Tài nguyên vỏ Trái Đất, đá vôi, silicate và chu trình carbon
Nêu được thành phần vỏ Trái Đất, tính theo phương trình khi nung vôi và đốt nhiên liệu, và giải thích chu trình carbon cùng hiệu ứng nhà kính.
Ứng với SGK Kết nối tri thức: Bài 33, Bài 34, Bài 35
⚡ Nhớ nhanh
- 1Vỏ Trái Đất: oxygen ≈ 46%, silicon ≈ 28%, rồi aluminium ≈ 8%, iron ≈ 5%. Hai nguyên tố đầu cộng lại gần ba phần tư.
- 2Quặng là khoáng vật hoặc đá chứa hợp chất kim loại đủ nhiều để khai thác có lợi. Tài nguyên khoáng sản không tái tạo (hình thành qua hàng triệu năm).
- 3Nung vôi (thu nhiệt): CaCO₃ → CaO + CO₂↑ (t°). Tôi vôi (toả nhiều nhiệt): CaO + H₂O → Ca(OH)₂.
- 4Công nghiệp silicate: thuỷ tinh (cát, soda, đá vôi), gốm sứ (đất sét), xi măng (đá vôi, đất sét → clinker).
- 5Chu trình carbon: quang hợp lấy CO₂ ra, hô hấp, phân huỷ, cháy trả CO₂ về. Đốt nhiên liệu hoá thạch bơm thêm carbon từng bị khoá dưới đất, nên CO₂ tăng và Trái Đất ấm lên.
👀 Nhìn là hiểu
Kéo thanh "đốt nhiên liệu hoá thạch" và "trồng rừng / phá rừng", xem CO₂ khí quyển và nhiệt kế sau 50 năm thay đổi ra sao.
Mũi tên dày = dòng carbon lớn. Vạch đứt trên nhiệt kế = nhiệt độ lúc xuất phát (+1,2 °C).
Xuất phát từ CO₂ 420 ppm, giữ mức thải đã chọn trong 50 năm.
CO₂: 420 → 507 ppm
CO₂ tăng 87 ppm sau 50 năm, khí quyển giữ thêm nhiệt: Trái Đất ấm thêm +0,5 °C. Đốt nhiên liệu hoá thạch đưa vào carbon từng bị khoá dưới đất hàng triệu năm, rừng và đại dương hút không kịp.
Thải vào: 11,0 · Hút ra: 5,4 tỉ tấn C/năm
Đốt than: C + O₂ → CO₂ (t°) · đốt khí: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (t°)
Kịch bản mẫu:
1 🌍 Vỏ Trái Đất và tài nguyên
Cần nhớ
- ✦Thành phần theo khối lượng: O ≈ 46%, Si ≈ 28%, Al ≈ 8%, Fe ≈ 5%. Trong 500 kg vật chất vỏ Trái Đất có khoảng 230 kg oxygen.
- ✦Oxygen trong vỏ Trái Đất phần lớn đã kết hợp thành silicate, oxide, carbonate, không phải khí O₂ tự do. Cát SiO₂ chứa nhiều oxygen mà ta không thở được.
- ✦Tài nguyên khoáng sản (quặng, đá vôi, cát, than, dầu, khí) hầu hết là không tái tạo. Khai thác hợp lí: quy hoạch, dùng tiết kiệm, hoàn thổ, tăng tái chế.
Khoáng vật, đá, quặng khác nhau thế nào
| Khái niệm | Ý nghĩa | Ví dụ |
|---|---|---|
| Khoáng vật | Chất rắn tự nhiên, có thành phần hoá học xác định | Calcite CaCO₃, thạch anh SiO₂ |
| Đá | Tập hợp một hay nhiều khoáng vật | Đá vôi, đá granite |
| Quặng | Khoáng vật hoặc đá chứa hợp chất kim loại đủ nhiều để khai thác có lợi | Bauxite (Al), quặng sắt |
Bauxite ở Tây Nguyên (sản xuất nhôm), than ở Quảng Ninh (nhiên liệu), đá vôi ở nhiều tỉnh phía Bắc (xi măng, vôi), cát và đất sét làm thuỷ tinh, gốm.
Tái chế đưa kim loại đã dùng quay lại sản xuất, giảm nhu cầu đào mới và tiết kiệm năng lượng. Nhập khẩu quặng chỉ chuyển nơi khai thác, không giảm tổng lượng.
Dạng bài
Phân loại: khoáng vật, đá hay quặng?
- 1 Xem vật đó là một chất có thành phần xác định hay là tập hợp nhiều chất.
- 2 Nếu là một chất tự nhiên có công thức xác định thì là khoáng vật; tập hợp thì là đá.
- 3 Hỏi thêm: có chứa kim loại với hàm lượng đủ để khai thác có lợi không? Có thì gọi là quặng.
- 4 Kiểm tra: tên gọi phải trả lời đúng cả câu "là gì" lẫn câu "dùng làm gì" ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Nhôm nhiều hơn sắt trong vỏ Trái Đất (8% so với 5%) nhưng khó tách hơn vì hoạt động mạnh hơn. Nguyên tố nhiều không có nghĩa là dễ khai thác.
Đá vôi và bauxite khác nhau thế nào về cách gọi?
Hướng dẫn giải
2 🪨 Đá vôi: nung vôi và tôi vôi
Cần nhớ
- ✦Đá vôi có thành phần chính là CaCO₃: làm đá xây dựng, rải đường, nung vôi, sản xuất xi măng.
- ✦Nung vôi (khoảng 900 °C, thu nhiệt, phải đốt lò liên tục): CaCO₃ → CaO + CO₂↑ (t°). Vôi sống là CaO.
- ✦Tôi vôi (toả rất nhiều nhiệt, nước sôi, bắn ra): CaO + H₂O → Ca(OH)₂. Vôi tôi là Ca(OH)₂, nước vôi trong là dung dịch của nó.
- ✦Nhận ra CO₂ bằng nước vôi trong, thấy vẩn đục: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O.
Dạng bài
Tính khi nung đá vôi (độ tinh khiết, hiệu suất)
- 1 Tính khối lượng CaCO₃ nguyên chất: m = m(đá vôi) · % tinh khiết.
- 2 Đổi ra mol: n = m/100. Phương trình CaCO₃ → CaO + CO₂ có tỉ lệ 1 : 1 : 1.
- 3 Tìm đại lượng cần: m(CaO) = n · 56; V(CO₂) = n · 24,79 (L). Có hiệu suất H thì nhân H vào sản phẩm thực tế.
- 4 Kiểm tra: khối lượng CaCO₃ = khối lượng CaO + khối lượng CO₂ ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Dùng 50 g thay vì 40 g CaCO₃ (quên độ tinh khiết) cho CaO = 28 g, sai. Và dùng 22,4 thay vì 24,79 L/mol cho 8,96 L, cũng sai.
Nung 50 g đá vôi chứa 80% CaCO₃ đến khi phân huỷ hết. Tính khối lượng CaO và thể tích CO₂ ở điều kiện chuẩn.
Hướng dẫn giải
Dạng bài
Tính % khối lượng nguyên tố trong hợp chất
- 1 Tính khối lượng mol hợp chất M.
- 2 Lấy khối lượng nguyên tố trong 1 mol (số nguyên tử · khối lượng mol nguyên tử).
- 3 %X = (khối lượng X trong 1 mol / M) · 100%.
- 4 Kiểm tra: tổng các % phải bằng 100% ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Quên nhân số nguyên tử: oxygen trong CaCO₃ là 3 · 16 = 48 g chứ không phải 16 g, nên %O = 48%, không phải 16%.
Tính % khối lượng của Ca trong CaCO₃.
Hướng dẫn giải
3 🏺 Công nghiệp silicate
Ba ngành silicate
| Ngành | Nguyên liệu | Quy trình | Sản phẩm |
|---|---|---|---|
| Thuỷ tinh | Cát trắng SiO₂, soda Na₂CO₃, đá vôi CaCO₃ | Nấu chảy khoảng 1400 đến 1500 °C | Kính, chai lọ, dụng cụ thí nghiệm |
| Gốm sứ | Đất sét, cát, nước | Nhào, tạo hình, phơi khô, nung | Gạch, ngói, bát đĩa, sứ cách điện |
| Xi măng | Đá vôi, đất sét | Nghiền, nung khoảng 1400 °C thành clinker, nghiền mịn | Xi măng xây dựng |
Cần nhớ
- ✦Nấu thuỷ tinh: Na₂CO₃ + SiO₂ → Na₂SiO₃ + CO₂↑ (t°). Soda hạ nhiệt độ nóng chảy, đá vôi giúp thuỷ tinh bền với nước.
