PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I. Dầu mỏ, khí mỏ dầu và khí thiên nhiên

1. Khái niệm, thành phần và trạng thái tự nhiên

Dầu mỏ là nhiên liệu hoá thạch, có trong vỏ Trái Đất. Dầu mỏ là chất lỏng, sánh, màu sẫm, có mùi đặc trưng, nhẹ hơn nước và không tan trong nước. Thành phần chính là hỗn hợp phức tạp của nhiều loại hydrocarbon và một lượng nhỏ các hợp chất khác (chứa S, O, N…).

Cấu tạo mỏ dầu gồm 3 lớp:

Khí thiên nhiên cũng là nhiên liệu hoá thạch dưới lòng đất, tập trung trong các mỏ khí hoặc thoát ra từ bùn đáy ao. Thành phần chủ yếu là methane (~95%) cùng một lượng nhỏ ethane, propane, butane, $CO_2$ và $N_2$.

So sánh khí mỏ dầu và khí thiên nhiên:

Lưu ý: Dầu mỏ không phải là một chất thuần khiết mà là hỗn hợp. Thành phần dầu mỏ khác nhau tuỳ vị trí mỏ dầu. Dầu mỏ là tài nguyên không tái tạo được.

2. Phương pháp khai thác và chế biến

a) Dầu mỏ và khí mỏ dầu:

Gồm nhiều giai đoạn:

Giai đoạn 1: Khoan, thu dầu và khí từ mỏ dầu.

Giai đoạn 2: Loại bỏ tạp chất → thu dầu thô → vận chuyển đến nhà máy lọc dầu (bằng ống dẫn hoặc tàu chở dầu).

Giai đoạn 3: Tại nhà máy lọc dầu, dầu thô được chưng cất (dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ sôi) → thu được nhiều sản phẩm khác nhau.

Bảng sản phẩm chưng cất dầu mỏ:

Lưu ý: Nhiệt độ sôi tăng dần theo thứ tự: gas < xăng < dầu hoả < dầu diesel < dầu mazut < nhựa đường. Nhà máy lọc dầu là nơi chế biến dầu mỏ thành các sản phẩm khác nhau, không chỉ đơn giản là “lọc bỏ tạp chất”.

b) Khí thiên nhiên:

Khai thác bằng cách khoan xuống mỏ khí → khí tự phun lên do áp suất trong mỏ lớn hơn áp suất khí quyển → vận chuyển đến nhà máy xử lý → phân phối.

Khí gas hoá lỏng (LPG) có thành phần chính là propane và butane, được nén thành dạng lỏng để tiện vận chuyển và sử dụng.

II. Nhiên liệu

1. Khái niệm và phân loại

Nhiên liệu là những chất cháy được, khi cháy toả nhiệt và phát sáng.

Phân loại theo trạng thái:

Nhiên liệu hoá thạch (than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên…) được khai thác từ lòng đất, là nguồn nhiên liệu chính hiện nay nhưng có trữ lượng hạn và gây ô nhiễm môi trường.

2. Sử dụng nhiên liệu

Ứng dụng trong đời sống:

• Xe máy, ô tô: xăng, dầu diesel
• Máy bay: dầu hoả (nhiên liệu phản lực)
• Bếp gas: propane, butane
• Nhà máy nhiệt điện, luyện kim: than đá

Sử dụng hiệu quả:

• Cung cấp đủ không khí (oxygen) cho quá trình cháy
• Tăng diện tích tiếp xúc nhiên liệu rắn với không khí
• Điều chỉnh lượng nhiên liệu phù hợp nhu cầu

An toàn khi sử dụng:

• Xăng bảo quản trong bình chứa đúng tiêu chuẩn
• Bình gas đặt nơi thông thoáng, cách xa nguồn nhiệt, kiểm tra rò rỉ thường xuyên
• Không đốt than, gas trong không gian kín (tránh ngộ độc $CO$)
• Không dùng nước để dập đám cháy xăng dầu (vì xăng dầu nhẹ hơn nước, nổi lên làm đám cháy lan rộng) → dùng cát, bình chữa cháy, hoặc chăn ướt phủ lên

Biogas: Ở nông thôn, phân gia súc và rác hữu cơ được ủ trong hầm biogas, vi sinh vật yếm khí phân huỷ tạo khí methane dùng đun nấu – đây là nguồn năng lượng sạch, rẻ, bảo vệ môi trường.

