Gói làm nóng thức ăn (FRH: Flameless Ration Heater) được phát minh nhằm hâm nóng các bữa ăn tiện lợi cho người lính trên chiến trường. Một số gói lẩu tự sôi cũng sử dụng công nghệ này. FRH có thành phần chính gồm bột kim loại Mg trộn với một lượng nhỏ bột Fe và NaCl. Khi sử dụng, chỉ cần cho khoảng 30 mL nước vào hỗn hợp FRH, hỗn hợp này phản ứng mạnh liệt theo phương trình Mg (s) + 2HO (l) → Mg(OH) (s) + H (g) và tỏa rất nhiều nhiệt, đủ để làm nóng thức ăn nhanh chóng.
Gói làm nóng thức ăn (FRH: Flameless Ration Heater) được phát minh nhằm hâm nóng các bữa ăn tiện lợi cho người lính trên chiến trường. Một số gói lẩu tự sôi cũng sử dụng công nghệ này. FRH có thành phần chính gồm bột kim loại Mg trộn với một lượng nhỏ bột Fe và NaCl. Khi sử dụng, chỉ cần cho khoảng 30 mL nước vào hỗn hợp FRH, hỗn hợp này phản ứng mạnh liệt theo phương trình Mg (s) + 2HO (l) → Mg(OH) (s) + H (g) và tỏa rất nhiều nhiệt, đủ để làm nóng thức ăn nhanh chóng.
Các mệnh đề Đúng / Sai:
a)
Một gói FRH chứa khoảng 8 gam hỗn hợp (Mg 90\%, Fe 4\% và NaCl 4\% về khối lượng) có thể tỏa ra tối đa 642,6 kJ. Biết rằng enthalpy tạo thành chuẩn () của Mg(OH)(s) và HO (l) lần lượt là -928,4 kJ mol và -285,8 kJ mol.
b)
Gói FRH trên có đủ làm nóng 300 g súp từ 30 °C lên 100 °C. Biết nhiệt dung riêng của súp khoảng 4,2 J g C, giả sử gói súp chỉ nhận được 50\% lượng nhiệt tối đa tỏa ra, phần nhiệt còn lại làm nóng các vật dụng khác và thất thoát vào môi trường.
c)
Magnesium phản ứng chậm với nước ở nhiệt độ thường, nhưng magnesium trong gói FRH lại có thể phản ứng nhanh chóng với nước.
d)
Người ta chỉ dùng khoảng 30 mL nước mà không dùng lượng nước nhiều hơn.
Đáp án chính thức: a:S,b:Đ,c:Đ,d:Đ
Hướng dẫn giải chi tiết
a) sai: Mg (s) + 2H₂O (l) → Mg(OH)₂ (s) + H₂ (g); (theo lời giải nguồn trang 99) n_Mg = = 0,3 mol → Q_tỏa = 0,3·642,6 = 192,78 kJ
b) Đúng: Q_thu = 300·(100-30)·4,2/1000 = 88,2 kJ; vì thất thoát 50\% nên Q_cần = 88,2·2 = 176,4 kJ < Q_tỏa nên đủ làm nóng.
c) Đúng: do có mặt Fe tạo thành pin Galvani (trong dung dịch chất điện ly NaCl), hydrogen thoát ra trên bề mặt Fe nên diện tích tiếp xúc của Mg với nước tăng lên.
d) Đúng: nếu dùng nhiều nước hơn, nhiệt tỏa ra phải cung cấp cho lượng nước dư nóng lên, giảm hiệu quả đun nóng.
(Ghi chú: lời giải nguồn tính ΔrH = -928,4 - (-285,8) = -642,6 kJ, bỏ qua hệ số 2 của H₂O(l); giá trị hoá học chính xác là -356,8 kJ/mol và Q_tỏa = 107,04 kJ, khi đó phát biểu b sẽ sai. Đáp án chính thức nguồn (trang 99) là a sai; b, c, d đúng nên được giữ nguyên.)
a) a. sai
Mg (s) + 2H₂O (l) → Mg(OH)₂ (s) + H₂ (g) (1)
(theo lời giải nguồn trang 99)
n_Mg = = 0,3 mol → Q_tỏa = 0,3·642,6 = 192,78 kJ
(Lưu ý: lời giải nguồn tính ΔrH = -928,4 - (-285,8) = -642,6 kJ, bỏ qua hệ số 2 của H₂O(l); về mặt hoá học chính xác phải là -928,4 - 2·(-285,8) = -356,8 kJ/mol và Q_tỏa = 0,3·356,8 = 107,04 kJ. Đáp án nguồn vẫn kết luận a sai nên giữ nguyên theo nguồn.)
