c) í nghĩa giỏo dục
2.2.2. Hệ thống cõu hỏi tự luận
Cõu 1. Trong cỏc hầm mỏ, than đỏ nếu khụng cẩn thận sẽ xảy ra cỏc vụ nổ,
nguyờn nhõn gõy ra cỏc vụ nổ này là gỡ? Người ta thường ngăn ngừa cỏc hiện tượng nổ bằng những biện phỏp nào?
Metan (thành phần chớnh của khớ thiờn nhiờn) cú nhiều trong cỏc mỏ than đỏ. Một thể tớch metan hợp với hai thể tớch oxi tạo thành hỗn hợp nổ khi đun núng hoặc cú tia lửa.
to
CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O
Đõy là nguyờn nhõn chớnh gõy ra cỏc vụ nổ. Để ngăn ngừa người ta thường cú hai cỏch sau:
- Quạt khụng khớ vào hầm mỏ than, làm cho khụng khớ luụn lưu thụng, giảm nồng độ metan, đồng thời làm cho tỉ lệ giữa metan và oxi (hoặc khụng khớ) trong mỏ khỏc với tỉ lệ của hỗn hợp khớ gõy nổ.
- Hạn chế tối đa những hiện tượng làm phỏt lửa (hoặc sinh nhiệt) bằng cỏch sử dụng đốn đevyl hoặc pin đốn acquy để thắp sỏng thay cho đốn đất (đốn axờtilen) hoặc đốn dầu thụng thường.
Cõu 2. Nếu đi từ cỏc sản phẩm của cụng nghiệp dầu khớ để điều chế metanol và
etanol. Ta cú hai sơ đồ điều chế sau, hĩy phõn tớch những điểm bất lợi trong hai sơ đồ trờn. Bằng những hiểu biết về sản xuất etanol và metanol em hĩy cho biết hiện nay 2 chất này được điều chế từ những nguyờn liệu nào?
Sơ đồ 1 : Sơ đồ 2 : Hướng dẫn: Cl2, as CH4 CH 3Cl OH - CH3OH CH2 = CH2 H2, Ni CH3 - CH3 Cl2, as CH3 - CH2Cl OH - CH3 - CH2OH
Sơ đồ 1:
Khi thực hiện phản ứng clo hoỏ metan thường tạo ra cỏc chất: CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4.... Như vậy hiệu suất phản ứng khụng cao, lại khú tỏch biệt khỏi hỗn hợp phản ứng.
CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl CH4 + 2 Cl2 CH2Cl2 + 2HCl CH4 + 3Cl2 CHCl3 + 3HCl CH4 + 4Cl2 CCl4 + 4HCl
PTHH cho thấy lượng cần tiờu Cl2 tiờu tốn nhiều, NaOH đắt tiền vỡ thế giỏ thành sản xuất rất cao, phản ứng tạo ra nhiều dẫn xuất clo gõy ảnh hưởng tới mụi trường.
Phương phỏp hiện nay: tổng hợp từ khớ CO và H2 xỳc tỏc ZnO, Cr2O3 Khớ CO và H2 được sản xuất từ than đỏ hoặc từ metan.
C + H2O →t0 CO + H2 CH4 + H2O →t0 CO + 3 H2 CO + 2H2 →t0 CH3OH
Vỡ thế giỏ thành sản phẩm sẽ thấp hơn, ớt gõy ụ nhiễm mụi trường hơn. Sơ đồ 2:
Giai đoạn clo hoỏ etan khụng thu được sản phẩm tinh khiết CH3 - CH2Cl, mà thu được hỗn hợp cỏc sản phẩm: CH2Cl - CH2Cl, CHCl2 - CH3
Hiện nay dựng phương phỏp: hiđrat hoỏ etilen xỳc tỏc là cỏc axit CH2 = CH2 + H2O CHaxit 3CH2OH
as as as as
Cõu 3. Khi điều chế C2H4 từ C2H5OH và H2SO4 đặc trong phũng thớ nghiệm cú
thể lẫn cỏc khớ nào gõy ụ nhiễm khụng khớ. Làm thế nào để thu được C2H4 tinh khiết mà khụng gõy ụ nhiễm mụi trường?
Hướng dẫn
Khi điều chế C2H4 từ C2H5OH và H2SO4 đặc trong phũng thớ nghiệm cú thể lẫn cỏc khớ SO2, CO2 sinh ra từ phản ứng phụ giữa C2H5OH và H2SO4. Dẫn khớ thu được qua bỡnh đựng bazơ mạnh như dung dịch nước vụi trong, xỳt...SO2 v à CO2 sẽ bị giữa lại trong dung dịch dưới dạng muối tan, ta thu lấy C2H2 tinh khiết.