Câu hỏi đúng/sai – Củng cố lý thuyết

Câu 1. Xét các phát biểu:

(a) “Dầu mỏ là hỗn hợp tự nhiên của nhiều loại hydrocarbon.” → ĐÚNG.

(b) “Dầu mỏ và khí thiên nhiên là nguồn nhiên liệu và nguyên liệu quý.” → ĐÚNG.

(c) “Dầu mỏ tồn tại trong các lớp đất đá trong vỏ Trái Đất.” → ĐÚNG.

(d) “Khí thiên nhiên là do cây quang hợp sinh ra.” → SAI. Khí thiên nhiên là nhiên liệu hoá thạch, hình thành từ xác sinh vật bị vùi lấp hàng triệu năm, không phải do quang hợp.

(e) “Dầu mỏ hình thành từ xác động thực vật bị vùi sâu 10–600 triệu năm.” → ĐÚNG.

→ Có 4 phát biểu đúng.

Câu 2. Nhận định nào sai?

A. “Nhiên liệu là chất cháy được, toả nhiệt và phát sáng.” → ĐÚNG.

B. “Nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong đời sống.” → ĐÚNG.

C. “Nhiên liệu rắn gồm than mỏ, gỗ…” → ĐÚNG.

D. “Nhiên liệu khí có năng suất toả nhiệt thấp, gây độc hại.” → SAI. Nhiên liệu khí có năng suất toả nhiệt cao và dễ cháy hoàn toàn.

→ Đáp án: D.

Câu 3. Nhận định nào sai về dầu mỏ?

A. “Hỗn hợp lỏng, sánh, màu sẫm.” → ĐÚNG.

B. “Nhẹ hơn nước, không tan trong nước.” → ĐÚNG.

C. “Hỗn hợp phức tạp nhiều hydrocarbon.” → ĐÚNG.

D. “Trong dầu mỏ không chứa các chất vô cơ.” → SAI. Dầu mỏ có chứa một lượng nhỏ hợp chất chứa S, O, N và cả nước, muối khoáng.

→ Đáp án: D.

Câu 4. Nhận xét nào sai?

A. “Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp.” → ĐÚNG.

B. “Dầu mỏ và khí thiên nhiên là nguồn nhiên liệu quý.” → ĐÚNG.

C. “Thành phần chính của khí thiên nhiên là methane.” → ĐÚNG.

D. “Khí thiên nhiên do cây quang hợp sinh ra.” → SAI.

→ Đáp án: D.

Câu 5. Nhận định nào sai về dầu mỏ ở các nơi khác nhau?

D. “Dầu mỏ khai thác ở các nơi khác nhau hầu như giống nhau về thành phần.” → SAI. Thành phần dầu mỏ khác nhau tuỳ vị trí mỏ dầu.

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Tính thể tích $O_2$ hoặc không khí cần đốt cháy khí thiên nhiên

Phương pháp:

1. Xác định thành phần % thể tích các khí trong khí thiên nhiên ($CH_4$, $N_2$, $CO_2$…).
2. Chỉ $CH_4$ phản ứng cháy: $CH_4 + 2O_2 \to CO_2 + 2H_2O$.
3. $N_2$ và $CO_2$ trong khí thiên nhiên không cháy → không tiêu thụ $O_2$.
4. Tính $V_{O_2}$ từ $V_{CH_4}$ (tỉ lệ thể tích = tỉ lệ mol ở cùng điều kiện).
5. $V_{\text{không khí}} = \dfrac{V_{O_2}}{20\%} = 5 \times V_{O_2}$

Ví dụ mẫu

Tính thể tích $O_2$ cần đốt cháy hoàn toàn 10 lít khí thiên nhiên chứa 96% $CH_4$, 2\% $N_2$ và 2\% $CO_2$ (các thể tích đo cùng điều kiện).

Giải:

Thể tích $CH_4$ trong 10 lít: $V_{CH_4} = 10 \times 0{,}96 = 9{,}6$ lít

$$CH_4 + 2O_2 \to CO_2 + 2H_2O$$

Tỉ lệ thể tích: $V_{O_2} = 2 \times V_{CH_4} = 2 \times 9{,}6 = 19{,}2$ lít

($N_2$ và $CO_2$ không phản ứng)

Bài tập tương tự

Đốt 1,12 lít khí thiên nhiên (chứa $CH_4$, $N_2$, $CO_2$) cần 2,128 lít $O_2$ (cùng đk). Tính % thể tích $CH_4$.

