Bài 5. Sơ lược về phản ứng cháy và nổ

CH tr 33 Mở đầu

Cháy, nổ là các hiện tượng thường gặp trong đời sống. Các hiện tượng này đã được các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu để phục vụ cho cuộc sống, đồng thời hạn chế những thiệt hại do chúng gây ra. Vậy phản ứng cháy, nổ là gì? Chúng có đặc điểm như thế nào? Khi nào phản ứng cháy, nổ xảy ra?

Lời giải chi tiết:

Phản ứng cháy là phản ứng oxi hóa – khử giữa chất cháy và chất oxi hóa, có tỏa nhiệt và phát ra ánh sáng.

Điều kiện cần và đủ để phản ứng cháy xảy ra:

+ Điều kiện cần: (1) Chất cháy; (2) Chất oxi hóa; (3) Nguồn nhiệt.

+ Điều kiện đủ:

(1) Nồng độ oxygen trong không khí phải lớn hơn 14% thể tích (ngoại trừ đối với một số chất dễ cháy, gây nổ mạnh);

(2) Nguồn nhiệt phải đạt tới giới hạn bắt cháy của chất cháy;

(3) Thời gian tiếp xúc của 3 điều kiện cần phải đủ lâu để xuất hiện sự cháy.

Phản ứng nổ là phản ứng xảy ra với tốc độ rất lớn kèm theo sự tăng thể tích đột ngột và tỏa lượng nhiệt lớn.

Phản ứng nổ vật lí xảy ra do vật chất bị nén dưới áp suất cao trong một thể tích, làm thể tích được giải phóng đột ngột, gây ra tiếng nổ.

Phản ứng nổ hóa học xảy ra do sự giải phóng năng lượng đột ngột và rất nhanh trong một phản ứng hóa học (có đủ điều kiện của một phản ứng cháy), làm hỗn hợp khí xung quanh giãn nở nhanh chóng dưới áp suất lớn, sinh công và gây nổ.

CH tr 33 Thảo luận 1:

Quan sát Hình 5.1, nêu hiện tượng và viết phương trình hóa học xảy ra. Xác định vai trò của các chất trong các phản ứng hóa học này và cho biết đây là loại phản ứng hóa học nào.

Lời giải chi tiết:

a) Magnesium cháy trong không khí

- Hiện tượng: Phản ứng xảy ra mãnh liệt, tỏa nhiệt mạnh, phát ra ánh sáng chói.

- Phương trình hóa học: 2Mg + O₂ → 2MgO

- Sự thay đổi số oxi hóa của các chất trong phản ứng:

$2\stackrel{0}{Mg}+\stackrel{0}{O_2}\to 2\stackrel{+2}{Mg}\stackrel{-2}{O}$

+ Phản ứng này thuộc loại phản ứng oxi hóa khử.

+ Mg là chất khử (số oxi hóa tăng từ 0 lên +2)

+ O₂ là chất oxi hóa (số oxi hóa giảm từ 0 xuống -2)

b) Than đá (carbon) cháy trong không khí

- Hiện tượng: Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, phát ra ánh sáng đỏ.

- Phương trình hóa học: C + O₂ → CO₂

- Sự thay đổi số oxi hóa của các chất trong phản ứng: 

$\stackrel{0}{C}+\stackrel{0}{O_2}\to \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2}$

+ Phản ứng này thuộc loại phản ứng oxi hóa khử.

+ C là chất khử (số oxi hóa tăng từ 0 lên +4)

+ O₂ là chất oxi hóa (số oxi hóa giảm từ 0 xuống -2)

c) Gas (thành phần chính là C₃H₈ và C₄H₁₀) cháy trong không khí

- Hiện tượng: Khí gas cháy với ngọn lửa màu xanh, tỏa nhiệt mạnh.

- Phương trình hóa học:

C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

C₄H₁₀ + O₂ → 4CO₂ + 5H₂O

- Các phản ứng này thuộc loại phản ứng oxi hóa khử vì số oxi hóa của oxi ở dạng đơn chất (O₂) bằng 0 giảm xuống -2 (trong hợp chất CO₂, H₂O)

⇒ O₂ là chất oxi hóa; C₃H₈ và C₄H₁₀ là chất khử.