Cõu 4. Nguyờn nhõn của hiệu ứng nhà kớnh?
Hướng dẫn:
Hiệu ứng nhà kớnh là hiện tượng trỏi đất núng dần lờn. Do ụ nhiễm mụi trường (như CFC), nhưng quan trọng nhất là do cỏc khớ thải như (CO2, metan...). Cỏc khớ thải này tập trung ở tầng trờn của khớ quyển giữ lại lượng nhiệt và do đú làm trỏi đất núng dần lờn.
Cõu 5. Hĩy nờu đặc điểm của tầng ozon, nguyờn nhõn gõy nờn hiện tượng thủng
tầng ozon?
Hướng dẫn:
Tầng ozon nằm trong quyển bỡnh lưu (cỏch mặt đất 16.000m).Nhờ cú lớp ozon, hấp thụ phần lớn lượng bức xạ cực tớm (UVB), cho nờn con người và muụn vật mới cú thể sống trờn trỏi đất. UVB rất cú hại cho ADN và cú thể gõy chết. Tầng ozon cú thể coi như một “ỏo giỏp” chống đạn. Nếu lớp chỡ cấu tạo bị mỏng dần, đạn cú thể xuyờn qua. Lỗ thủng tầng ozon được cho là do sử dụng thường xuyờn hoỏ chất như CFC (CF2Cl2 cloro flurocarbon), HCFC (hyđrocloro fluorocarbon). Cỏc chất này thải ra, tập trung vào quyển bỡnh lưu. Tia mặt trời tỏc động đến cỏc hợp chất này và cho ra clo và cỏc hợp chất khỏc gõy ung thư da và cỏc bệnh khỏc.
Cơ chế thủng tầng ozon:
ClO• + O3 → 2O2 + Cl• Cl• + O3 → ClO• + O2
Như vậy cỏc chất này cú khả năng tỏc dụng O3 biến nú thành O2, làm suy thoỏi tầng ozon
Cõu 6. Khi một thựng đựng xăng đầy ắp và một thựng đựng xăng nhưng khụng
đầy bị chỏy thỡ trường hợp nào nguy hiểm hơn?
Hướng dẫn:
Trong thựng đựng xăng cũn vơi, cú tạo ra một hỗn hợp của hơi xăng với khụng khớ, nổ được ngay khi cú tia lửa. Vỡ vậy, về phương diện chỏy nổ thỡ nú nguy hiểm hơn những thựng đựng xăng đầy ắp đến tận nắp.
Cõu 7. Muốn dập tắt ngọn lửa do xăng dầu chỏy chỳng ta thường trựm vải dày
hoặc phủ cỏt lờn trờn ngọn lửa, mà khụng dựng nước. Giải thớch?
Hướng dẫn:
Trựm vải dày hoặc phủ cỏt trờn ngọn lửa nhằm cỏch li vật chỏy với oxi của khụng khớ.
Đổ nước vào xăng dầu đang chỏy, làm đỏm chỏy lan rộng nhanh theo nước vỡ xăng dầu nhẹ hơn nước khụng tan vào nước nờn nổi lờn trờn.
Cõu 8.
a. Vỡ sao xăng dầu phải được chứa trong cỏc bỡnh chứa chuyờn dụng và phải bảo quản ở những kho riờng?
b. Vỡ sao cỏc tàu chở dầu khi bị tai nạn thường bị gõy thảm hoạ cho một vựng biển rất rộng?
c. Vỡ sao cỏc chi tiết mỏy hoặc đồ dựng bị bẩn dầu mỡ người ta thường dựng xăng hoặc dầu hoả để lau rửa?
d. Vỡ sao khi bị chỏy xăng dầu khụng nờn dựng nước để dập?
Hướng dẫn
a. Xăng dầu phải được chứa trong cỏc bỡnh chứa chuyờn dụng và phải bảo quản ở những kho riờng vỡ chỳng rất dễ chỏy nổ.
b. Cỏc tàu chở dầu khi bị tai nạn thường gõy ra thảm hoạ cho một vựng biển rất rộng vỡ dầu mỏ là hỗn hợp của cỏc hiđrocacbon khụng tan trong nước, nhẹ hơn nước. Nú loang ra thành từng mảng trờn một vựng rộng lớn, thấm qua da và màng tế bào của sinh vật sống trờn biển, gõy huỷ hoại mụi trường biển ảnh hưởng đến mụi trường sinh thỏi biển.
c. Dầu mỡ là hỗn hợp hiđrocacbon dễ bị hồ tan trong dung mụi xăng cũng là hỗn hợp hiđrocacbon.
d. Khi chỏy do xăng dầu khụng nờn dựng nước để dập tắt đỏm chỏy. Vỡ xăng dầu vừa nhẹ hơn lại vừa khụng hồ tan được trong nước, càng làm cho nú loang ra tiếp xỳc với khụng khớ nhiều hơn nờn dễ chỏy lớn và chỏy rộng hơn.
