C4H10 + O2 → CO2 + H2O - Phản ứng đốt cháy butan

C4H10 + O2 → CO2 + H2O - Phản ứng đốt cháy butan
1. Butan là gì? Tính chất hoá học của Butan?
Butan là một hydrocarbon alkane bốn nguyên tử cacbon, có công thức hóa
học là C4H10. Nó tồn tại dưới dạng hai isomer chính: n-butane và isobutane.
Tính chất hoá học của butan bao gồm: 
Công thức hóa học: Butan có công thức hóa học là C4H10, có bốn nguyên
tử cacbon và mười nguyên tử hydro trong mỗi phân tử. 
Tính chất của n-butane (n-butan): n-Butan là dạng thẳng của butan. Nó có
các liên kết C-C và C-H thẳng hàng. Tại điều kiện tiêu chuẩn, n-butan là khí
màu tím, không màu, không mùi, và dễ cháy. Nó cháy trong không khí với
ánh sáng xanh lam và sản phẩm cháy chính là nước và CO2. 
Tính chất của isobutane (isobutan): Isobutane là dạng xoắn của butan, có
một nguyên tử cacbon trong chuỗi chính và ba nguyên tử cacbon trong
chuỗi phụ. Nó cũng là một khí màu tím, không màu, không mùi, và dễ cháy,
nhưng có thể có một số tính chất khác biệt về hóa học so với n-butane do
cấu trúc không đối xứng của nó. 
Sử dụng: Butan và các dạng của nó thường được sử dụng làm nhiên liệu
trong các ứng dụng như lửa và nhiên liệu cho các thiết bị di động như lò nấu
ăn, nấu ăn ngoài trời, và nhiều ứng dụng công nghiệp khác. Nó cũng được
sử dụng làm lạnh trong các hệ thống làm lạnh và là một thành phần trong
các loại nhiên liệu đặc biệt như nhiên liệu động cơ.
Butan không phải là một chất độc hại hoặc gây hiểm cho sức khỏe khi sử
dụng đúng cách, nhưng nó có thể nguy hiểm nếu bị sử dụng sai cách hoặc
trong môi trường không thoáng khí, nơi có khả năng tạo ra dạng khí nén gây cháy nổ.
2. Phản ứng hoá học đốt cháy Butan
Phản ứng hoá học đốt cháy butan (C4H10) có thể được biểu diễn bằng phương trình sau:
C4H10 + 6.5O2 -> 4CO2 + 5H2O
Trong phản ứng này, butan (C4H10) phản ứng với không khí (O2) và tạo ra
cacbon dioxide (CO2) và nước (H2O) như sản phẩm cháy chính. Điều này có
nghĩa là mỗi phân tử butan cần sử dụng 6.5 phân tử oxy để hoàn thành phản
ứng. Phản ứng cháy butan là một phản ứng oxi hóa trong đó butan chuyển từ
trạng thái hydrocarbon sang trạng thái oxycarbon, giải phóng nhiệt và ánh sáng.
Nếu bạn muốn biết lượng nhiệt được sản xuất hoặc tiêu thụ trong phản ứng
cháy butan, bạn có thể tính toán nó bằng sử dụng các hằng số nhiệt hóa và
sự biết rằng phản ứng cháy là một phản ứng exothermic (tạo nhiệt).
3. Bài tập áp dụng phản ứng hoá học C4H10 + 6.5O2 -> 4CO2 +
5H2O có đáp án chi tiết
Bài tập 1: Tính toán lượng butan cần để sản xuất 22 mol nước.
Để làm bài này, chúng ta cần sử dụng tỷ lệ môles từ phương trình cháy: 
Tỷ lệ butan (C4H10) tới nước (H2O) là 1:5. 
Vậy, 1 mol butan tạo ra 5 mol nước.
Để tạo ra 22 mol nước, bạn cần:
22 mol nước / 5 mol butan = 4.4 mol butan.
