Một bình gas chứa hỗn hợp propane và butane: cách tính

Trả lời nhanh

Với số liệu thường dùng: đốt 1 mol propane toả 2220 kJ, 1 mol butane toả 2874 kJ. Hỗn hợp tỉ lệ mol 1:2 có 12 gam gas gồm 0,075 mol C₃H₈ và 0,15 mol C₄H₁₀. Nhiệt lượng toả ra là 0,075 × 2220 + 0,15 × 2874 = 597,6 kJ.

Đề bài và hướng suy nghĩ

Đề thường gặp: “Một bình gas khí hoá lỏng chứa hỗn hợp propane và butane với tỉ lệ số mol 1 : 2. Xác định nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 12 gam khí gas trên.”

Đề cần thêm nhiệt đốt cháy của hai chất. Ở đây ta dùng giá trị phổ biến: propane 2220 kJ/mol, butane 2874 kJ/mol. Nếu đề của em cho số khác, cứ giữ nguyên các bước và thay số vào.

Ý tưởng chính: biết tỉ lệ mol thì ta coi hỗn hợp gồm “từng bộ” 1 mol propane + 2 mol butane. Tính khối lượng một bộ, rồi xem 12 gam chứa bao nhiêu bộ.

Phương trình đốt cháy

C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O (nhiệt độ cao, toả nhiệt mạnh, ngọn lửa xanh)
2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O (nhiệt độ cao, toả nhiệt mạnh)

Bài này chỉ hỏi nhiệt lượng nên ta không cần số mol O₂, nhưng viết phương trình giúp em thấy sản phẩm cháy hoàn toàn là CO₂ và H₂O.

Lời giải chi tiết

Khối lượng một “bộ” hỗn hợp. M(C₃H₈) = 44 g/mol; M(C₄H₁₀) = 58 g/mol. Một bộ gồm 1 mol propane và 2 mol butane nặng 44 + 2 × 58 = 160 g.
Số bộ trong 12 gam. 12 : 160 = 0,075 bộ.
Số mol từng chất. n(C₃H₈) = 0,075 mol; n(C₄H₁₀) = 2 × 0,075 = 0,15 mol.
Nhiệt lượng. Q = 0,075 × 2220 + 0,15 × 2874 = 166,5 + 431,1 = 597,6 kJ.

Đáp số: khoảng 597,6 kJ.

Cách giải khác: dùng khối lượng mol trung bình

Khối lượng mol trung bình của gas: (44 + 2 × 58) : 3 = 160/3 ≈ 53,33 g/mol. Số mol gas trong 12 gam: 12 : (160/3) = 0,225 mol.

Nhiệt đốt cháy trung bình mỗi mol gas: (2220 + 2 × 2874) : 3 = 2656 kJ/mol. Vậy Q = 0,225 × 2656 = 597,6 kJ. Hai cách cho cùng kết quả, em dùng cách nào cũng được; cách thứ hai tiện để kiểm tra lại.

Lỗi sai thường gặp

Nhầm tỉ lệ mol 1 : 2 thành tỉ lệ khối lượng, rồi chia 12 g thành 4 g và 8 g. Đây là lỗi hay gặp nhất.
Lấy 12 g chia cho tổng 44 + 58 = 102 như thể tỉ lệ 1 : 1.
Gán nhầm nhiệt đốt cháy: propane (ít C hơn) toả ít nhiệt hơn butane trên mỗi mol.
Quên đổi đơn vị khi bình gas tính bằng kg (1 kg = 1000 g).

Mẹo kiểm tra: kết quả phải nằm giữa 0,225 × 2220 = 499,5 kJ và 0,225 × 2874 ≈ 646,7 kJ. Giá trị 597,6 kJ nằm trong khoảng này và gần butane hơn vì butane chiếm 2/3 số mol, nên hợp lý.

Bài luyện tập

Gas gồm propane và butane tỉ lệ mol 1 : 1. Tính nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 10,2 g gas (dùng cùng số liệu nhiệt đốt cháy).
Đáp án: một bộ 1 + 1 nặng 102 g, nên 10,2 g ứng với 0,1 mol mỗi chất. Q = 0,1 × 2220 + 0,1 × 2874 = 509,4 kJ.
Một bình chứa 12 kg gas tỉ lệ mol 1 : 2 như trên. Tính nhiệt lượng toả ra khi dùng hết.
Đáp án: 12 000 g tương ứng 75 bộ, tức 75 mol propane và 150 mol butane. Q = 75 × 2220 + 150 × 2874 = 166 500 + 431 100 = 597 600 kJ, khoảng 597,6 MJ.
Vì sao khi đốt gas trong bếp, khí thải chủ yếu có CO₂ và hơi nước?
Đáp án: propane và butane là alkane chỉ chứa C và H; cháy hoàn toàn thì C thành CO₂, H thành H₂O.

Kết luận

Với dạng “hỗn hợp có tỉ lệ mol cho trước”, em hãy làm theo ba bước: tính khối lượng một bộ, suy ra số mol từng chất theo khối lượng đề cho, rồi nhân với nhiệt đốt cháy tương ứng. Cách làm này dùng được cho mọi hỗn hợp hydrocarbon khác.

Câu hỏi thường gặp

Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 12 gam gas propane và butane tỉ lệ mol 1:2 là bao nhiêu?

Với nhiệt đốt cháy propane 2220 kJ/mol và butane 2874 kJ/mol, nhiệt lượng toả ra khoảng 597,6 kJ.

Vì sao không chia 12 gam theo tỉ lệ 1:2?

Tỉ lệ 1:2 là tỉ lệ số mol, không phải tỉ lệ khối lượng. Phải đổi qua khối lượng mol (44 và 58 g/mol) rồi mới tìm số mol từng chất.

Khí gas hoá lỏng trong bình gia đình gồm những chất nào?

Thành phần chủ yếu là propane (C3H8) và butane (C4H10), nén ở áp suất cao nên hoá lỏng và dễ vận chuyển.

Nếu đề cho nhiệt đốt cháy khác thì làm thế nào?

Giữ nguyên các bước: tìm khối lượng một bộ hỗn hợp, tính số mol từng chất, rồi nhân với nhiệt đốt cháy mà đề cho.