CH tr 33 Thảo luận 2:

Các phản ứng cháy nêu trên có những đặc điểm chung nào?

Lời giải chi tiết:

Các phản ứng cháy nêu trên có những đặc điểm chung là:

- Hiện tượng: Đều có tỏa nhiệt và phát sáng.

- Loại phản ứng: Đều là phản ứng oxi hóa – khử.

- Chất oxi hóa đều là O₂.

- Phản ứng xảy ra với tốc độ nhanh.

CH tr 33 Luyện tập:

Nêu một số ví dụ về phản ứng cháy.

Lời giải chi tiết:

Một số ví dụ về phản ứng cháy:

- Đốt than, củi để đun nấu, sưởi ấm.

- Đốt dầu để thắp sáng đèn.

- Khí gas cháy để đun nấu.

- Đốt vàng mã.

- Đốt đèn cồn để làm thí nghiệm.

- Đốt cồn để nướng mực

CH tr 34 Thảo luận 3:

Dựa vào Hình 5.2, kể tên chất cháy, chất oxi hóa và nguồn nhiệt của các phản ứng cháy có trong Hình 5.1

a) Magnesium cháy trong không khí

- Chất oxi hóa: oxygen (O₂)

- Chất cháy: magnesium

- Nguồn nhiệt: nguồn lửa trực tiếp

b) Than đá (carbon) cháy trong không khí

- Chất oxi hóa: oxygen (O₂)

- Chất cháy: than đá (carbon)

- Nguồn nhiệt: nguồn lửa trực tiếp

c) Gas (thành phần chính là C₃H₈ và C₄H₁₀) cháy trong không khí

- Chất oxi hóa: oxygen (O₂)

- Chất cháy: Than đá (carbon)

- Nguồn nhiệt: Tia lửa điện phát ra từ hệ thống đánh lửa của bếp gas.

CH tr 34 Thảo luận 4:

Quan sát Hình 5.3, hãy cho biết trường hợp nào dễ bắt cháy hơn. Phản ứng cháy xảy ra phụ thuộc vào yếu tố nào?

Lời giải chi tiết:

Trường hợp b) Đốt giấy bằng nguồn lửa trực tiếp dễ bắt cháy hơn.

Vì nguồn nhiệt tiếp xúc trực tiếp với chất cháy.

Khi đốt giấy bằng kính lúp dưới ánh sáng mặt trời, kính lúp sẽ giống như một thấu kính hội tụ, chúng sẽ hội tụ ánh sáng mặt trời tập trung ở một điểm, làm nhiệt độ tăng lên cao, nên mẩu giấy có thể cháy. Như vậy cần mất một khoảng thời gian để ánh sáng mặt trời hội tụ và tạo nên nguồn nhiệt.

Điều kiện cần và đủ để phản ứng cháy xảy ra:

+ Điều kiện cần: (1) Chất cháy; (2) Chất oxi hóa; (3) Nguồn nhiệt.

+ Điều kiện đủ:

(1) Nồng độ oxygen trong không khí phải lớn hơn 14% thể tích (ngoại trừ đối với một số chất dễ cháy, gây nổ mạnh);

(2) Nguồn nhiệt phải đạt tới giới hạn bắt cháy của chất cháy;

(3) Thời gian tiếp xúc của 3 điều kiện cần phải đủ lâu để xuất hiện sự cháy.

CH tr 34 Vận dụng

Con người thở ra CO₂ không có khả năng gây cháy, nhưng vì sao khi ta thổi vào bếp than hồng, lại có thể làm than hồng bùng cháy?

Lời giải chi tiết:

Khí thở ra của con người không chỉ có CO₂ mà còn có O₂ (chiếm 16,4%). Khí oxygen (O₂) này duy trì sự cháy.

Mặt khác dòng không khí ở khoảng trống giữa người thổi và bếp vẫn là không khí bình thường nên khi ta thổi sẽ đẩy không khí vào, làm tăng lượng oxygen, khiến than hồng bùng cháy.

Bảng thành phần khí hít vào, thở ra của con người.

CH tr 34 Thảo luận 5:

Từ việc quan sát Hình 5.4 và 5.5, hãy mô tả hiện tượng và so sánh mức độ của mỗi vụ nổ.

