Giải chuyên đề học tập Hoá học 10 Cánh diều bài 5: Sơ lược về phản ứng cháy và nổ

Câu hỏi khởi động

Quan sát Hình 5.1 và Hình 5.2, cho biết trường hợp nào có thể gây cháy, nổ; trường hợp nào không? Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Trường hợp chai nước để trên xe ô tô giữa trưa nắng có thể gây cháy, nổ.

Vì những chai nước khoáng trong suốt, đóng đầy nước để trong xe ô tô nơi có ánh sáng Mặt Trời chiếu vào có vai trò giống như một thấu kính hội tụ, chúng sẽ hội tụ ánh sáng tập trung tại một điểm, làm nhiệt độ chai nước tăng lên cao và xảy ra cháy trên xe.

I. Phản ứng cháy

1. Khái niệm

Câu hỏi 1: Em hãy chỉ ra những sự khác biệt có thể cảm nhận và quan sát được của hai quá trình oxi hóa – khử mô tả ở Hình 5.3a và 5.3b.

Câu hỏi 2: Em hãy chỉ ra những quá trình xảy ra trong thực tế có gắn với phản ứng cháy.

Vận dụng 1: Bóng đèn điện (bóng dây tóc, bóng huỳnh quang) phát nhiệt và ánh sáng có phải do nguyên nhân gây ra bởi phản ứng cháy hay không?

Hướng dẫn trả lời:

Câu hỏi 1: 

Sự khác biệt có thể cảm nhận và quan sát được đó là:

+ Than củi cháy với tốc độ nhanh, tỏa nhiều nhiệt và phát ra ánh sáng.

+ Đinh sắt bị gỉ với tốc độ chậm, không phát ra ánh sáng.

Câu hỏi 2: Những quá trình xảy ra trong thực tế có gắn với phản ứng cháy, ví dụ như:

• Đốt than, củi để đun nấu
• Đốt dầu hỏa để thắp sáng
• Đốt rơm, rạ,...

Vận dụng 1 

Bóng đèn điện (bóng dây tóc, bóng huỳnh quang) phát nhiệt và ánh sáng là do dòng điện chạy qua làm dây tóc bóng đèn (bột huỳnh quang) nóng đến nhiệt độ cao và phát sáng, không phải gây ra bởi phản ứng cháy.

2. Điều kiện để xảy ra phản ứng cháy

Câu hỏi 3: Hãy lấy một số ví dụ phản ứng cháy của chất hữu cơ, phản ứng cháy của chất vô cơ. Nêu các điều kiện để các phản ứng này xảy ra.

Câu hỏi 4: Vụ cháy rừng Amazon gây thiệt hại nặng nề tới cả thể giới đã diễn ra trong thế kỉ XXI. Thảo luận về nguyên nhân gây cháy và tác hại của đám cháy đó.

Vận dụng 2: Một số hydrocarbon trong bình gas tạo với không khí hỗn hợp nổ ngay ở nồng độ rất thấp: C5H12 1,4%, C4H10 1,6%, CH4 4,4%. Nêu các nguyên nhân có thể gây ra các vụ cháy, nổ bình gas.

Hướng dẫn trả lời:

Câu hỏi 3: 

• Ví dụ phản ứng cháy của chất hữu cơ: Khí gas cháy, gỗ cháy, cồn (alcohol) cháy …
• Ví dụ phản ứng cháy của chất vô cơ: than cháy, khí hydrogen cháy, bột nhôm cháy trong khí oxygen …
• Để phản ứng cháy diễn ra cần có 3 điều kiện sau:
• Có chất cháy (nhiên liệu): giấy, khí gas, gỗ, xăng dầu, than…
• Có chất oxi hóa: chất oxi hóa phổ biến là oxygen trong không khí.
• Có nguồn nhiệt khơi mào (mồi lửa): ngọn lửa, tia lửa điện, ánh sáng mặt trời hội tụ, nhiệt do ma sát …

Câu hỏi 4 

Nguyên nhân cháy:

Nguyên nhân cháy rừng Amazon có thể xuất phát từ tự nhiên hoặc do con người.

Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, vụ cháy rừng Amazon trong thế kỉ XIX gây thiệt hại nặng nề tới cả thế giới đã diễn ra bởi con người. Cụ thể, sau khi khai thác gỗ, con người đã đốt các thảm thực vật còn sót lại. Vào mùa khô những đám cháy này mất kiểm soát và lan rộng ra gây nên thảm họa cháy rừng.

