Một nhà máy sản xuất vôi sống (CaO) bằng cách nung đá vôi (CaCO${}_3$). Phản ứng nung đá vôi: $CaC{O}_3(s)\to CaO(s)+C{O}_2(g)$ có ${\Delta }_r{H}_{298}^0=+178$ kJ.
Để cung cấp nhiệt cho phản ứng nung 1 tấn đá vôi (chứa 90% CaCO${}_3$ về khối lượng, còn lại là tạp chất trơ), nhà máy sử dụng than đá (chứa 95% carbon, còn lại là tạp chất không cháy). Biết hiệu suất sử dụng nhiệt là 80%. Tính khối lượng than đá tối thiểu cần dùng (kg). Biết nhiệt đốt cháy của carbon là -393,5 kJ/mol. (Không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng phần mười).

Ở điều kiện chuẩn, cần phải đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu gam methane CH${}_4$(g) (làm tròn đến hàng phần trăm) để cung cấp nhiệt cho phản ứng tạo 1 mol CaO bằng cách nung CaCO${}_3$. Giả thiết hiệu suất các quá trình đều là 100\%. Phương trình nhiệt của phản ứng nung vôi và đốt cháy methane như sau:

(1) CaCO${}_3$(s) → CaO(s) + CO${}_2$(s)

(2) CH${}_4$(g) + 2O${}_2$(g) → CO${}_2$(g) + 2H${}_2$O(g)

Biết nhiệt tạo thành (${\Delta }_f{H}_{298}^0$) của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:

Cho phản ứng: 2Mg(s) + CO${}_2$(g) → 2MgO(s) + C(g)
Biết nhiệt tạo thành chuẩn của MgO(s) và CO${}_2$(g) lần lượt là –601,8 kJ/mol và –393,5 kJ/mol. Biến thiên enthalpy của phản ứng ở điều kiện chuẩn là

Ammonia có nhiều ứng dụng quan trọng như sản xuất phân đạm, nitric acid, làm dung môi. Hiện nay người ta sản xuất ammonia bằng cách chuyển hoá có xúc tác một hỗn hợp gồm không khí, hơi nước và khí methane (thành phần chính của khí thiên nhiên) theo quy trình Haber.
Phản ứng điều chế H${}_2$: $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4(\mathrm{g})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})\stackrel{\mathrm{xt},{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})+4{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})$ (1)
Phản ứng loại O${}_2$ để thu N${}_2$: $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4(\mathrm{g})+2{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})\stackrel{{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})$ (2)
Phản ứng tổng hợp NH${}_3$: ${\mathrm{N}}_2(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})\underset{\mathrm{xt},{\mathrm{t}}^{\mathrm{o}}}{\rightleftharpoons }2N{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})$ ${\Delta }_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^o=-92\mathrm{kJ}$ (3)
Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt mạnh. Lượng nhiệt này được cung cấp từ quá trình đốt cháy hoàn toàn khí methane theo phương trình hóa học (2). Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane là 100%. Biết 80% lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành (${\Delta }_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^o$) của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:

Để sản xuất được 0,36 tấn khí hydrogen trong giai đoạn trên cần dùng m tấn khí methane. Giá trị của m là? (Không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng phần mười)

Trong quy trình Ostwald để sản xuất nitric acid, khí ammonia (NH${}_3$) được oxy hóa để tạo ra khí NO theo phản ứng (1):

$$4{\text{NH}}_3+5{\text{O}}_2\underset{\text{Pt}}{\overset{800-900^{\circ }\text{C}}{\to }}4\text{NO}+6{\text{H}}_2\text{O}(1)$$

Phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt mạnh, nhiệt lượng tỏa ra một phần được sử dụng để duy trì nhiệt độ cao cho giai đoạn tiếp theo của quy trình sản xuất. Tuy nhiên để khởi mào cho phản ứng này, nhà máy đã sử dụng nguồn nhiệt từ quá trình oxy hóa không hoàn toàn khí methane (CH${}_4$) để gia nhiệt hỗn hợp NH${}_3$ và O${}_2$ từ 30°C lên 800°C. Lượng nhiệt này được xác định thông qua phương trình:

$$Q=m\times C\times (t_2-t_1).$$

Trong đó: m là khối lượng của hỗn hợp NH${}_3$ và O${}_2$ phản ứng, (g); C là nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí và có giá trị 1,49 J/(g.K); t${}_1$, t${}_2$ là nhiệt độ ban đầu và lúc sau của hỗn hợp, (°K).

Biết phản ứng oxy hóa không hoàn toàn xảy ra như sau:

$$2C{H}_4+3O_2\to 2CO+4H_{2}O(2)$$

Hiệu suất của phản ứng (1) là 92\% và của phản ứng (2) là 85\%. Các giá trị nhiệt tạo thành ${\Delta }_{\mathrm{f}}{H}_{298}^0$ của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:



Để thu được 3 tấn khí NO cần x tấn khí methane cho giai đoạn khởi mào của quy trình trên. Giá trị của x là bao nhiêu? (Kết quả các phép tính trung gian không được làm tròn, chỉ kết quả cuối cùng cũng được làm tròn đến hàng phần trăm).

Lẩu tự sôi là hộp đựng thực phẩm có khả năng tự làm nóng mà không cần dùng điện hay gas. Cấu trúc hộp gồm 2 tầng: Tầng trên là khay đựng thức ăn, tầng dưới là khay chứa gói tự sôi. Hộp làm nóng sẽ hoạt động khi đổ nước vào tầng dưới, gói tự sôi sẽ xảy ra phản ứng hóa học tỏa nhiệt, làm nóng thức ăn ở tầng trên. Trong một hộp lẩu tự sôi, người ta sử dụng một gói tạo nhiệt chứa m gam calcium oxide (CaO) nguyên chất.
Khi người dùng đổ nước vào khay dưới, xảy ra phản ứng: $CaO(s)+H_{2}O(l)⟶Ca(OH{)}_2(s)$
Cho biết nhiệt tạo thành chuẩn của các chất như sau:

Giả sử 80\% lượng nhiệt tỏa ra để làm nóng 400 gam nước lẩu ở $25^{o}C$ lên $71,7^{o}C$. Biết lượng nhiệt cần thiết để 1 gam nước lẩu thay đổi $1^{o}C$ là 4,184 J. Giá trị của m bằng bao nhiêu? (Không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng đơn vị)

Nhiệt tạo thành chuẩn $({\Delta }_f{H}_{298}^0)$ của $F{e}_2{O}_3(s)$, $A{l}_2{O}_3(s)$ và $Fe(s)$ lần lượt là –824,2 kJ.mol⁻¹; –1675,7 kJ.mol⁻¹ và 0 kJ.mol⁻¹. Biến thiên enthalpy chuẩn $({\Delta }_r{H}_{298}^0)$ của phản ứng $F{e}_2{O}_3(s)+2Al(s)\to A{l}_2{O}_3(s)+2Fe(s)$ là bao nhiêu?