Chọn giá trị đúng. Tính nhiệt độ của ngọn lửa CO cháy trong không khí (20% O2 và 80% N2 theo thể tích). Lượng oxy vừa đủ cho phản ứng: CO(k) + ½ O2(k) = CO2(k) ; ΔH0298=−283kJΔH2980=−283kJ. Nhiệt độ ban đầu là 25°C. Nhiệt dung mol của các chất (J/molK) Cp(CO2,k) = 30 và Cp(N2,k) = 27,2.
Trả lời:
Đáp án đúng: D
Để giải bài toán này, ta cần áp dụng định luật Hess và tính toán cân bằng năng lượng cho phản ứng cháy.
1. **Xác định lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng:**
- Phản ứng: CO(k) + 1/2 O2(k) → CO2(k)
- ΔH0298 = -283 kJ (nhiệt tỏa ra khi phản ứng xảy ra ở 298K)
2. **Xác định lượng chất tham gia phản ứng và lượng nhiệt hấp thụ bởi các sản phẩm:**
- Theo phương trình, 1 mol CO cháy cần 0.5 mol O2. Do không khí có 20% O2, nên để có 0.5 mol O2 cần 0.5/0.2 = 2.5 mol không khí.
- Trong 2.5 mol không khí có 2.5 * 0.8 = 2 mol N2.
- Vậy, sau phản ứng, ta có 1 mol CO2 và 2 mol N2.
3. **Tính nhiệt lượng cần thiết để làm nóng các sản phẩm từ 298K đến nhiệt độ ngọn lửa T:**
- Nhiệt lượng hấp thụ bởi CO2: Q1 = n * Cp * ΔT = 1 * 30 * (T - 298)
- Nhiệt lượng hấp thụ bởi N2: Q2 = n * Cp * ΔT = 2 * 27.2 * (T - 298)
- Tổng nhiệt lượng hấp thụ: Q = Q1 + Q2 = 30(T - 298) + 54.4(T - 298) = 84.4(T - 298)
4. **Cân bằng năng lượng:**
- Nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng bằng nhiệt lượng hấp thụ bởi các sản phẩm.
- 283000 J = 84.4(T - 298)
- T - 298 = 283000 / 84.4 ≈ 3353.1
- T ≈ 3353.1 + 298 ≈ 3651.1 K
Vậy nhiệt độ của ngọn lửa CO cháy trong không khí là khoảng 3651 K.
