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

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

Bài tập 1 trang 47 Chuyên đề Hóa 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?

Trả lời:

a) Xét phản ứng (1):

∆_r$H_{298}^o$ = ${\Delta }_f{H}_{298}^0$(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))

∆_r$H_{298}^o$ = (-1675,7) + (-704,2) + 3.91,3 + 6.(-241,8) – 3.0 – 3.(-295,3) = -2670,9 kJ

Đốt cháy 3 mol Al(s) và 3 mol NH₄ClO₄(s)  (hay m_hh = 433,5 gam)  tỏa ra 2670,9 kJ nhiệt lượng

⇒ Đốt cháy 1 gam hỗn hợp Al và NH₄ClO₄ tỏa ra $\frac{1.2670,9}{433,5}=$ 6,16 kJ nhiệt lượng

Xét phản ứng (2):

∆_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))

∆_r$H_{298}^0$ = (-1675,7) + 2.13,1 – 2.0 – (-824,2) = -825,24 kJ

Đốt cháy hỗn hợp gồm 2 mol Al(s) và 1 mol  Fe₂O₃(s) (hay m_hh = 214 gam) tỏa ra 825,24 kJ nhiệt lượng

⇒ Đốt cháy 1 gam hỗn hợp trên tỏa ra $\frac{1.825,24}{214}$ = 3,86 kJ nhiệt lượng

Như vậy ta thấy nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 1 gam hỗn hợp Al(s) và NH₄ClO₄(s) là lớn hơn ⇒ Phản ứng (1) xảy ra mãnh liệt hơn.

Chú ý: Đề bài đã cho 1 gam hỗn hợp xảy ra theo đúng tỉ lệ phản ứng.

b) Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cùng một lượng hỗn hợp bột Al (s) và Fe₂O₃ (s) chỉ bằng một nửa so với Al(s) và NH₄ClO₄(s) nên không dùng được Al và Fe₂O₃ cho động cơ tên lửa.