Đáp án: Bạn cần 4.4 mol butan.
Bài tập 2: Tính toán lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy 2.5 moles butan.
Để tính lượng nhiệt phát ra, bạn cần biết hằng số nhiệt hóa tiêu chuẩn cho
phản ứng này. Hằng số nhiệt hóa tiêu chuẩn cho phản ứng cháy butan là -
2877 kJ/mol. Bạn có 2.5 moles butan, vì vậy:
Nhiệt phát ra = số moles butan x hằng số nhiệt hóa = 2.5 mol x (-2877 kJ/mol) = -7192.5 kJ.
Đáp án: Nhiệt phát ra khi đốt cháy 2.5 moles butan là -7192.5 kJ.
Bài tập 3: Tính toán lượng khí cacbon dioxide (CO2) sản xuất khi đốt cháy 10 gram butan.
Để làm bài này, bạn cần biết khối lượng mol của butan. Khối lượng mol của
butan (C4H10) là 58.12 g/mol. Bạn có 10 gram butan, nên số mol butan là:
10 g / 58.12 g/mol = 0.172 mol butan.
Từ đó, bạn có thể tính lượng CO2 sản xuất dựa trên tỷ lệ mol trong phản ứng:
1 mol butan tạo ra 4 mol CO2.
Vậy, 0.172 mol butan sẽ tạo ra:
0.172 mol butan x 4 mol CO2/mol butan = 0.688 mol CO2.
Bây giờ, bạn có thể tính khối lượng CO2:
0.688 mol CO2 x 44.01 g/mol = 30.26 g CO2.
Đáp án: Lượng khí CO2 sản xuất khi đốt cháy 10 gram butan là 30.26 gram.
Bài tập 4: Tính toán lượng khí oxy (O2) cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 5
lit butan (đo ở điều kiện tiêu chuẩn - 0°C và 1 atm).
Để làm bài này, trước hết, bạn cần biết thể tích molar ở điều kiện tiêu chuẩn
(STP) cho các khí. 1 mol của mọi khí ở STP có thể chiếm một thể tích xấp xỉ 22.4 lit.
Vậy, 5 lit butan sẽ chứa:
5 lit / 22.4 lit/mol = 0.2232 mol butan.
Theo phản ứng cháy, mỗi mol butan cần 6.5 mol oxy. Vậy, số mol oxy cần là:
0.2232 mol butan x 6.5 mol oxy/mol butan = 1.4518 mol oxy.
Bây giờ, bạn cần tính lượng oxy trong thể tích ở STP. Một mol oxy (O2) ở
STP có thể chiếm 22.4 lit. Vậy, số mol oxy cần là:
1.4518 mol x 22.4 lit/mol = 32.53 lit O2.
Đáp án: Để đốt cháy hoàn toàn 5 lit butan ở STP, bạn cần 32.53 lit oxy.
Bài tập 5: Tính khối lượng butan cần để tạo ra 50 kJ nhiệt phát ra trong phản ứng cháy.
Để tính lượng butan cần, chúng ta sẽ sử dụng hằng số nhiệt hóa tiêu chuẩn
cho phản ứng cháy butan, đã được đề cập trong bài tập 2, là -2877 kJ/mol.
Lượng nhiệt cần phải tạo ra là 50 kJ. Vậy, số mol butan cần là:
Nhiệt cần / hằng số nhiệt hóa = 50 kJ / (-2877 kJ/mol) = -0.0174 mol butan.
Bây giờ, bạn có thể tính khối lượng butan:
Khối lượng butan = số mol butan x khối lượng mol butan = -0.0174 mol x 58.12 g/mol = -1.01 g butan.
Lưu ý rằng kết quả là một giá trị âm vì phản ứng cần nhiệt phát ra, không thể
"cố tình" tiêu hao khối lượng butan để tạo ra nhiệt.
Đáp án: Khối lượng butan cần để tạo ra 50 kJ nhiệt phát ra trong phản ứng cháy là 1.01 g butan.
