Chu trình nhiệt hóa học Na–O–H là một quá trình sản xuất hydro (H₂) từ nước (H₂O) mà

Chu trình nhiệt hóa học Na–O–H là một quá trình sản xuất hydro (H₂) từ nước (H₂O) mà không sử dụng nhiên liệu hóa thạch, thay vào đó dùng nhiệt năng (từ năng lượng tái tạo hoặc lò phản ứng hạt nhân).

Quá trình này gồm 3 phản ứng hóa học lặp lại tuần hoàn, trong đó nước là nguồn cung cấp hydro. Điểm đặc biệt là các hóa chất (Na, NaOH, Na₂O, Na₂O₂) được tái sử dụng liên tục, tạo thành một chu trình khép kín.

Ảnh 1. Sơ đồ các bước trong chu trình Na – O – H

Để xác định điều kiện tối ưu cho từng phản ứng trong chu trình, nhóm tác giả sử dụng năng lượng tự do Gibbs để phân tích các điều kiện vận hành khác, có thể tốt hơn cho chu trình Na – O – H.

$\Delta G_{i} = \Delta H_{i} - T_{i}\Delta S_{i}$ (4)

Trong đó:

i: điều kiện áp suất, nhiệt độ

∆H_i, ∆S_i: biến thiên enthalpy và entropy của phản ứng

∆G_i: biến thiên năng lượng tự do Gibbs của phản ứng.

Có 3 giá trị có thể có của ∆G:

∆G < 0: Phản ứng tự xảy ra, không cần cung cấp năng lượng từ bên ngoài.

∆G = 0: Hệ ở trạng thái cân bằng

∆G > 0: Phản ứng không tự xảy ra, cần cung cấp năng lượng từ bên ngoài.

Giai đoạn 1: Tạo hydrogen:

$2NaOH(s) + 2Na(l)\overset{}{\rightarrow}2Na_{2}O(s) + H_{2}(g)$ (1)

Phản ứng có thể diễn ra trong khoảng nhiệt độ từ 100^oC, áp suất thường (1 bar)

Giai đoạn 2: Tách kim loại

$2Na_{2}O(s)\overset{}{\rightarrow}Na_{2}O(s) + 2Na(g)$ (2)

Phản ứng có thể diễn ra trong khoảng nhiệt độ 500^oC với áp suất cực thấp.

Giai đoạn 3: Thuỷ phân nước

$Na_{2}O(s) + H_{2}O(l)\overset{}{\rightarrow}2NaOH + 1/2O_{2}(g)$

Phản ứng thuỷ phân được diễn ra ở điều kiện thường.

Nguồn: Joao G.O. Marques, Antonella L. Costa, Claubia Pereira, “Gibbs free energy (∆G) analysis for the NaeOeH (sodium-oxygen-hydrogen) thermochemical water splitting cycle”, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.064

Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 dưới đây:

Câu hỏi số 1:

Nhận biết

Phản ứng nào dưới đây là bước tạo hydrogen trong chu trình nhiệt hoá học Na – O – H?

A. $2NaOH(s) + 2Na(l)\overset{}{\rightarrow}2Na_{2}O(s) + H_{2}(g)$.

B. $2Na_{2}O(s)\overset{}{\rightarrow}Na_{2}O(s) + 2Na(g)$.

C. $Na_{2}O(s) + H_{2}O(l)\overset{}{\rightarrow}2NaOH + 1/2O_{2}(g)$.

D. $Na(l) + H_{2}O(l)\overset{}{\rightarrow}NaOH(s) + 1/2H_{2}(g)$.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:780392

Phương pháp giải

Dựa vào thông tin bài đọc, xác định phản ứng tạo hydrogen tức hydrogen đóng vai trò sản phẩm.

Giải chi tiết

Phản ứng là bước tạo hydrogen trong chu trình nhiệt hoá học Na – O – H

$2NaOH(s) + 2Na(l)\overset{}{\rightarrow}2Na_{2}O(s) + H_{2}(g)$

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 2:

Nhận biết

Cho biết nhận định nào dưới đây đúng khi nói về bước thuỷ phân trong chu trình Na – O – H?

A. Phản ứng tạo khí hydrogen.

B. Phản ứng cần điều kiện chân không.

C. Phản ứng có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng

D. Biến thiên năng lượng tự do Gibbs luôn dương ở mọi điều kiện.

Đáp án đúng là: A; C

Xem lời giải

Câu hỏi:780393

Phương pháp giải

Dựa vào thông tin bài đọc, xác định sản phẩm, điều kiện phản ứng.

Giải chi tiết

A đúng.

B sai, vì phản ứng có thể xảy ra ở điều kiện thường.

C đúng.

D sai, tuỳ từng điện kiện nhiệt độ áp suất, giá trị năng lượng tự do Gibbs có giá trị khác nhau.

Đáp án cần chọn là: A; C

Câu hỏi số 3:

Thông hiểu

Phản ứng tách kim loại trong chu trình Na – O – H gặp trở ngại gì lớn nhất trong thực tế?