Tác hại: Rừng Amazon được ví như lá phổi xanh của thế giới. Mỗi năm, rừng Amazon giúp lưu giữ tới 2 tỷ tấn CO2 - một loại khí nhà kính góp phần vào sự nóng lên toàn cầu.

Từ đây ta thấy thảm họa cháy rừng Amazon ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu, gây nên hiệu ứng nhà kính, tăng thêm thách thức cho chúng ta trong quá trình ứng phó với biến đổi khí hậu, mất đa dạng sinh học, ảnh hưởng đến lợi ích kinh tế và sức khỏe của con người trong tương lai.

Vận dụng 2 

Một số nguyên nhân có thể gây ra các vụ cháy, nổ bình gas:

• Dây dẫn nối bình gas với bếp bị rò rỉ: Sau một thời gian sử dụng các dây dẫn nối bình gas với bếp gas có thể bị cũ và bị nứt, hở hoặc do bị gập xoắn, chuột cắn dẫn đến tình trạng rò rỉ khí gas ra ngoài. Khi gas bị rò rỉ ra ngoài, chỉ cần gặp tia lửa điện thì nguy cơ cháy nổ lớn rất dễ xảy ra.
• Không khóa gas khi đun nấu hoặc khóa gas sai quy trình, điều này sẽ làm rò rỉ khí gas, gây nguy cơ cháy, nổ.
• Để các vật dụng dễ bắt lửa gần bình gas: Đun nấu bằng bếp gas nên tránh gió thổi trực tiếp vào bếp. Không để giấy, lót nồi, chai nhựa cạnh bếp để tránh bị bắt lửa. Tuyệt đối không để thuốc diệt côn trùng, cồn (alcohol) gần ngọn lửa, không được xịt thuốc dưới gầm bếp hoặc gần bếp lửa đang cháy.
• Không chú ý tới bếp gas khi nấu ăn: Nhiều trường hợp quên bếp đang đun dẫn đến nồi bị cháy khét hoặc nước trào xuống bếp gây tắt lửa trong khi vẫn bơm gas liên tục.

3. Điểm chớp cháy, nhiệt độ tự bốc cháy, nhiệt độ ngọn lửa

Vận dụng 3: Vì sao ở ngay điều kiện nhiệt độ phòng (khoảng 25oC), cần phải bảo quản xăng cần thận hơn so với dầu hỏa?

Vận dụng 4: Vì sao nhiệt độ tự bốc cháy của xăng lớn hơn nhiệt độ tự bốc cháy của da làm túi xách nhưng người ta chỉ đặt biển cấm lửa tại các trạm bơm xăng?

Hướng dẫn trả lời:

Vận dụng 3: 

Xăng có điểm chớp cháy là -43^oC (thấp hơn nhiệt độ phòng); dầu hỏa có điểm chớp cháy là 38 - 72^oC (cao hơn nhiệt độ phòng).

Do đó, ở điều kiện nhiệt độ phòng (khoảng 25^oC) xăng rất dễ bắt cháy, vì thế cần bảo quản xăng cẩn thận hơn so với dầu hỏa.

Vận dụng 4: 

Nhiệt độ tự bốc cháy của xăng (là 247 – 280^oC) lớn hơn nhiệt độ tự bốc cháy của da làm túi xách (là 200 – 212^oC). Tuy nhiên, điểm chớp cháy của xăng rất thấp (-43^oC, dưới nhiệt độ phòng) nên khi tiếp xúc với nguồn lửa xăng dễ bốc cháy. Do đó, người ta chỉ đặt biển cấm lửa tại các trạm bơm xăng.

II. Phản ứng nổ

Câu hỏi 5: Hãy kể một số quá trình nổ quan sát được trong thực tế.

Vận dụng 5: Phích đựng nước với phần ruột làm bằng thủy tinh tráng bạc gồm hai lớp, giữa hai lớp này là chân không. Giải thích vì sao nổ ruột phích đựng nước là sự nổ vật lí.

Câu hỏi 6: Các trường hợp sau đây là nổ vật lí hay nổ hóa học?

a) Nổ nồi áp suất khi đun nấu.

b) Nổ khoang tàu chứa dầu đã hút cạn dầu.

Câu hỏi 7: Trong trường hợp nào thì phản ứng của CH4 với O2 là phản ứng cháy, phản ứng nổ? Thảo luận tương tự với trường hợp của cồn.