Giải:

Gọi $V_{CH_4} = x$ lít.

$$V_{O_2} = 2x = 2{,}128 \Rightarrow x = 1{,}064 \text{ lít}$$

$$\%V_{CH_4} = \dfrac{1{,}064}{1{,}12} \times 100\% = 95\%$$

Dạng 2: Đốt cháy khí thiên nhiên – Dẫn sản phẩm qua nước vôi trong

Phương pháp:

1. Tính $V_{CH_4}$ từ % thể tích.
2. Viết PTHH: $CH_4 + 2O_2 \to CO_2 + 2H_2O$
3. Lưu ý: $CO_2$ có sẵn trong khí thiên nhiên cũng đi vào nước vôi trong.

$$n_{CO_2 \text{ tổng}} = n_{CO_2 \text{ từ cháy}} + n_{CO_2 \text{ sẵn có}}$$

4. $CO_2 + Ca(OH)_2 \to CaCO_3 \downarrow + H_2O$ (nếu $Ca(OH)_2$ dư)

Ví dụ mẫu

Đốt hoàn toàn $V$ lít (đkc) khí thiên nhiên chứa 96% $CH_4$, 2\% $N_2$, 2\% $CO_2$. Dẫn toàn bộ sản phẩm qua nước vôi trong dư, thu được 29,4 gam kết tủa. Tính $V$.

Giải:

$$n_{CaCO_3} = \dfrac{29{,}4}{100} = 0{,}294 \text{ mol} \Rightarrow n_{CO_2 \text{ tổng}} = 0{,}294 \text{ mol}$$

Gọi $V$ là thể tích khí thiên nhiên (đkc):

$$n_{\text{khí TN}} = \dfrac{V}{24{,}79}$$

$n_{CH_4} = 0{,}96 \times \dfrac{V}{24{,}79}$; $n_{CO_2 \text{ sẵn}} = 0{,}02 \times \dfrac{V}{24{,}79}$

$CO_2$ từ cháy $CH_4$: $n_{CO_2} = n_{CH_4} = 0{,}96 \times \dfrac{V}{24{,}79}$

Tổng $CO_2$:

$$0{,}96 \times \dfrac{V}{24{,}79} + 0{,}02 \times \dfrac{V}{24{,}79} = 0{,}294$$

$$0{,}98 \times \dfrac{V}{24{,}79} = 0{,}294$$

$$V = \dfrac{0{,}294 \times 24{,}79}{0{,}98} = 7{,}437 \text{ lít}$$

Dạng 3: Tính nhiệt lượng khi đốt cháy nhiên liệu – So sánh hiệu quả nhiên liệu

Phương pháp:

Nếu biết nhiệt lượng toả ra khi đốt 1 mol hoặc 1 gam → tính cho khối lượng hoặc thể tích bất kỳ.

Công thức:

$$Q = n \times Q_{1 \text{mol}} = \dfrac{m}{M} \times Q_{1 \text{mol}}$$

Hoặc: $Q = m \times Q_{1 \text{gam}}$

Để so sánh hiệu quả: tính $Q_{1g} = \dfrac{Q_{1mol}}{M}$ cho từng chất rồi so sánh.

Ví dụ mẫu

So sánh: khi đốt cháy 1 gam, chất nào toả nhiều nhiệt nhất và chất nào phát thải ít $CO_2$ nhất?

Giải:

• Toả nhiệt nhiều nhất: Hydrogen (141,8 kJ/g).
• Phát thải $CO_2$ ít nhất: Hydrogen – khi cháy chỉ tạo $H_2O$, không tạo $CO_2$.

Để tìm chất phát thải $CO_2$ nhiều nhất, tính $n_{CO_2}$ khi đốt 1 gam:

→ Butane phát thải $CO_2$ nhiều nhất khi đốt 1 gam (0,069 mol).

Bài tập tương tự

Đốt cháy 1 gam methane, ethane, propane, butane. Chất nào toả nhiệt lớn nhất?

→ Ethane toả nhiệt lớn nhất khi đốt 1 gam (52,3 kJ/g).

Dạng 4: Tính tỉ lệ thành phần hỗn hợp gas (propane + butane) từ nhiệt lượng

Phương pháp:

Gọi $a$ mol propane, $b$ mol butane.