Cõu 9. Một loại khớ thiờn nhiờn chứa 80,9% metan, 6,8% etan, 2,7% propan,
1,6% butan, 7,9% nitơ và 0,1% cacbon đioxit về thể tớch.
a. Tớnh thể tớch khụng khớ cần để đốt chỏy hồn tồn 1m3 khớ thiờn nhiờn. Biết rằng thể tớch oxi chiếm 1,5 thể tớch khụng khớ, thể tớch cỏc khớ đo ở đktc.
b. Tớnh thể tớch tối thiểu dung dịch NaOH 8% (D = 1,1 g/ml) để hấp thụ hết khớ CO2 khi đốt chỏy 1m3 (đo ở đktc) khớ thiờn nhiờn nờu trờn.
Hướng dẫn
a. 1m3 khớ thiờn nhiờn chứa: 0,809m3 CH4, 0,068m3 C2H6; 0,272m3 C3H8; 0,016m3 C4H10; 0,079 m3 N2 và 0,001 m3 CO2.
CH4 + 2O2 →t0 CO2 + 2H2O (1) 0,809m3 1,618m3 0,809m3
C2H6 + 3,5O2 →t0 2CO2 + 3H2O (2) 0,068m3 0,238m3 0,136m3
C3H8 + 5O2 →t0 3CO2 + 4H2O (3) 0,027m3 0,135m3 0,081m3
C4H10 + 6,5O2 →t0 4CO2 + 5H2O (4) 0,016m3 0,104m3 0,064m3
Thể tớch khụng khớ cần: 2,095 . 5 = 10,475 (m3)
b. Thể tớch CO2 sinh ra và thể tớch CO2 cú sẵn trong khớ: 1,091 (m3) hay 1091 (lit)
NaOH + CO2 → NaHCO3 (5)
40 gam 22,4 lớt
Khối lượng NaOH cần: , , (g)
. 19482 4 22 1091 40 = Thể tớch dung dịch NaOH cần: . , , (ml) . , 6 22138 1 1 8 100 2 1948 = hay 22,139 (lit)
Cõu 10. Vỡ sao khi nộm đất đốn xuống ao làm cỏ chết?
Hướng dẫn
Đất đốn cú thành phần chớnh là canxi cacbua, khi tỏc dụng với nước sinh ra khớ axetilen và canxi hiđroxit:
( )
2 2 2 2 2
CaC +2H O→C H +Ca OH
Cỏ chết là do trong đất đốn cú tạp chất là hợp chất của P, S. Khi gặp nước thuỷ phõn ra PH3, H2S chất độc và cú mựi khú chịu. Vỡ vậy dựng đất đốn điều chế C2H2 cú mựi hụi.
Cõu 11. Trước những năm 50 của thế kỷ XX, cụng nghiệp tổng hợp hữu cơ dựa
trờn nguyờn liệu chớnh là axetilen. Ngày nay, người ta thường dựng etilen. Cho biết tại sao cú sự thay đổi đú?
Hướng dẫn
- Etilen là nguyờn liệu rẻ hơn, tiện lợi hơn nhiều so với axetilen (etilen thu được từ quỏ trỡnh khai thỏc và chế biến dầu mỏ).
- Phương phỏp điều chế cỏc monome để tổng hợp cỏc polime đi từ etilen kinh tế hơn và ớt ảnh hưởng đến mụi trường.
Vớ dụ: Sơ đồ điều chế vinyl clorua từ etilen dưới đõy cú chất thải ra mụi trường chỉ là nước.
62
CH =CH ClCH –CH Cl CH =CHCl
Cõu 12. Trước đõy phần lớn axetilen được sản xuất từ đất đốn. Phương phỏp này
cú nhược điểm gỡ? Tại sao khụng nờn xõy dựng cỏc lũ sản xuất đất đốn ở khu vực đụng dõn? Ngày nay axetilen được sản xuất bằng cỏch nào?
Hướng dẫn
Muốn điều chế đất đốn từ C và CaO, người ta phải tốn rất nhiều năng lượng điện, vỡ phản ứng xảy ra ở nhiệt độ rất cao 2.5000C trong lũ điện, với cỏc điện cực lớn bằng than chỡ, cũn cú nhiều tạp chất gõy độc hại mụi trường như SO2, PH3...