b) b. Đúng
Để làm nóng 300 g súp từ 30 °C lên 100 °C Q_thu = 300·(100-30)·4,2 / 1000 = 88,2 kJ
Vì thất thoát nhiệt 50\% nên thực tế Q_cần = 88,2·2 = 176,4 kJ
So sánh Q_tỏa > Q_cần nên gói FRH trên đủ làm nóng 300 g súp từ 30 °C lên 100 °C. (Theo lời giải nguồn trang 99, với Q_tỏa = 192,78 kJ.)
c) c. Đúng
Magnesium phản ứng chậm với nước ở nhiệt độ thường do các bọt khí hydrogen bám trên bề mặt magnesium ngăn cản magnesium tiếp xúc với nước. Trong gói FRH, magnesium lại có thể phản ứng nhanh chóng với nước do có mặt Fe tạo thành pin Galvani (trong dung dịch chất điện ly NaCl). Khi đó, hydrogen thoát ra trên bề mặt Fe nên diện tích tiếp xúc của Mg với nước tăng lên.
d) d. Đúng
Nếu dùng lượng nước nhiều hơn 30 mL thì nhiệt tỏa ra cần cung cấp cho lượng nước dư nóng lên nên nhiệt độ của đồ ăn giảm đi, giảm hiệu quả đun nóng của gói FRH.
b) Đúng: Q_thu = 300·(100-30)·4,2/1000 = 88,2 kJ; vì thất thoát 50\% nên Q_cần = 88,2·2 = 176,4 kJ < Q_tỏa nên đủ làm nóng.
c) Đúng: do có mặt Fe tạo thành pin Galvani (trong dung dịch chất điện ly NaCl), hydrogen thoát ra trên bề mặt Fe nên diện tích tiếp xúc của Mg với nước tăng lên.
d) Đúng: nếu dùng nhiều nước hơn, nhiệt tỏa ra phải cung cấp cho lượng nước dư nóng lên, giảm hiệu quả đun nóng.
(Ghi chú: lời giải nguồn tính ΔrH = -928,4 - (-285,8) = -642,6 kJ, bỏ qua hệ số 2 của H₂O(l); giá trị hoá học chính xác là -356,8 kJ/mol và Q_tỏa = 107,04 kJ, khi đó phát biểu b sẽ sai. Đáp án chính thức nguồn (trang 99) là a sai; b, c, d đúng nên được giữ nguyên.)
a) a. sai
Mg (s) + 2H₂O (l) → Mg(OH)₂ (s) + H₂ (g) (1)
(theo lời giải nguồn trang 99)
n_Mg = = 0,3 mol → Q_tỏa = 0,3·642,6 = 192,78 kJ
(Lưu ý: lời giải nguồn tính ΔrH = -928,4 - (-285,8) = -642,6 kJ, bỏ qua hệ số 2 của H₂O(l); về mặt hoá học chính xác phải là -928,4 - 2·(-285,8) = -356,8 kJ/mol và Q_tỏa = 0,3·356,8 = 107,04 kJ. Đáp án nguồn vẫn kết luận a sai nên giữ nguyên theo nguồn.)
b) b. Đúng
Để làm nóng 300 g súp từ 30 °C lên 100 °C Q_thu = 300·(100-30)·4,2 / 1000 = 88,2 kJ
Vì thất thoát nhiệt 50\% nên thực tế Q_cần = 88,2·2 = 176,4 kJ
So sánh Q_tỏa > Q_cần nên gói FRH trên đủ làm nóng 300 g súp từ 30 °C lên 100 °C. (Theo lời giải nguồn trang 99, với Q_tỏa = 192,78 kJ.)
c) c. Đúng
Magnesium phản ứng chậm với nước ở nhiệt độ thường do các bọt khí hydrogen bám trên bề mặt magnesium ngăn cản magnesium tiếp xúc với nước. Trong gói FRH, magnesium lại có thể phản ứng nhanh chóng với nước do có mặt Fe tạo thành pin Galvani (trong dung dịch chất điện ly NaCl). Khi đó, hydrogen thoát ra trên bề mặt Fe nên diện tích tiếp xúc của Mg với nước tăng lên.
d) d. Đúng
Nếu dùng lượng nước nhiều hơn 30 mL thì nhiệt tỏa ra cần cung cấp cho lượng nước dư nóng lên nên nhiệt độ của đồ ăn giảm đi, giảm hiệu quả đun nóng của gói FRH.