Bài tập 6: Tính toán số mol butan cần để tạo ra 50 mol nước.
Trong phản ứng cháy butan, mỗi mol butan tạo ra 5 mol nước (theo phương
trình C4H10 + 6.5O2 -> 4CO2 + 5H2O). Bạn muốn tạo ra 50 mol nước, vậy cần:
Số mol butan = Số mol nước / 5 = 50 mol / 5 = 10 mol butan.
Đáp án: Để tạo ra 50 mol nước, bạn cần 10 mol butan.
Bài tập 7: Tính khối lượng CO2 sản xuất khi đốt hoàn toàn 25 lit butan ở
điều kiện tiêu chuẩn (STP).
Dựa vào bài tập 4, bạn đã tính rằng 5 lit butan ở STP tương ứng với 1.4518
mol butan. Vậy, 25 lit butan tương ứng với:
25 lit / 5 lit = 5 lần thể tích, tương ứng với 5 lần số mol, nên là 1.4518 mol x 5 = 7.259 mol butan.
Theo phản ứng cháy, mỗi mol butan tạo ra 4 mol CO2. Vậy, số mol CO2 sản xuất là:
7.259 mol butan x 4 mol CO2/mol butan = 29.036 mol CO2.
Bây giờ, bạn có thể tính khối lượng CO2:
Khối lượng CO2 = số mol CO2 x khối lượng mol CO2 = 29.036 mol x 44.01 g/mol = 1275.3 g CO2.
Đáp án: Lượng CO2 sản xuất khi đốt hoàn toàn 25 lit butan ở STP là 1275.3 gram.
Bài tập 8: Tính lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 100 gram butan.
Để tính lượng nhiệt phát ra, bạn cần biết hằng số nhiệt hóa tiêu chuẩn cho
phản ứng cháy butan, đã được đề cập trong bài tập 2, là -2877 kJ/mol.
Đầu tiên, bạn cần tính số mol butan trong 100 gram butan. Khối lượng mol
của butan (C4H10) là 58.12 g/mol (đã được đề cập trong bài tập 3). Vậy:
Số mol butan = Khối lượng butan / Khối lượng mol butan = 100 g / 58.12 g/mol ≈ 1.72 mol butan.
Sau đó, bạn có thể tính lượng nhiệt phát ra:
Nhiệt phát ra = Số mol butan x Hằng số nhiệt hóa = 1.72 mol x (-2877 kJ/mol) ≈ -4942.44 kJ.
Đáp án: Lượng nhiệt phát ra khi đốt cháy hoàn toàn 100 gram butan là - 4942.44 kJ.
Bài tập 9: Tính số mol oxy cần để đốt cháy hoàn toàn 50 lit butan ở điều kiện tiêu chuẩn (STP).
Dựa vào bài tập 4, bạn đã tính rằng 5 lit butan ở STP tương ứng với 1.4518
mol butan. Vậy, 50 lit butan ở STP tương ứng với:
50 lit / 5 lit = 10 lần thể tích, tương ứng với 10 lần số mol, nên là 1.4518 mol x 10 = 14.518 mol butan.
Theo phản ứng cháy, mỗi mol butan cần 6.5 mol oxy. Vậy, số mol oxy cần là:
14.518 mol butan x 6.5 mol oxy/mol butan = 94.117 mol oxy.
Đáp án: Để đốt cháy hoàn toàn 50 lit butan ở STP, bạn cần 94.117 mol oxy.
Hy vọng rằng các bài tập này giúp bạn hiểu rõ hơn về phản ứng cháy của
butan và cách tính toán liên quan đến nó.
Document Outline

• C4H10 + O2 → CO2 + H2O - Phản ứng đốt cháy butan
  • 1. Butan là gì? Tính chất hoá học của Butan?
  • 2. Phản ứng hoá học đốt cháy Butan
  • 3. Bài tập áp dụng phản ứng hoá học C4H10 + 6.5O2