Bài 4.4 trang 14, 15, 16 SBT Hóa 11 - Cánh diều: Vai trò của khí nitrogen trong hệ phản ứng trên là gì?...

Trong một số nghiên cứu tổng hợp hữu cơ cần môi trường trơ, người ta loại oxygen ra khỏi hệ phản ứng bằng cách dùng bơm chân không rút không khí ra khỏi hệ, sau đó xả khí nitrogen vào hệ phản ứng. Lượng khí được rút ra thường đi kèm một lượng dung môi hữu cơ; để tránh làm hỏng bơm và ngăn hơi dung môi hữu cơ độc hại thoát ra ngoài, lượng khí rút ra được dẫn qua bình chứa, bình này lại được ngâm trong nitrogen lỏng. Bình chứa này còn được gọi là bẫy dung môi, hơi dung môi sẽ bị giữ lại ở đây và được thu hồi sau khi phản ứng kết thúc. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy, bẫy dung môi này tiềm ẩn nhiều nguy cơ phát nổ và thực tế đã không ít vụ nổ đã xảy ra. Nguyên nhân được cho là do sự gia tăng áp suất đột ngột khi oxygen lỏng bay hơi khi loại bỏ nitrogen lỏng cũng như phản ứng mãnh liệt giữa chất lỏng này với một số chất hữu cơ tạo thành các hợp chất dễ gây nổ.

Đọc đoạn thông tin trên và trả lời các câu hỏi dưới đây bằng cách chọn phương án đúng:

a) Vai trò của khí nitrogen trong hệ phản ứng trên là gì?

A. Tạo môi trường trơ. B. Là chất tham gia phản ứng.

C. Giữ nhiệt độ phản ứng cố định. D. Hạn chế sự bay hơi của dung môi hữu cơ.

b) Có thể thay khí nitrogen bằng loại khí nào sau đây?

A. Các khí có chứa nguyên tố nitrogen vì nitrogen cần cho phản ứng.

B. Hơi nước vì hơi nước giúp ổn định nhiệt độ và không độc hại.

C. Argon, neon,... hoặc các khí trơ khác.

D. Các khí có tỉ trọng lớn để ngăn dung môi hữu cơ bay hơi.

c) Vì sao bẫy dung môi cần được ngâm trong nitrogen lỏng?

A. Do nhiệt độ nitrogen lỏng rất thấp.

B. Do phản ứng cần môi trường trơ.

C. Để hạ nhiệt độ phản ứng làm mát bơm.

D. Vì nitrogen lỏng có thể phản ứng với dung môi hữu cơ tạo chất ít độc hại.

d) Từ tìm hiểu, tra cứu nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của một số dung môi hữu cơ thông dụng, dự đoán dung môi hữu cơ được giữ lại trong bẫy dung môi dưới dạng nào sau đây.

A. Khí. B. Lỏng. C. Rắn. D. Lỏng hoặc rắn.

e) Vì sao có sự xuất hiện của oxygen lỏng trong trong bẫy dung môi?

A. Oxygen có sẵn trong hệ khi rút ra sẽ hóa lỏng khi đi qua bẫy dung môi.

B. Nhiệt độ nóng chảy của oxygen cao hơn nhiệt độ nitrogen lỏng.

C. Oxygen được sinh ra trong phản ứng tổng hợp.

D. Oxygen có thể đi vào hệ thông qua các kẽ hở.

g) Nguyên nhân gây nổ được xác định là do oxygen lỏng. Để hạn chế việc này xảy ra người ta đã thiết kế, cải tiến bẫy dung môi bằng chất liệu phù hợp. Theo em, nên chọn loại vật liệu nào sau đây?

A. Loại thép dày, nếu vụ nổ có xảy ra cũng không thể phá huỷ, không gây nguy hiểm cho người sử dụng.

B. Vật liệu chống cháy, vụ nổ có thể tạo ra nhiều nhiệt do đó cần vật liệu cách nhiệt để tránh hơi nóng thoát ra gây hoả hoạn.

C. Thuỷ tinh cách nhiệt, trong suốt giúp quan sát phát hiện màu xanh của oxygen lỏng, đồng thời ngăn nhiệt thoát ra ngoài.

D. Thuỷ tinh chịu nhiệt, trong suốt giúp phát hiện lượng oxygen lỏng xuất hiện (nếu có) và xử lý sớm, do oxygen lỏng có màu xanh.

Phương pháp giải :

Dựa vào tính chất vật lý và hóa học của đơn chất nitrogen

Lời giải chi tiết:

a) Đáp án A.

Vai trò của khí nitrogen trong hệ phản ứng trên là tạo môi trường trơ.

b) Đáp án C.

Có thể thay khí nitrogen bằng các khí trơ khác như argon, neon, ...

c) Đáp án A.

Nitrogen hóa lỏng ở nhiệt độ thấp, -196^oC nên nitrogen lỏng được dùng để làm lạnh nhanh.

d) Đáp án C.

Vì nhiệt độ hóa hơi và nhiệt độ nóng chảy của dung môi hữu cơ cao hơn nhiều so với nhiệt độ của nitrogen lỏng.

=> Dung môi hữu cơ được giữ lại trong bẫy dung môi dưới dạng rắn.

e) Đáp án A.

Có sự xuất hiện của oxygen lỏng trong trong bẫy dung môi vì oxygen có sẵn trong hệ khi rút ra sẽ hóa lỏng khi đi qua bẫy dung môi.

g) Đáp án D.

Nên cải tiến bẫy dung môi bằng chất liệu thuỷ tinh chịu nhiệt, trong suốt giúp phát hiện lượng oxygen lỏng xuất hiện (nếu có) và xử lý sớm, do oxygen lỏng có màu xanh.