Bài tập về năng lượng hóa học – đốt cháy nhiên liệu lớp 11 (có lời giải)

Nhiệt cháy của methane là biến thiên enthalpy của phản ứng:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (l) \[{\Delta _r}H_{298}^o = - 890\,kJ\]

Þ\[{\Delta _r}H_{298}^o = {\Delta _f}H_{298}^o(C{O_2}) + 2{\Delta _f}H_{298}^o({H_2}O) - {\Delta _f}H_{298}^o(C{H_4}) - 2{\Delta _f}H_{298}^o({O_2})\]= -890 kJ

Þ\[{\Delta _f}H_{298}^o(C{H_4})\]= 1.(-393,5) +2 (-285,8) + 890 = - 75,1 (kJ/mol) (\[{\Delta _f}H_{298}^o({O_2})\]= 0)

Nhiệt cháy của propane là biến thiên enthalpy của phản ứng:

C₃H₈ (g) + 5O₂ (g) → 3CO₂ (g) + 4H₂O (l) \[{\Delta _r}H_{298}^o = - 2216\,kJ\]

Þ\[{\Delta _r}H_{298}^o = 3.{\Delta _f}H_{298}^o(C{O_2}) + 4.{\Delta _f}H_{298}^o({H_2}O) - {\Delta _f}H_{298}^o({C_3}{H_8}) - 5{\Delta _f}H_{298}^o({O_2})\]= -2216 kJ

Þ\[{\Delta _f}H_{298}^o({C_3}{H_8})\]= 3.(-393,5) + 4.( -285,8) + 2216 = - 107,7 (kJ/mol).

(a) Đáp án đúng là: C

Để đun sôi 30 kg nước từ nhiệt độ 20^oC, cần cung cấp nhiệt lượng là:

\(\frac{{4200 \times 30 \times (100 - 20)}}{{1000}} = 10080\)kJ.

(b) Đáp án đúng là: B

Số kg gas cần đốt cháy để cung cấp đủ nhiệt lượng trên là:

\(m = \frac{{10080}}{{50400}} \times \frac{{100}}{{80}} = 0,25\)kg.

Đáp án đúng là: C

Xét phản ứng:

C4H10(g) + \[\frac{{13}}{2}\]O2(g)  4CO2(g) + 5H2O(g)

Ta có: \[{\Delta _r}H_{298}^o = \]3.EC-C + 10.EC-H + 6,5.EO=O – 4.2.EC=O – 5.2.EO-H

 = 3.346 + 10.418 + 6,5.495 – 8.799 – 10.467 = - 2626,5 (kJ).

Lại có: \[Q = \frac{{{{12.10}^3}.2626,5}}{{58}} = 964{\rm{ }}163,4{\rm{ }}(kJ)\]

Nhiệt cần đun 1 ấm nước: 2.103.4,2.(100 – 25) = 630 000 (J) = 630 (kJ).

Số ấm nước: \[\frac{{964{\rm{ }}163,4.60\% }}{{630}} = 918\] (ấm nước).

Đáp án đúng là: A

Gọi \[\left\{ \begin{array}{l}{n_{{C_3}{H_8}}} = a\,(mol)\\{n_{{C_4}{H_{10}}}} = b\,(mol)\end{array} \right.\]\( \to 44a + 58b = 12\,\,(1)\)

12 gam X tỏa ra lượng nhiệt là: \[2220.a + 2874.b = 597,6\,kJ\](2)

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình: \(\left\{ \begin{array}{l}44a + 58b = 12\\2220a + 2874b = 597,6\end{array} \right. \to \left\{ \begin{array}{l}a = 0,075\\b = 0,15\end{array} \right.\)\( \Rightarrow a:b = 1:2.\)

Đáp án đúng là: C

Nhiệt lượng cần cung cấp trên lí thuyết để đun nóng 1 L nước hay 1 000 gam nước từ 25 °C lên 100 °C là: Q = 1 000 × (100 - 25) × 4,2 = 315 000 (J) = 315 (kJ).

Khối lượng propane trên lí thuyết cần là: \({m_{{C_3}{H_8}\,LT}} = \frac{{44\, \times \,315}}{{2220}} = 6,24(g)\).

Khối lượng propane thực tế cần lấy: \({m_{{C_3}{H_8}\,TT}} = \frac{{6,24\, \times \,100}}{{75}} = 8,32(g)\).

Đáp án đúng là: B

Trong 1 lít gas ta có 0,4 lít propane (tương đương 0,0161 mol) và 0,6 lít butane (tương đương 0,0242 mol). Vậy lượng nhiệt tỏa ra là:

0,0161 . 2220 + 0,0242 . 2875 = 105,317 kJ.

