Vôi sống có hiều ứng dụng như: sản xuất vật liệu xây dựng, vật liệu chịu nhiệt, khử chua đất trồng, tẩy uế, sát trùng, xử lý nước thải. Lò nung vôi trong công nghiệp được mô tả trong hình vẽ sau:

Phản ứng phân hủy đá vôi để tạo ra vôi sống là một phản ứng cần được thực hiện ở nhiệt độ cao. Cụ thể đá vôi cần được đưa tới nhiệt độ khoảng 900^oC để quá trình nhiệt phân có thể diễn ra. Kết quả là thu được vôi sống CaO và khí CO₂.  Ở các lò nung vôi công nghiệp, quá trình kiểm soát phát thải ô nhiễm được thực hiện chặt chẽ hơn. Sau một thời gian nhất định, người ta nạp nguyên liệu (đá vôi, than) vào lò; vôi sống được lấy ra qua cửa ở đáy lò; khí CO₂ được thu qua cửa phía trên cửa lò và được dùng để sản xuất muối cacbonat, nước đá khô. Khí CO₂ liên tục được rút ra khỏi lò tránh quá trình tái tạo lại đá vôi diễn ra.

Biết rằng:

- Nhiệt hình thành chuẩn của các đá vôi, vôi sống và khí carbonic lần lượt là −1207,6 kJ/mol; −634,9 kJ/mol và −393,5 kJ/mol.

- Đá vôi chỉ chứa CaCO₃ và giả sử không có hợp chất nào khác.

Phương trình nhiệt hóa học phản ứng nhiệt phân đá vôi ở điều kiện chuẩn là

Đáp án đúng là C

Phương pháp giải

Các yếu tố làm cân bằng hóa học chuyển dịch.

Lời giải

Quá trình sản xuất vôi sống sẽ bị giảm hiệu suất nếu cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch.

- Đáp án A: Nếu rút bớt khí CO₂ ra khỏi lò phản ứng, nồng độ khí CO₂ của hệ cân bằng sẽ giảm đi, cân bằng chuyển dịch theo chiều làm tăng thêm nồng độ CO₂ ⇒ cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận ⇒ Loại.

- Đáp án B: Nếu giảm áp suất trong lò nung thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm tăng áp suất của hệ phản ứng, tức tạo ra thêm phân tử cho  nên cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận ⇒ Loại.

- Đáp án C: Bơm thêm khí CO₂ vào lò phản ứng thì cân bằng chuyển dịch theo chiều làm giảm khí CO₂, tức là cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch ⇒ Chọn.

- Đáp án D: Khi tăng nhiệt độ của lò nung thì cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt nên cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận ⇒ Loại.

Đáp án đúng là C

Phương pháp giải

- Tính lượng nhiệt cần cung cấp để tạo ra 420 tấn vôi sống.

- Tính lượng nhiệt thực tế mà than đá cần phải cung cấp (vì hiệu suất sử dụng nhiệt là 60%).

- Tính khối lượng than đá thực tế cần sử dụng.

Lời giải

- Phản ứng nhiệt phân 1 mol đá vôi hay tạo ra 1 mol CaO cần được cung cấp lượng nhiệt là 179,2kJ.

- Để sản xuất 420 tấn vôi sống/ngày tương đương \(\frac{{{{420.10}^6}}}{{56}} = {75.10^5}\) mol CaO thì cần một lượng nhiệt là:

75.10⁵.179,2 = 1344.10⁶ kJ

- Lượng nhiệt trên được cung cấp bởi than đá, nhưng chỉ tương ứng với 60% nhiệt mà than đá tỏa ra. Vậy lượng nhiệt ban đầu mà than đá có thể cung cấp là: 1344.10⁶ : 60% = 224.10⁷ kJ

- Khối lượng than đá cần đốt cháy là: 224.10⁷ : 25000 = 896.10³ kg