Gói làm nóng thức ăn (FRH: Flameless Ration Heater) được phát minh nhằm hâm nóng các bữa ăn tiện lợi cho người lính trên chiến trường. Một số gói lẩu tự sôi cũng sử dụng công nghệ này. FRH có thành phần chính gồm bột kim loại Mg trộn với một lượng nhỏ bột Fe và NaCl. Khi sử dụng, chỉ cần cho khoảng 30 mL nước vào hỗn hợp FRH, hỗn hợp này phân ứng mãnh liệt theo phương trình Mg(s) + 2H2O(l) → Mg(OH)2(s) + H2(g) và tỏa rất nhiều nhiệt, đủ để làm nóng thức ăn nhanh chóng.
a) Magnesium phản ứng chậm với nước ở nhiệt độ thường, nhưng magnesium trong gói FRH lại có thể phản ứng nhanh chóng với nước.
b) Người ta chỉ dùng khoảng 30 mL nước mả không dùng lượng nước nhiều hơn.
c) Một gói FRH chứa khoảng 8 gam hỗn hợp (Mg (90%), Fe (4%), NaCl (6%) về khối lượng) có thể tỏa ra tối đa 642,6 kJ. Biết rằng enthalpy tạo thành chuẩn của Mg(OH)2 (s) và H2O(l) lần lượt là -928,4 kJ/mol và -285,8 kJ/mol.
d) Gói FRH trên có đủ làm nóng 175 gam súp từ 30°C lên 100°C. Biết để nâng 1 gam súp lên 1°C cần tiêu tốn 4,2J, giả sử gói súp chỉ nhận được 50% lượng nhiệt tối đa tỏa ra, phần nhiệt còn lại làm nóng các vật dụng khác và thất thoát vào môi trường.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, Mg phản ứng chậm với H2O ở nhiệt độ thường, nhưng khi thêm NaCl để tạo môi trường điện li và thêm Fe để tạo cặp điện cực Mg-Fe, hiện tượng ăn mòn điện hóa xảy ra, trong đó Mg là cực âm nên bị ăn mòn mạnh.
(b) Đúng, phản ứng tỏa nhiệt, trước tiên lượng nhiệt này làm nóng chính lượng nước cho vào hỗn hợp rắn (phần nhiệt còn lại mới làm nóng nồi lẩu). Nếu cho quá nhiều nước vào hỗn hợp rắn, nhiệt nồi lẩu nhận được sẽ ít đi.
(c) Sai
= -928,4 – 2(-285,8) = -356,8 kJ/mol
nMg = 8.90%/24 = 0,3 —> Nhiệt lượng tỏa ra = 0,3.356,8 = 107,04 kJ
(d) Đúng
Năng lượng để làm nóng 175 gam súp từ 30°C lên 100°C = 175.4,2.(100 – 30)/50% = 102900 J = 102,9 kJ < 107,04 kJ