CaO 3C+ 2500 C0 →CaC2+CO
Chớnh vỡ vậy hiện nay trờn quy mụ cụng nghiệp người ta ớt sản xuất axetilen từ đất đốn nữa, mà từ khớ metan.
Khụng nờn xõy dựng cỏc lũ sản xuất đất đốn ở khu vực đụng dõn vỡ quỏ trỡnh sinh ra khớ CO là một khớ rất độc.
Cõu 13. Đỏnh giỏ chất lượng xăng như thế nào?
Hướng dẫn
Xăng dựng cho cỏc loại động cơ thụng dụng như ụtụ, xe mỏy là hỗn hợp hiđrocacbon no ở thể lỏng (từ C5H12 đến C12H26). Chất lượng xăng được đỏnh giỏ qua chỉ số octan là phần trăm cỏc ankan mạch nhỏnh cú trong xăng. Chỉ số octan càng cao thỡ chất lượng xăng càng tốt do khả năng chịu ỏp lực nộn tốt nờn khả năng sinh nhiệt cao. n-Heptan được coi là cú chỉ số octan bằng zero cũn 2,2,4- trimetylpentan được quy ước cú chỉ số octan bằng 100. Cỏc hiđrocacbon mạch vũng và mạch nhỏnh cú chỉ số octan cao hơn cỏc hiđrocacbon mạch khụng nhỏnh. Xăng cú chỉ số octan thấp như MOGAS 83 thường phải pha thờm một số phụ gia như tetraetyl chỡ Pb(C2H5)4 hoặc lưu huỳnh. Cỏc phụ gia này giỳp làm tăng khả năng chịu nộn của nhiờn liệu nhưng khi thải ra khụng khớ gõy ụ nhiễm
mụi trường, rất hại cho sức khoẻ con người. Hiện nay, ở Việt Nam chủ yếu dựng xăng A90 hoặc A92 là loại xăng cú chỉ số octan cao - những loại xăng này khụng cần phải thờm cỏc phụ gia nờn đỡ độc hại và ớt gõy ụ nhiễm mụi trường.
Cõu 14. Chỉ số xetan là gỡ? Tiờu chuẩn Việt Nam 5689: 2005 quy định chỉ số
xetan là bao nhiờu?
Hướng dẫn
Chỉ số xetan là số đo về khả năng đỏnh lửa khi nộn của nhiờn liệu, ảnh hưởng đến khả năng khởi động, chất thải và tiếng ồn khi chỏy. Chỉ số xetan và xetan tự nhiờn của nhiờn liệu được tớnh dựa trờn cỏc tớnh chất của nhiờn liệu đĩ đo. Tương tự như xăng, yờu cầu của chỉ số xetan phụ thuộc vào thiết kế, kớch thước, đặc điểm của động cơ. Sự gia tăng trị số thực tế yờu cầu sẽ khụng cải thiện tớnh năng của động cơ.
Tiờu chuẩn TCVN 5689: 2005 quy định chỉ số xetan thấp nhất là 47 tương đương với mức quy định của cỏc nước trong khu vực.
Xetan (cetanne hay hexandecan), CH3- [CH2]14- CH3 . Hợp chất thuộc loại hidrocacbon no, mạch cacbon khụng phõn nhỏnh. Chất rắn khụng màu; tnc = 200 C; ts = 287,50 C. Dễ tan trong propanol núng, khú tan trong ancol tuyệt đối. Tan trong bezen, xiclohexan, clorofom...Là nhiờn liệu lớ tưởng của động cơ diezen. Dựng làm chất chuẩn đỏnh giỏ chất lượng nhiờn liệu diezen.
Cõu 15. Metyl tert- butylete cú tờn thương mại là MTBE. Nú được dựng pha vào
xăng thay cho (C2H5)4 Pb để trỏnh ụ nhiễm chỡ.
a. Hĩy đề nghị 2 sơ đồ phản ứng sản xuất MTBE ở quy mụ cụng nghiệp đi từ nguyờn liệu ban đầu là hidrocacbon. Nờu rừ cỏch thức làm tăng hiệu xuất.
b. So sỏnh 2 phương phỏp đưa ra và lựa chọn 1 phương phỏp cú hiệu quả kinh tế hơn.
