Một nhóm học sinh tham gia hoạt động trải nghiệm tại cơ sở sản xuất vôi sống, thông tin nhóm học sinh ghi nhận được như sau:
Để cung cấp nhiệt cho lò nung, nhiên liệu là than đá được đốt cháy theo phương trình hóa học (1) như sau:
(1) C(s) + O2(g) ⟶ CO2(g)
Lượng nhiệt sinh ra được cung cấp cho quá trình nung vôi ở nhiệt độ cao (900 – 1400°C), theo phương trình hóa học (2) như sau:
(2) CaCO3(s) ⟶ CaO(s) + CO2(g)
Trong ngày trải nghiệm, cơ sở đã sử dụng nguyên liệu là đá vôi tự nhiên chứa 82% CaCO3 về khối lượng (còn lại là tạp chất trơ). Biết:
+ Hiệu suất của quá trình nung vôi đạt 86%.
+ Để phân hủy 1 kg CaCO3 cần cung cấp 1780 kJ.
+ Nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy 1 kg than đá là 28000 kJ.
+ Chỉ có 60% lượng nhiệt sinh ra ở phản ứng (1) được cung cập cho phản ứng (2).
a) Dùng vôi sống để cải tạo đất nhiễm phèn và đất chua nhờ vào khả năng loại bỏ các ion kim loại nhu Al3+, Fe3+,… và trung hòa acid.
b) Kích thước hạt nguyên liệu càng lớn, hiệu quả quá trình nung vôi càng cao.
c) Phản ứng (2) là phản ứng thu nhiệt.
d) Cơ sở sản xuất cần 62 tấn nguyên liệu và 709 tấn nhiên liệu để sản xuất được 280 tấn vôi sống.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, vôi sống kết hợp H2O tạo OH-:
CaO + H2O —> Ca2+ + 2OH-
Sau đó OH- trung hòa và loại bỏ các ion gây chua như H+, Al3+, Fe3+:
H+ + OH- —> H2O
Al3+ + 3OH- —> Al(OH)3
Fe3+ + 3OH- —> Fe(OH)3
(b) Sai, kích thước nhỏ giúp than dễ cháy, đá dễ bị nhiệt phân hơn.
(c) Đúng, (2) thu nhiệt (cần cung cấp 1780 kJ / 1 kg CaCO3)
(d) Sai
Nguyên liệu là đá vôi, m đá vôi = 280.100/(56.86%.82%) = 709 tấn
Nhiên liệu là than, quá trình truyền nhiệt:
60%.28000.mC = (280.100/56).1780
—> mC = 53 tấn