Hỗn hợp bột Al và NH4ClO4 được dùng làm nhiên liệu rắn cho tên lửa

Giải Chuyên đề Hóa học 10 Bài 6: Hóa học về phản ứng cháy nổ

Haylamdo biên soạn và sưu tầm lời giải Bài tập 1 trang 47 Chuyên đề học tập Hóa học 10 trong Bài 6: Hóa học về phản ứng cháy nổ sách Cánh diều. Với lời giải hay nhất, chi tiết hy vọng sẽ giúp các học sinh dễ dàng nắm được cách làm bài tập trong Chuyên đề Hóa 10.

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 ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ (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)

${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = ${\Delta }_f{H}_{298}^0$(Al₂O₃(s)) + ${\Delta }_f{H}_{298}^0$(AlCl₃(s)) + 3.${\Delta }_f{H}_{298}^0$(NO(g)) + 6.${\Delta }_f{H}_{298}^0$(H₂O(g)) - 3.${\Delta }_f{H}_{298}^0$(Al(s)) - 3.${\Delta }_f{H}_{298}^0$(NH₄ClO₄(s))

${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = (-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 $\frac{2670,9}{433,5}$ = 6,16 kJ nhiệt lượng

Xét phản ứng (2)

${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = ${\Delta }_f{H}_{298}^0$(Al₂O₃(s)) + 2.${\Delta }_f{H}_{298}^0$(Fe(l)) – 2. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$(Al(s)) - ${\Delta }_f{H}_{298}^0$(Fe₂O₃(s))

${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = (-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.$\frac{1}{214}$ = 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.