Hướng dẫn
(CH3)2C=CH2 + H2O axit → (CH3)3COH
Phương phỏp A: CH3OH + (CH3)3COH →axit,t0 CH3OC(CH3)3
Cần dựng CH3OH dư nhiều lần (làm dung mụi) để ưu tiờn tạo ra MTBE trỏnh tạo thành ete đối xứng. Chưng cất tỏch được ete ra khỏi hỗn hợp sau phản ứng.
Phương phỏp B: CH3OH + (CH3)2C= CH2 →axit,t0 CH3OC(CH3)3
Cần dựng CH3OH làm dung mụi tạo điều kiện dễ dàng cho sự hỡnh thành cation teret- butyl. Tỏch sản phẩm bằng chưng cất phõn đoạn.
b. Phương phỏp A đi từ 2 ancol và cần nhiệt độ cao hơn để tỏch nước. Phương phỏp B đi từ 1 ancol (khụng cần điều chế (CH3)3C- OH) thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn vỡ thế sẽ kinh tế hơn.
Cõu 16. Một loại xăng cú khối lượng riờng là 0,75g/ml. Để đơn giản, người ta
xem loại xăng này là một hỗn hợp cỏc đồng phõn của octan. Khi sử dụng cho động cơ đốt trong, người ta pha thờm chỡ tetraetyl Pb(C2H5)4 (d = 1,6g/ml) vào xăng theo tỉ lệ 0,5ml/1 lớt. Một động cơ đốt trong đĩ đốt chỏy hồn tồn 1 lớt loại xăng trờn. Tớnh:
a) Khối lượng cacbon đioxit sinh ra.
b) Khối lượng chỡ kim loại sinh ra, giả sử tồn bộ chỡ tetraetyl bị phõn huỷ.
Hướng dẫn
a) Khối lượng 1 lớt xăng : 1000 . 0,75 = 750 (g)
Số mol octan trong 1 lớt xăng : 750 : 114 = 6,579 (mol)
0 t 8 18 2 2 2 C H +12,5O →8CO +9H O Thể tớch khụng khớ cần: 12,5.6,579.100.22,4 8772 l( ) 21 = b) Thể tớch nitơ: 8772 . (1 - 0,21) = 6929,88 (l) c) Khối lượng CO2 : 8 . 6,579 . 44 = 2315, 808 (g) d) Khối lượng 0,5ml Pb(C2H5)4 : 0,5 . 1,6 = 0,8 (g)
Khối lượng Pb sinh ra: 207,2.0,8 0,513 g( )
Cõu 17. Ở cỏc cõy xăng ta thường nhỡn thấy ghi A83, A90, A92. Cỏc con số 83,
90, 92 cú ý nghĩa gỡ vậy? Tại sao ở cỏc cõy xăng người ta cấm sử dụng lửa và điện thoại di động?
Hướng dẫn
Cỏc con số ghi đấy chớnh là chỉ số octan của cỏc loại xăng bỏn. Xăng cú thành phần chớnh là cỏc ankan lỏng, do ankan lỏng dễ bay hơi nờn ở cỏc điểm bỏn xăng luụn cú hơi xăng, khi sử dụng điện thoại di động thỡ khi điện thoại reo sẽ phỏt ra tia lửa điện cú thể kớch thớch hơi xăng trong khụng khớ chỏy, cũng như vậy đối với việc sử dụng bật lửa. Vỡ vậy những điều này đều bị cấm.
Cõu 18. Một loại xăng cú chứa 4 ankan với thành phần số mol như sau: heptan
(10%), octan (50%), nonan (30%) và đecan (10%).
a) Khi dựng loại xăng này để chạy động cơ ụtụ và mụtụ cần trộn lẫn hơi xăng và khụng khớ theo tỉ lệ thể tớch như thế nào để phản ứng chỏy xảy ra vừa hết.
b) Một xe mỏy chạy 100 km tiờu thụ hết 1,5 kg xăng núi trờn. Tớnh xem khi chạy 100 km, chiếc xe mỏy đú đĩ tiờu thụ bao nhiờu lớt oxi của khụng khớ, thải ra bao nhiờu lớt khớ CO2, thải ra khớ quyển một lượng nhiệt bằng bao nhiờu?
Giả thiết năng lượng giải phúng khi đốt chỏy nhiờn liệu cú 80% chuyển thành cơ năng, cũn lại chuyển thành nhiệt toả ra mụi trường. Thể tớch khớ đo ở 27,30C; 1 atm.
Hướng dẫn
a) 1 mol xăng cú: 0,1 mol C7H16; 0,5 mol C8H18; 0,3 mol C9H20; 0,1 mol C10H22. C10H22.
Đặt cụng thức phõn tử trung bỡnh của xăng là C Hn 2n+2
( )