Lập hệ PT từ:

• Khối lượng hỗn hợp: $44a + 58b = m$
• Nhiệt lượng: $2220a + 2874b = Q$ (hoặc $2878b$ tuỳ đề)

Giải hệ → tìm $a$, $b$ → tỉ lệ mol.

Ví dụ mẫu

Đốt cháy hoàn toàn 12 gam hỗn hợp gas $X$ gồm propane và butane, toả ra 597,6 kJ. Tính tỉ lệ mol propane : butane. Biết nhiệt toả ra khi đốt 1 mol propane là 2220 kJ, 1 mol butane là 2874 kJ.

Giải:

Gọi $n_{C_3H_8} = a$, $n_{C_4H_{10}} = b$.

$$44a + 58b = 12 \quad (1)$$

$$2220a + 2874b = 597{,}6 \quad (2)$$

Từ (1): $a = \dfrac{12 – 58b}{44}$. Thay vào (2):

$$2220 \times \dfrac{12 – 58b}{44} + 2874b = 597{,}6$$

$$\dfrac{2220(12 – 58b)}{44} + 2874b = 597{,}6$$

$$\dfrac{26640 – 128760b}{44} + 2874b = 597{,}6$$

$$605{,}45 – 2926{,}36b + 2874b = 597{,}6$$

$$-52{,}36b = -7{,}85$$

$$b = 0{,}15 \text{ mol}$$

$$a = \dfrac{12 – 58 \times 0{,}15}{44} = \dfrac{12 – 8{,}7}{44} = \dfrac{3{,}3}{44} = 0{,}075 \text{ mol}$$

Tỉ lệ: $a : b = 0{,}075 : 0{,}15 = 1 : 2$

Dạng 5: Tính thể tích không khí cần để đốt cháy khí gas (butane/propane)

Phương pháp:

1. Viết PTHH đốt cháy.
2. Tính $n_{O_2}$ cần dùng.
3. $V_{\text{không khí}} = \dfrac{V_{O_2}}{0{,}2} = 5 \times V_{O_2}$

Ví dụ mẫu

Xe nâng chạy bằng butane. Tính tỉ lệ thể tích butane : oxygen tối ưu nhất.

Giải:

$$2C_4H_{10} + 13O_2 \xrightarrow{t^o} 8CO_2 + 10H_2O$$

Tỉ lệ thể tích: $V_{C_4H_{10}} : V_{O_2} = 2 : 13$

Bài tập tương tự

Đốt cháy hoàn toàn 49,58 lít methane (đkc). Biết nhiệt toả ra khi đốt 1 gam methane là 55,6475 kJ. Tính nhiệt lượng toả ra.

Giải:

$$n_{CH_4} = \dfrac{49{,}58}{24{,}79} = 2 \text{ mol}$$

$$m_{CH_4} = 2 \times 16 = 32 \text{ gam}$$

$$Q = 32 \times 55{,}6475 = 1780{,}72 \text{ kJ}$$

SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Dầu mỏ

• 1.1. Nhiên liệu hoá thạch, hỗn hợp nhiều hydrocarbon
• 1.2. Lỏng, sánh, màu sẫm, nhẹ hơn nước, không tan trong nước
• 1.3. Mỏ dầu: 3 lớp (khí mỏ dầu – dầu lỏng – nước mặn)
• 1.4. Chế biến: chưng cất → khí hoá lỏng, xăng, dầu hoả, diesel, nhựa đường…

2. Khí mỏ dầu và khí thiên nhiên

• 2.1. Khí mỏ dầu (khí đồng hành): ~75% $CH_4$, nằm trên lớp dầu
• 2.2. Khí thiên nhiên: ~95% $CH_4$, trong mỏ khí riêng
• 2.3. Khai thác: khoan → khí tự phun do áp suất

3. Nhiên liệu

• 3.1. Khái niệm: chất cháy được, toả nhiệt, phát sáng
• 3.2. Phân loại: rắn (gỗ, than) – lỏng (xăng, dầu, ethanol) – khí ($H_2$, $CH_4$, gas)
• 3.3. Nhiên liệu hoá thạch: trữ lượng có hạn, gây ô nhiễm

4. Sử dụng nhiên liệu

• 4.1. An toàn: bình gas thông thoáng, không đốt trong không gian kín
• 4.2. Hiệu quả: đủ $O_2$, tăng diện tích tiếp xúc, điều chỉnh lượng phù hợp
• 4.3. Bảo vệ môi trường: dùng tiết kiệm, phát triển năng lượng sạch (biogas, $H_2$…)

SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu