Câu 27THPTChuyên đề: Tính nhiệt phản ứng từ enthalpy tạo thành • Lớp 10Phản ứng tỏa nhiệt, thu nhiệt và enthalpyVận dụng#secondary:CHEM10.L3.ENERGY.THERMOCHEMISTRY#curriculum:undetermined
Trong một nhà máy sản xuất ammonia theo quy trình Haber, giai đoạn sản xuất khí hydrogen bằng phản ứng của methane và nước được thực hiện theo phương trình hóa học (1) như sau:
(1)
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):
(2)
Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane là . Tính khối lượng khí methane (theo tấn, làm tròn đến hàng phần trăm) cần thiết để sản xuất 0,30 tấn trong giai đoạn trên. Biết lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:
Chất (kJ mol⁻¹) −74,6 −393,5 −110,5 −241,8
Trong một nhà máy sản xuất ammonia theo quy trình Haber, giai đoạn sản xuất khí hydrogen bằng phản ứng của methane và nước được thực hiện theo phương trình hóa học (1) như sau:
(1)
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):
(2)
Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane là . Tính khối lượng khí methane (theo tấn, làm tròn đến hàng phần trăm) cần thiết để sản xuất 0,30 tấn trong giai đoạn trên. Biết lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:
(1)
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):
(2)
Xét các phản ứng ở điều kiện chuẩn và hiệu suất chuyển hóa của methane là . Tính khối lượng khí methane (theo tấn, làm tròn đến hàng phần trăm) cần thiết để sản xuất 0,30 tấn trong giai đoạn trên. Biết lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng (2) được cung cấp cho phản ứng (1) và các giá trị nhiệt tạo thành của các chất ở điều kiện chuẩn được cho trong bảng sau:
| Chất | ||||
| (kJ mol⁻¹) | −74,6 | −393,5 | −110,5 | −241,8 |
Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
(AI giải đề cho tôi)
Tính enthalpy các phản ứng từ nhiệt tạo thành: ΔH°(1) = [ΔH°(CO) + 3ΔH°(H2)] − [ΔH°(CH4) + ΔH°(H2O)] = (−110,5 + 0) − (−74,6 − 241,8) = +206 kJ/mol (thu nhiệt). ΔH°(2) = [ΔH°(CO2) + 2ΔH°(H2O)] − ΔH°(CH4) = (−393,5 − 483,6) − (−74,6) = −802,5 kJ/mol (tỏa nhiệt). Số mol H2 cần sản xuất: n(H2) = 0,30 tấn / 2 g/mol = 150 000 mol. Theo phản ứng (1), n(CH4) cho phản ứng (1) = 150 000 / 3 = 50 000 mol. Nhiệt cần cung cấp cho phản ứng (1): Q = 50 000 × 206 = 1,03 × 10^7 kJ. Mỗi mol CH4 đốt cháy cung cấp 90% × 802,5 = 722,25 kJ, nên n(CH4) cho phản ứng (2) = 1,03 × 10^7 / 722,25 ≈ 14 261 mol. Tổng khối lượng methane = (50 000 + 14 261) × 16 g ≈ 1 028 176 g ≈ 1,03 tấn. Kết quả khớp với đáp án nguồn (A. 1,03).
Tính enthalpy các phản ứng từ nhiệt tạo thành: ΔH°(1) = [ΔH°(CO) + 3ΔH°(H2)] − [ΔH°(CH4) + ΔH°(H2O)] = (−110,5 + 0) − (−74,6 − 241,8) = +206 kJ/mol (thu nhiệt). ΔH°(2) = [ΔH°(CO2) + 2ΔH°(H2O)] − ΔH°(CH4) = (−393,5 − 483,6) − (−74,6) = −802,5 kJ/mol (tỏa nhiệt). Số mol H2 cần sản xuất: n(H2) = 0,30 tấn / 2 g/mol = 150 000 mol. Theo phản ứng (1), n(CH4) cho phản ứng (1) = 150 000 / 3 = 50 000 mol. Nhiệt cần cung cấp cho phản ứng (1): Q = 50 000 × 206 = 1,03 × 10^7 kJ. Mỗi mol CH4 đốt cháy cung cấp 90% × 802,5 = 722,25 kJ, nên n(CH4) cho phản ứng (2) = 1,03 × 10^7 / 722,25 ≈ 14 261 mol. Tổng khối lượng methane = (50 000 + 14 261) × 16 g ≈ 1 028 176 g ≈ 1,03 tấn. Kết quả khớp với đáp án nguồn (A. 1,03).