Lời giải chi tiết:

Nổ bình gas thường kèm theo tiếng nổ lớn, xảy ra đột ngột, tỏa lượng nhiệt lớn, kèm theo cả phản ứng cháy. Thường xảy ra ở các cửa hàng bán gas, hộ gia đình, nhà hàng, …ngọn lửa khi cháy có thể lan nhanh gây thiệt hại về người và tài sản của cả những gia đình xung quanh.

Vụ nổ bom nguyên tử ở Hiroshima, Nhật Bản vào năm 1945. Chỉ sau vài giây được thả xuống quả bom nguyên tử đã san phẳng 13km² thành phố. Hơn 60% nhà cửa bị phá hủy hoàn toàn, con người chỉ còn lại tro cốt. Nhiều người trong số những người sống sót sau vụ nổ đã chết vì bị thương và bệnh nặng do bức xạ. Nhiệt độ do vụ ném bom tỏa ra tương đương với nhiệt độ của Mặt Trời.

Mức độ của vụ nổ bom nguyên tử ở Hiroshima, Nhật Bản vào năm 1945 lớn hơn rất nhiều so với mức độ của một vụ nổ khí gas.

CH tr 34 Thảo luận 6:

Quan sát Hình 5.5, hãy cho biết hậu quả để lại sau vụ nổ bom nguyên tử.

Lời giải chi tiết:

Hậu quả để lại sau vụ nổ bom nguyên tử: Thiêu rụi mọi sinh vật trong bán kính 1,5 km, phá hủy tất cả các tòa nhà trong bán kính đến 2km. Tất cả những người trong bán kính 1,2km từ vụ nổ đều bị chết do bỏng. Những người sống sót được nhờ che chắn trong bán kính 500m từ tâm nổ đều nhiễm một lượng lớn phóng xạ.

CH tr 35 Luyện tập:

Nêu một số ví dụ về phản ứng nổ hoặc một số vụ nổ lớn trong nước và trên thế giới.

Lời giải chi tiết:

Một số vụ nổ trong nước

- Rạng sáng ngày 3 tháng 1 năm 2018 đã xảy ra vụ nổ kho phế liệu tại xã Văn Môn, huyện Yên Phong, tỉnh Bắc Ninh. Vụ nổ được xác định là nổ vật liệu do chủ cơ sở đã thu gom các loại đầu đạn xếp tạo thành muối rải lên để hủy với mục đích thu kim loại nhằm tái chế. Do lượng đạn tập trung số lớn có thể lẫn đạn phosphorus gây cháy, kích nổ toàn bộ khối đạn.

- Vụ nổ tại khu đô thị Văn phú, quận Hà Đông, Hà Nội năm 2016 được cho là nổ bom tại một cửa hàng phế liệu, hậu quả khiến sáu người tử vong và tám người bị thương.

Một số vụ nổ trên thế giới

- Ngày 21/9/1921, một nhà kho chứa khoảng 450 tấn amoni sulfate và amoni nitrate đã phát nổ tại nhà máy BASS ở Oppau. Các công nhân ở đây đã dùng một lượng chất nổ nhỏ để làm tơi hỗn hợp hóa chất cứng trên mà không biết rằng hai chất trong hỗn hợp có thể gây cháy nổ. Vị nổ đã cướp đi sinh mạng của 500 – 600 người và làm bị thương trên 2000 người.

- Vụ nổ Castle Yankee. Ngày 5/5/1954, một vũ khí hạt nhân với sức công phá 13,5 megaton đã được Mỹ kích nổ trên một sà lan bên cạnh đảo san hô Bikini. Bụi phóng xạ của nó lan đến tận Mexico City chỉ trong 4 ngày. Vụ nổ này có thể gây bỏng độ 3 trong khu vực có bán kính khoảng 4500km².

CH tr 35 Thảo luận 7:

So sánh điểm giống và khác nhau giữa phản ứng nổ vật lí và nổ hóa học.

Lời giải chi tiết:

CH tr 35 Thảo luận 8:

Quan sát Hình 5.6, cho biết hiện tượng nổ nào thuộc loại phản ứng nổ vật lí hoặc nổ hóa học.