Đáp án đúng là: A

\[\left\{ \begin{array}{l}{n_{{C_3}{H_8}}} = a\,(mol)\\{n_{{C_4}{H_{10}}}} = b\,(mol)\end{array} \right.\, \Rightarrow \,\left\{ \begin{array}{l}{m_X} = 44a + 58b = 12\\Q = 2220a + 2874b = 594\end{array} \right.\, \Rightarrow \,\left\{ \begin{array}{l}a = 0,075\\b = 0,15\end{array} \right.\, \Rightarrow \,\frac{a}{b} = \frac{{0,075}}{{0,15}} = \frac{1}{2}\]

Đáp án đúng là: D

Gọi số mol C3H8 và số mol C4H10 là 2a, ta có:

44a + 58.2a = 12.1000 Þ a = 75 mol.

Nhiệt đốt cháy 12 kg gas là Q = 75.2220 + 150.2874 = 597 600 (kJ).

Số ngày sử dụng hết bình gas = \(\frac{{597600}}{{10000.\frac{{100}}{{80}}}} = 47,808 \approx 48\) (ngày).

Đáp án đúng là: C

\[\left\{ \begin{array}{l}{n_{{C_3}{H_8}}} = 2x\,\,mol\\{n_{{C_4}{H_{10}}}} = 3x\,\,mol\end{array} \right. \Rightarrow {m_{kh\'i \,gas}} = 44.2x + 58.3x = 12000\, \Rightarrow x = 45,8\, \Rightarrow \,\left\{ \begin{array}{l}{n_{{C_3}{H_8}}} = 91,6\,\,mol\\{n_{{C_4}{H_{10}}}} = 137,4\,mol\end{array} \right.\]

\[ \Rightarrow \] Lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hết 12 kg khí gas trên là:

91,6.2220 + 137,4.2850 = 594942 kJ.

Vì H = 67,3% \[ \Rightarrow \] nhiệt sử dụng thực tế là 594942.67,3% = 400396 kJ.

\[ \Rightarrow \] Số ngày gia đình Y sử dụng hết bình gas là \[\frac{{400396}}{{10000}} \approx 40\,\]ngày.

Đáp án đúng là: D

Gọi \(\left\{ \begin{array}{l}{n_{C{H_4}}} = 17a\,mol\\{n_{{C_2}{H_6}}} = 3a\,mol\end{array} \right. \to 17a.16 + 3a.30 = 13.1000 \to a \approx 35,9\,mol \to \left\{ \begin{array}{l}{n_{C{H_4}}} = 610,3\,mol\\{n_{{C_2}{H_6}}} = 107,7\,mol\end{array} \right.\)

13 kg gas tỏa ra lượng nhiệt là: \[802.610,3 + 1428.107,7 = 643256,2\,kJ\]

Vậy hộ gia đình trên sẽ sử dụng hết bình gas 13 kg trong: \[\frac{{643256,2\,.63\% }}{{10000}} \approx 40,5\] ngày.

Số tiền hộ gia đình X cần trả trong 1 tháng là \[ & \frac{{30.450000}}{{40,5}} \approx \,333333,33\]đồng.

Đáp án đúng là: B

\[\left\{ \begin{array}{l}{n_{{C_3}{H_8}}} = 2x\,\,mol\\{n_{{C_4}{H_{10}}}} = 3x\,\,mol\end{array} \right. \Rightarrow {m_{kh\'i \,gas}} = 44.2x + 58.3x = 12000\, \Rightarrow x = 45,8\, \Rightarrow \,\left\{ \begin{array}{l}{n_{{C_3}{H_8}}} = 91,6\,\,mol\\{n_{{C_4}{H_{10}}}} = 137,4\,mol\end{array} \right.\]

- Lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hết 12 kg khí gas trên là:

91,6.2220 + 137,4.2850 = 594942 kJ.

- Lượng nhiệt hộ gia đình X đã tiêu thụ là 45.10000 = 450000 kJ.

\[ \Rightarrow \] Hiệu suất sử dụng nhiệt của hộ gia đình X là \[H = \frac{{450000}}{{594942}}.100\%  = 75,64\% \].

Đáp án đúng là: B

\[\left\{ \begin{array}{l}{m_{{C_3}{H_8}}} = 12000.27,5\%  = 3300\,g\\{m_{{C_4}{H_{10}}}} = 12000 - 3300 = 8700\,g\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{n_{{C_3}{H_8}}} = 75\,mol\\{n_{{C_4}{H_{10}}}} = 150\,mol\end{array} \right.\]

Tổng lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 12 kg khí gas là 75.2220 + 150.2850 = 594000 kJ.

Vì H% = 70% \[ \Rightarrow \] lượng nhiệt thực tế đã dùng là 594000.70% = 415800 kJ.

\[ \Rightarrow \] Số ngày dùng hết bình gas là \[\frac{{415800}}{{10000}} = 41,58\,\]ngày.

 41,58 ngày dùng hết bình gas trị giá 400000 đồng.

\[ \Rightarrow \] 1 tháng (30 ngày) tiêu tốn hết \[\frac{{30.400\,000}}{{41,58}} = 288\,600\]đồng.