A. Yêu cầu nhiệt độ quá thấp.

B. Phải có chất xúc tác đặc biệt.

C. Cần điều kiện chân không khó tạo.

D. Tạo chất gây ô nhiễm.

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:780394

Phương pháp giải

Điều kiện phản ứng.

Giải chi tiết

Phản ứng tách kim loại trong chu trình Na – O – H:

$2Na_{2}O(s)\overset{}{\rightarrow}Na_{2}O(s) + 2Na(g)$ (2)

Phản ứng có thể diễn ra trong khoảng nhiệt độ 500^oC với áp suất cực thấp.

⟹ Việc tạo áp suất thấp gây khó khăn về thiết vị.

Đáp án cần chọn là: C

Câu hỏi số 4:

Nhận biết

Năng lượng tự do Gibbs âm cho thấy phản ứng tự xảy ra ở mọi điều kiện.

A. Đúng.

B. Sai.

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:780395

Phương pháp giải

Ý nghĩa giá trị biến thiên năng lượng tự do Gibbs.

Giải chi tiết

Năng lượng tự do Gibbs âm cho thấy phản ứng tự xảy ra điều kiện đang xét.

Đáp án cần chọn là: B

Câu hỏi số 5:

Thông hiểu

Cho biết các phát biểu sau về ∆G trong chu trình Na – O – H đúng hay sai?

	Đúng	Sai
a) Nếu ∆G dương thì phản ứng xảy ra cần cung cấp năng lượng từ bên ngoài.
b) Tăng nhiệt độ luôn làm tăng ∆G.
c) ∆G của phản ứng thuỷ phân âm ở mọi điều kiện.
d) Phản ứng tách kim loại cần điều kiện chân không để ∆G.
e) ∆G phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất.

Đáp án đúng là: Đ; S; Đ; Đ; Đ

Xem lời giải

Câu hỏi:780396

Phương pháp giải

Dựa vào thông tin bài đọc, xác định ý nghĩa ∆G trong từng gia đoạn phản ứng.

Giải chi tiết

a) đúng, vì phản ứng không tự xảy ra.

b) sai, vì theo $\Delta G_{i} = \Delta H_{i} - T_{i}\Delta S_{i}$, nhiệt độ tăng dẫn đến ∆G giảm.

c) đúng.

d) đúng.

e) đúng.

Đáp án cần chọn là: Đ; S; Đ; Đ; Đ

Câu hỏi số 6:

Vận dụng

Trong điều kiện chuẩn (25^oC, 1 atm), phản ứng thuỷ phân trong cho trình Na – O – H có biến thiên enthalpy và entropy lần lượt là -52,77 kJ và -66,82 J/K. Năng lượng tự do Gibbs của phản ứng tại điều kiện này là_______ (kJ) (Biết 25^oC bằng 298K)

Đáp án:

Đáp án đúng là: -32,87

Xem lời giải

Câu hỏi:780397

Phương pháp giải

Sử dụng công thức: $\Delta G_{i} = \Delta H_{i} - T.\Delta S_{i}$

Giải chi tiết

$\Delta G_{298} = - 52,77 - 298.( - 66,82.10^{- 3}) = - 32,87(kJ)$

Đáp án cần điền là: -32,87

Câu hỏi số 7:

Thông hiểu

Trong các chất sau đây, chất nào là nguyên liệu đầu vào thực sự (cần cung cấp từ bên ngoài) cho chu trình nhiệt hóa học Na–O–H nhằm sản xuất hydro? Chọn nhiều phương án

A. NaOH (sodium hydroxide)

B. $H_{2}O$ (nước)

C. Na (kim loại sodium)

D. Nhiệt năng.

E. $Na_{2}O_{2}$ (disodium oxide).

Đáp án đúng là: B; D

Xem lời giải

Câu hỏi:780398

Phương pháp giải

Dựa vào thông tin bài đọc, xác định sản phẩm, chất phản ứng và điều kiện phản ứng xa

Giải chi tiết

NaOH, Na, Na₂O₂: là các chất tham gia trong chu trình và được tái chế nội bộ → không phải nguyên liệu đầu vào bắt buộc từ bên ngoài.

H₂O: là nguồn cung cấp hydro, được tiêu thụ → là nguyên liệu đầu vào bắt buộc.

Nhiệt năng: là yếu tố cần thiết để cung cấp năng lượng cho các phản ứng (đặc biệt là phản ứng tách kim loại) → cũng là đầu vào quan trọng.

Đáp án cần chọn là: B; D

Quảng cáo

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K8 Chú ý! Lộ Trình Sun 2026 - 3IN1 - 1 lộ trình ôn 3 kì thi (Luyện thi 26+ TN THPT, 90+ ĐGNL HN, 900+ ĐGNL HCM, 70+ ĐGTD - Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com.Đầy đủ theo 3 đầu sách, Thầy Cô giáo giỏi, luyện thi theo 3 giai đoạn: Nền tảng lớp 12, Luyện thi chuyên sâu, Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.