Lời giải chi tiết:

a) Nổ lốp xe là sự nổ vật lí do lốp xe được bơm quá căng dẫn đến không khí trong lốp xe bị nén dưới áp suất cao gây nổ. Hoặc có thể do lốp xe được đặt dưới nhiệt độ cao gây giãn nở không khí trong lốp xe làm áp suất tăng cao và gây nổ.

b) Pháo hoa là hiện tượng nổ hóa học do trong pháo hoa có xảy ra phản ứng hóa học.

c) Vụ nổ hạt nhân ở nhà máy điện Fukushima, Nhật Bản năm 2011 là hiện tượng nổ vật lí; cụ thể phản ứng trong các lò phản ứng hạt nhân là phản ứng phân hạch. Khi số neutron giải phóng sau mỗi phản ứng tăng lên dưới dạng không kiểm soát được, sẽ kích thích nhiều phản ứng khác dẫn đến nổ.

CH tr 35 Luyện tập:

Nêu một số ví dụ về nổ vật lí và nổ hóa học

Lời giải chi tiết:

- Ví dụ về nổ vật lí:

+ Nổ lốp xe

+ Nổ bóng bay khi bơm (thổi) quá căng hoặc có vật sắc nhọn chạm vào

+ Nổ ruột phích nước.

+ Nổ nồi áp suất khi đun nấu.

- Ví dụ về nổ hóa học:

+ Nổ pháo hoa.

+ Nổ súng, bom.

+ Nổ mìn khai thác đá vôi.

+ Nổ bình gas.

+ Nổ khoang tàu chứa dầu đã hút cạn dầu.

CH tr 36 Thảo luận 9:

Quan sát Hình 5.8, cho biết có bao nhiêu yếu tố để hình thành “nổ bụi”. Đó là những yếu tố gì?CH tr 36

Lời giải chi tiết:

Có 5 yếu tố đề hình thành “nổ bụi” gồm:

1. Nguồn nhiệt

2. Nồng độ bụi mịn đủ lớn

3. Nguồn oxygen

4. Nhiên liệu

5. Không gian đủ kín.

CH tr 36 Vận dụng:

Năm 2007, tại một phân xưởng sản xuất bột mì ở tỉnh Bình Dương đã xảy ra một vụ nổ lớn khiến 5 công nhân bị bỏng nặng. Vụ nổ xảy ra sau khi các công nhân hàn để bảo trì lại bể chứa bột mì. Hiện tượng này có phải vụ nổ bụi không? Giải thích.

Lời giải chi tiết:

Hiện tượng này là nổ bụi vì các hạt bột mì có kích thước nhỏ phân tán trong không gian kín, khi gặp nguồn nhiệt do máy hàn, oxygen trong không khí và sẽ tạo ra hiệu ứng sóng xung kích và gây nổ.

CH tr 36 Thảo luận 10:

Hãy nêu những tác hại của các sản phẩm độc hại thường sinh ra trong các phản ứng cháy đối với con người.

Lời giải chi tiết:

Những tác hại của các sản phẩm độc hại thường sinh ra trong các phản ứng cháy đối với con người là:

- Khí carbon monoxide (CO): CO có khả năng kết hợp với hemoglobin trong hồng cầu, làm giảm khả năng vận chuyển O₂. Ở nồng độ 1,28% CO, con người bất tỉnh sau 2 – 3 nhịp thở, tử vong sau 2 – 3 phút.

- Hydrogen sulfide (H₂S), nitrogen dioxide (NO₂) hoặc sulfur dioxide (SO₂) gây ảnh hưởng đến khả năng hô hấp của con người.

- Khói chứa hydrogen cyanide (HCN) rất độc hại, độc hơn cả khí CO.

- Hydrogen chloride (HCl), hydrogen bromide (HBr) và hydrogen fluoride (HF) gây ảnh hưởng lớn đến các hệ cơ quan hô hấp và hệ thống và quan thần kinh của con người. 

CH tr 37 Vận dụng:

Tại sao nhân viên cứu hỏa phải sử dụng đồ bảo hộ chuyên dụng?