Luyện tập: Áp dụng điều kiện cháy theo “tam giác lửa” cho phản ứng nổ có luôn đúng hay không?

Vận dụng 6: Quả bóng bay, khi được bơm bằng hydrogen sẽ bay rất cao do khí hydrogen rất nhẹ. Tuy nhiên, đã có nhiều vụ nổ thương tâm gây ra bởi bóng bay hydrogen.

a) Có thể thay hydrogen bằng khí nào khác an toàn hơn?

b) Thảo luận cách phòng tránh các vụ nổ gây bởi bóng bay hydrogen.

Câu hỏi 8: Nổ bụi có thể gây ra bởi (các) bụi mịn nào sau đây: bụi đường ăn, bụi giấy, bụi cát?

Hướng dẫn trả lời:

Câu hỏi 5:  Một số quá trình nổ quan sát được trong thực tế: Nổ lốp xe, Nổ bình gas,  Nổ pháo hoa, Nổ mìn khai thác đá,...

Vận dụng 5: Nổ ruột phích đựng nước là sự nổ vật lí, do quá trình nổ này gây ra bởi sự giãn nở nhanh về thể tích, không kèm theo phản ứng hóa học.

Câu hỏi 6: a) Nổ nồi áp suất khi đun nấu là sự nổ vật lí vì do khí bị nén ở nhiệt độ cao, áp suất lớn, thiết kế của nồi không chịu được giới hạn nên sẽ gây ra nổ (quá trình này không kèm theo phản ứng hóa học).

b) Nổ khoang tàu chứa dầu đã hút cạn dầu là sự nổ hóa học, do một lượng hơi dầu vẫn còn tích tụ bắt cháy gây nổ (quá trình này diễn ra với tốc độ rất nhanh, tỏa nhiều nhiệt).

Câu hỏi 7: 

Phản ứng của CH4 với O2:

+ Khi có nguồn nhiệt khơi mào (ngọn lửa); lượng nhỏ khí CH4 phản ứng với O2 không kèm theo sự tăng thể tích đột ngột, không phát ra tiếng nổ thì phản ứng này là phản ứng cháy.

+ Trong trường hợp lượng lớn CH4 phản ứng với O2 với tốc độ nhanh, tỏa nhiều nhiệt, gây ra sự tăng thể tích đột ngột, phát ra tiếng nổ thì phản ứng này là phản ứng nổ.

Phản ứng của cồn với O2:

+ Khi có nguồn nhiệt khơi mào (ngọn lửa); lượng nhỏ cồn phản ứng với O2 không kèm theo sự tăng thể tích đột ngột, không phát ra tiếng nổ thì phản ứng này là phản ứng cháy.

+ Trong trường hợp lượng lớn cồn phản ứng với O2 với tốc độ nhanh, tỏa nhiều nhiệt, gây ra sự tăng thể tích đột ngột, phát ra tiếng nổ thì phản ứng này là phản ứng nổ.

Luyện tập: 

Áp dụng điều kiện cháy theo “tam giác lửa” cho phản ứng nổ không phải luôn đúng.

Ví dụ:

Sự nổ vật lí gây ra bởi sự giãn nở rất nhanh về thể tích mà không kèm theo phản ứng hóa học do đó không cần đến các điều kiện trong “tam giác lửa”.

Vận dụng 6:

a) Quả bóng bay, khi được bơm bằng hydrogen sẽ bay rất cao do khí hydrogen rất nhẹ. Tuy nhiên, đã có nhiều vụ nổ thương tâm gây ra bởi bóng bay hydrogen. Do đó, có thể thay khí hydrogen bằng khí helium (He) – khí trơ sẽ an toàn hơn.

Khí hydrogen khi kết hợp với khí oxygen với tỉ lệ 2 : 1 tạo hỗn hợp nổ rất mạnh. Đặc biệt hydrogen rất dễ gây cháy nổ, chỉ cần khi gặp không khí nóng (cầm bóng khi đi ngoài trời nắng hay tiếp xúc với nguồn nóng …) là có thể đủ điều kiện kích thích nổ.

b) Một số biện pháp phòng tránh các vụ nổ gây bởi bóng bay hydrogen:

- Sử dụng khí helium thay cho hydrogen để bơm bóng bay.

- Không cầm bóng bay hydrogen đi ngoài trời nắng.

- Không mang bóng bay hydrogen vào trong nhà hay xe ô tô bởi nếu tiếp xúc với bóng đèn hoặc gặp không khí nóng có thể phát nổ.

