350000 đồng.
2. Trắc nghiệm trả lời ngắn
Câu 13. Cho phương trình nhiệt hóa học đốt cháy acetylene (C2H2):
2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(l)
Biết nhiệt tạo thành chuẩn của CO2(g) và H2O(l) lần lượt là -393,5 kJ/mol và -285,8 kJ/mol. Nhiệt tạo thành chuẩn của acetylene (C2H2) bằng bao nhiêu kJ/mol?
Câu 14. Cho enthalpy tạo thành chuẩn của một số chất như sau:
| Chất | C6H6(l) | C3H8(g) | CO2(g) | H2O(g) |
| (kJ/mol) | +49,00 | -105,00 | -393,50 | -241,82 |
Tổng lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hỗn hợp gồm 1 g propane C3H8(g) và 1 g benzene C6H6(l) trong khí oxygen, tạo thành CO2(g) và H2O(l) bằng bao nhiêu kJ? Kết quả làm tròn đến hàng phần mười.
Câu 15. [CTST – SBT] Propene là nguyên liệu cho sản xuất nhựa polypropylene (PP). PP được sử dụng để sản xuất các sản phẩm ống, màng, dây cách điện, kéo sợi, đồ gia dụng và các sản phẩm tạo hình khác.
Phản ứng tạo thành propene từ propyne:
CH3-C≡CH(g) + H2(g) -> CH3-CH=CH2(g)
Biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành propene trên bằng bao nhiêu kJ? Biết rằng năng lượng liên kết đo ở điều kiện chuẩn của một số liên kết như sau:
| Liên kết | H – H | C – H | C – C | C = C | C ≡ C |
| Eb (kJ/mol) | 432 | 413 | 347 | 614 | 839 |
Câu 16. Khi đốt cháy 1 mol các chất sau đây giải phóng ra nhiệt lượng (gọi là nhiệt đốt cháy) như bảng sau:
| Chất | Nhiệt lượng (kJ.mol-1) | Chất | Nhiệt lượng (kJ.mol-1) |
| methane | 783 | propane | 2220 |
| ethane | 1570 | butane | 2875 |
Khi đốt 1 gam các chất trên, chất giải phóng ra nhiệt lượng lớn nhất bằng bao nhiêu kJ? Kết quả làm tròn đến hàng phần mười.
Câu 18. Cho phản ứng đốt cháy butane sau: C4H10(g) + O2(g) -> CO2(g) + H2O(g) (1)
Biết năng lượng liên kết trong các hợp chất cho trong bảng sau:
| Liên kết | Phân tử | Eb (kJ/mol) | Liên kết | Phân tử | Eb (kJ/mol) |
| C – C | C4H10 | 346 | C = O | CO2 | 799 |
| C – H | C4H10 | 418 | O – H | H2O | 467 |
| O = O | O2 | 495 |
Giả thiết mỗi ấm nước chứa 2 L nước ở 250C, nhiệt dung của nước là 4,2 J/g.K, có 40% nhiệt đốt cháy butane bị thất thoát ra ngoài môi trường. Một bình gas chứa 12 kg butane có thể đun sôi bao nhiêu ấm nước? Kết quả làm tròn đến hàng đơn vị.
Câu 19. Một mẫu khí gas X chứa hỗn hợp propane và butane.
Cho các phản ứng:
Đốt cháy hoàn toàn 12 gam mẫu khí gas X tỏa ra nhiệt lượng 597,6 kJ. Tổng số mol của propane và butane trong X bằng bao nhiêu? Kết quả làm tròn đến hàng phần trăm.
Câu 12. Một bình gas sử dụng trong hộ gia đình X có chứa 12 kg khí hóa lỏng (LPG) gồm propane và butane với tỉ lệ mol tương ứng là 2 : 3. Khi đốt cháy hoàn toàn, 1 mol propane tỏa ra lượng nhiệt là 2220 kJ và 1 mol butane tỏa ra lượng nhiệt là 2850 kJ. Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí gas của hộ gia đình X là 10000 kJ/ngày và sau 45 ngày gia đình X dùng hết bình gas trên. Hiệu suất sử dụng nhiệt của hộ gia đình X bằng bao nhiêu phần trăm? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).