Lời giải chi tiết:

- Nhân viên cứu hỏa phải sử dụng đồ bảo hộ chuyên dụng vì: Khi cháy nổ xảy ra, ngọn lửa luôn có tính chất là lan ra rất nhanh, nếu không trang bị đồ bảo hộ sẽ ảnh hưởng nghiệm trọng đến cả cơ thể lẫn tinh thần của nhân viên cứu hỏa. Khi được trang bị loại quần áo bảo hộ, nó sẽ giúp nhân viên cứu hỏa khi làm nhiệm vụ không bị tổn thương da bởi lửa, các tác nhân khác trong vụ hỏa hoạn như chất lỏng khác, hóa chất, va chạm nhẹ. Mang lại sự an toàn nhất cho những người tham gia công tác phòng cháy chữa cháy để cứu người, dập tắt đám cháy.

- Đồ bảo hộ cho nhân viên cứu hỏa bao gồm:

+ Đồng phục chữa cháy

+ Mũ chữa cháy

+ Ủng chữa cháy

+ Găng tay chữa cháy

+ Khẩu trang chữa cháy

+ Mặt nạ phòng độc. 

- Nhân viên cứu hỏa phải sử dụng đồ bảo hộ chuyên dụng vì: Khi cháy nổ xảy ra, ngọn lửa luôn có tính chất là lan ra rất nhanh, nếu không trang bị đồ bảo hộ sẽ ảnh hưởng nghiệm trọng đến cả cơ thể lẫn tinh thần của nhân viên cứu hỏa. Khi được trang bị loại quần áo bảo hộ, nó sẽ giúp nhân viên cứu hỏa khi làm nhiệm vụ không bị tổn thương da bởi lửa, các tác nhân khác trong vụ hỏa hoạn như chất lỏng khác, hóa chất, va chạm nhẹ. Mang lại sự an toàn nhất cho những người tham gia công tác phòng cháy chữa cháy để cứu người, dập tắt đám cháy.

- Đồ bảo hộ cho nhân viên cứu hỏa bao gồm:

+ Đồng phục chữa cháy

+ Mũ chữa cháy

+ Ủng chữa cháy

+ Găng tay chữa cháy

+ Khẩu trang chữa cháy

+ Mặt nạ phòng độc. 

CH tr 37 Bài 1

Hãy nêu đặc điểm của phản ứng cháy.

Lời giải chi tiết:

Đặc điểm của phản ứng cháy là:

- Là phản ứng oxi hóa – khử giữa chất cháy và chất oxi hóa.

- Có tỏa nhiệt và phát ra ánh sáng.

CH tr 37 Bài 2

Nổ quả bóng bay do bơm quá căng là hiện tượng nổ

A. vật lí       

B hóa học   

C hạt nhân  

D. sinh học

Lời giải chi tiết:

Đáp án đúng là: A

Nổ quả bóng bay do bơm quá căng là hiện tượng nổ vật lí. Do không khí bị nén trong quả bóng bay dưới một áp suất cao gây nổ.

CH tr 37 Bài 3

Viết phương trình hóa học khi đốt cháy hoàn toàn một số nhiên liệu sau: khí thiên nhiên (thành phần chính là CH₄), cồn (C₂H₅OH), gỗ (C₆H₁₀O₅)_n).

Lời giải chi tiết:

CH tr 37 Bài 4

Trung tâm Chống độc, Bệnh viện Bạch Mai đã tiếp nhận một số bệnh nhân trong tình trạng hôn mê sâu, phải thở máy và tổn thương thần kinh. Nguyên nhân được xác định là đốt than trong phòng kín. Hãy giải thích vì sao khi đốt than trong phòng ngủ để sưởi ấm có thể gây hôn mê, bại não, thậm chí tử vong.

Phương pháp giải:

Dựa vào quá trình đốt cháy than

Lời giải chi tiết:

Ngộ độc khí than hay còn gọi là khí CO (carbon monoxide) do người dân đốt than để sưởi ấm trong không gian chật hẹp, kín gió. Bởi, than khi cháy trong điều kiện thiếu oxygen sẽ sinh ra loại khí cực độc là CO.

Đốt than trong điều kiện dư oxygen: 

Nếu thiếu oxygen:  

Khi vào cơ thể, khí CO kết hợp với hemoglobin trong máu làm giảm khả năng hấp thụ và vận chuyển oxygen của hemoglobin. Người ngộ độc có thể hôn mê, bất tỉnh, để lại di chứng về trí tuệ, thậm chí tử vong nếu không được phát hiện và xử lý kịp thời.