Câu hỏi 8:

Các loại bụi cháy được có thể gây ra nổ bụi. ⇒ Nổ bụi có thể gây ra bởi (các) bụi mịn: bụi đường ăn, bụi giấy.

Bài tập

Bài 1: Phân loại các chất, thiết bị sau vào ba nhóm nhiên liệu, chất oxi hóa và nguồn nhiệt: lò sưởi, ngọn lửa, oxygen trong bình chứa, diêm, bật lửa, gỗ, giấy, thiết bị điện, không khí.

Bài 2: Nhựa PVC có công thức cấu tạo là khi bị đốt cháy có thể sinh ra các sản phẩm nào? Phân tích về tác hại (nếu có) của những sản phẩm đó.

Bài 3: Dựa vào điểm chớp cháy của các chất hữu cơ dưới đây, hãy cho biết những chất nào là chất lỏng dễ cháy; chất lỏng có thể cháy.

Bảng 5.1. Điểm chớp cháy của một số chất hữu cơ

Bài 4: Hãy nêu vai trò của dây dẫn điện tiếp đất (ở các nhà máy, công xưởng, sợi xích sắt tiếp đất của ô tô chở xăng dầu,...)

Bài 5: Nổ khí trong bếp gas gia đình thường là sự nổ hóa học nhưng đôi khi lại là nổ vật lí. Hãy cho biết khi nào thì gây ra sự nổ hóa học, khi nào thì gây ra sự nổ vật lí.

Hướng dẫn trả lời:

Bài 1: 

Nhiên liệu: diêm, gỗ, giấy.

Chất oxi hóa: oxygen trong bình chứa, không khí.

Nguồn nhiệt: lò sưởi, ngọn lửa, bật lửa, thiết bị điện.

Bài 2:

Nhựa PVC khi bị đốt cháy có thể sinh ra các sản phẩm như: CO₂, H₂O, HCl, CO, COCl₂, CH₃Cl … Trong đó:

+ CO₂ là một trong những khí gây nên hiệu ứng nhà kính.

+ CO là khí độc, nếu nồng độ CO trong không khí là 1,28% (theo thể tích) thì con người bất tỉnh sau 2 - 3 nhịp thở, chết sau 2 – 3 phút.

+ HCl gây ngứa da, ho, chảy nước mắt, nếu bị nhiễm nặng có thể đau đầu hoặc gây tổn thương phổi.

+ COCl₂ nằm trong nhóm chất độc hóa học, gây tổn thương đường hô hấp, có thể dẫn đến tử vong.

+ CH₃Cl là khí độc, có thể gây tê liệt hệ thần kinh, hôn mê, co giật…

Bài 3:

Chất lỏng có điểm chớp cháy nhỏ hơn 37,8^oC được gọi là chất lỏng dễ cháy. Vậy chất lỏng dễ cháy: benzene, ethanol, butane, acetone.

Chất lỏng có điểm chớp cháy lớn hơn 37,8^oC gọi là chất lỏng có thể gây cháy. Vậy chất lỏng có thể gây cháy: hexanol, glycerol.

Bài 4:

Ở các nhà máy, công xưởng thường sử dụng dây dẫn điện tiếp đất bằng cách lấy một thanh sắt cắm sâu xuống đất chừng 10 cm, sau đó nối các thiết bị điện vào thanh sắt bằng dây điện. Như vậy dòng điện đã được truyền bớt xuống đất thông qua dây điện và thanh sắt, giảm thiểu nguy cơ điện giật khi chạm vào vỏ các thiết bị điện, đồng thời giảm nguy cơ rò rỉ và chập điện gây ra cháy nổ.

Khi di chuyển, xăng dầu cọ xát với bồn chứa, bồn chứa cọ sát với không khí nên bị nhiễm điện và dễ xảy ra sự phóng điện giữa chúng. Do vậy các xe chở xăng có dây xích nhỏ thả xuống lòng đường (dây dẫn điện tiếp đất) để điện tích dịch chuyển từ bồn chứa và xăng dầu xuống lòng đường qua dây xích, tránh gây cháy nổ.

Bài 5: 

Sự nổ vật lí xảy ra khi áp suất trong bình quá cao, bình không chịu đựng được áp suất nén.

Sự nổ hóa học thường xảy ra khi rò rỉ khí gas ra ngoài, tập trung tại một không gian tương đối kín, khi gặp tia lửa điện thì phát nổ.