Đề bài
Trong sản xuất gang, quặng sắt (chứa $Fe_{2}O_{3}$) được đưa vào lò cao cùng than cốc (chứa C). Tại nhiệt độ cao, xảy ra phản ứng khử oxide sắt: $\left. Fe_{2}O_{3} + 3CO~\rightarrow~2Fe + ~3CO_{2} \right.$
Một nhà máy luyện kim dùng 8,0 tấn quặng sắt $Fe_{2}O_{3}$ (giả sử tinh khiết hoàn toàn) để luyện gang. Sau phản ứng, người ta thu được 5,04 tấn gang (Fe).
a. Tính hiệu suất của phản ứng trên. Với hiệu suất trên, em hãy tính khối lượng khí carbon dioxide thải ra sau khi quá trình kết thúc.
b. Nêu tác hại của khí carbon dioxide với môi trường và đề xuất biện pháp hạn chế những tác hại trên.
c. Nêu tác hại về việc sử dụng acid không đúng cách sẽ gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí.
Lời giải chi tiết
a. Tính hiệu suất phản ứng và khối lượng khí CO2 thải ra
Bước 1: Tính số mol của $Fe_{2}O_{3}$
Khối lượng mol của $Fe_{2}O_{3}$: \[ \text{Molar mass of } Fe_{2}O_{3} = 2 \times 56 + 3 \times 16 = 160 \text{ g/mol} \]
Khối lượng quặng $Fe_{2}O_{3}$ là 8,0 tấn = 8000 kg = 8 000 000 g.
Số mol của $Fe_{2}O_{3}$: \[ n_{Fe_{2}O_{3}} = \frac{{8 000 000 \, \text{g}}}{{160 \, \text{g/mol}}} = 50 000 \, \text{mol} \]
Bước 2: Tính số mol $Fe$ tối đa lý thuyết thu được
Theo phương trình hoá học: \[ Fe_{2}O_{3} + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2 \]
Số mol $Fe_{2}O_{3}$ tạo ra gấp đôi số mol $Fe$, tức là: \[ n_{Fe} = 2 \times 50 000 = 100 000 \, \text{mol} \]
Khối lượng $Fe$ tối đa lý thuyết có thể thu được là: \[ m_{Fe} = 100 000 \, \text{mol} \times 56 \, \text{g/mol} = 5 600 000 \, \text{g} = 5,6 \, \text{tấn} \]
Bước 3: Tính hiệu suất
Khối lượng $Fe$ thực tế thu được là 5,04 tấn. \[ \text{Hiệu suất} \quad H = \left( \frac{{5,04}}{{5,6}} \right) \times 100\% = 90\% \]
Bước 4: Tính khối lượng khí $CO_2$ thải ra
Số mol $CO_2$ tạo ra bằng số mol của $Fe$: 100 000 mol.
Khối lượng $CO_2$: \[ m_{CO_2} = 100 000 \, \text{mol} \times 44 \, \text{g/mol} = 4 400 000 \, \text{g} = 4,4 \, \text{tấn} \]
b. Tác hại của khí $CO_2$ với môi trường và biện pháp hạn chế
Tác hại của CO2:
- Góp phần gây hiệu ứng nhà kính, làm Trái Đất nóng lên.
- Thay đổi khí hậu, làm tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan.
Biện pháp hạn chế:
- Giảm tiêu thụ năng lượng hóa thạch, sử dụng năng lượng tái tạo.
- Tăng cường trồng cây xanh.
- Thu hồi và lưu trữ CO2 từ các quá trình công nghiệp.
c. Tác hại của việc sử dụng acid không đúng cách
Tác hại:
- Gây ô nhiễm nguồn nước, làm thay đổi pH của nước, ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh.
- Ô nhiễm đất, làm hỏng cấu trúc đất, có thể giết chết vi sinh vật và cây trồng.
- Ô nhiễm không khí nếu acid bay hơi, gây nguy hại cho sức khỏe con người khi hít phải.
Biện pháp khắc phục:
- Tuân thủ quy định an toàn khi sử dụng acid.
- Xử lý acid thải qua hệ thống xử lý chuyên dụng trước khi xả ra môi trường.
Chú ý khi giải
- Luôn đảm bảo đơn vị đo lường được đều đổi về cùng một đơn vị để dễ dàng tính toán.
- Hiểu và cân nhắc đúng các phương trình hóa học trước khi thực hiện các phép tính. Đảm bảo các hệ số cân bằng phương trình đã được tính toán chính xác.
- Chú ý tính toán lượng khí thải từ các phương trình phản ứng, trong đó phương trình phản ứng phải được cân bằng đúng.
- Tính hiệu suất phản ứng giúp đánh giá hiệu quả của quá trình sản xuất trong thực tế so với lý thuyết.
- Khi viết về tác hại môi trường của hóa chất, cần đưa ra các đề xuất khắc phục cụ thể và khả thi.