- ✦Ngành xi măng thải nhiều CO₂ từ hai nguồn: chính phản ứng nung đá vôi (1 tấn CaCO₃ cho 440 kg CO₂) và nhiên liệu đốt lò.
- ✦Giảm tác động: dùng nhiên liệu sạch, lọc bụi, tái chế thuỷ tinh, hoàn thổ mỏ đá.
Dạng bài
Nhận ra ngành silicate từ nguyên liệu
- 1 Đọc nguyên liệu: có soda hoặc cát trắng nấu chảy ⇒ thuỷ tinh.
- 2 Đất sét + cát + nước, tạo hình rồi nung ⇒ gốm sứ.
- 3 Đá vôi + đất sét, thu được clinker ⇒ xi măng.
- 4 Kiểm tra: hai ngành khác nhau thì nguyên liệu hoặc quy trình cũng khác ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Thuỷ tinh không chỉ làm từ cát: cần thêm soda và đá vôi. Và đồ gốm, thuỷ tinh cùng là silicate nhưng khác nguyên liệu, khác quy trình.
Một nhà máy nghiền đá vôi trộn đất sét rồi nung ở khoảng 1400 °C. Họ làm ngành nào?
Hướng dẫn giải
4 ♻️ Nguồn carbon và chu trình carbon
Cần nhớ
- ✦Nguồn carbon: CO₂ trong khí quyển, CO₂ hoà tan trong đại dương, carbonate trong đá vôi và vỏ sinh vật biển, chất hữu cơ trong sinh vật, nhiên liệu hoá thạch (than, dầu, khí).
- ✦Lấy CO₂ ra: quang hợp 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (ánh sáng, chlorophyll); đại dương hoà tan; tạo vỏ sò, san hô, đá vôi.
- ✦Trả CO₂ về: hô hấp C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O; phân huỷ xác sinh vật; cháy rừng, núi lửa; đốt nhiên liệu: C + O₂ → CO₂ (t°), CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (t°).
- ✦Nhiên liệu hoá thạch chỉ cần nhớ ngắn: hình thành qua hàng triệu năm, khai thác và đốt thì carbon bị khoá dưới đất quay về khí quyển (chi tiết ở chủ điểm 10).
Dạng bài
Giải thích vì sao một hoạt động làm CO₂ tăng
- 1 Xác định hoạt động đó lấy CO₂ ra hay trả CO₂ về.
- 2 Hỏi carbon ấy từ đâu tới: vừa được sinh vật lấy từ khí quyển (vòng khép kín), hay bị khoá lâu dài ngoài chu trình (than, dầu, khí, đá vôi)?
- 3 Carbon từ kho ngoài chu trình đưa vào khí quyển là bổ sung mới, nên tổng CO₂ tăng; so tốc độ thải với tốc độ hấp thụ.
- 4 Kiểm tra: nếu lượng trả về xấp xỉ lượng lấy ra thì tổng không đổi ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: CO₂ không phải chất độc ở nồng độ thường (ta thở ra CO₂ suốt ngày) và cây rất cần nó. Vấn đề là lượng tăng quá nhanh và giữ nhiệt.
Vì sao đốt than làm tăng CO₂ khí quyển còn đốt củi từ rừng trồng thì ảnh hưởng ít hơn nhiều?
Hướng dẫn giải
5 🌡️ Hiệu ứng nhà kính và giảm phát thải
Cần nhớ
- ✦Khí nhà kính (CO₂, CH₄) cho ánh sáng Mặt Trời đi vào nhưng giữ lại nhiệt mặt đất phát ra, nên Trái Đất ấm lên.
- ✦Hiệu ứng nhà kính tự nhiên là cần thiết (không có thì nhiệt độ trung bình khoảng −18 °C). Vấn đề là nó đang bị tăng cường quá mức.
- ✦Hậu quả: băng tan, nước biển dâng, thời tiết cực đoan, hạn hán lũ lụt thất thường, loài mất nơi sống.
- ✦Giảm phát thải: tiết kiệm điện, đi xe công cộng, trồng và giữ rừng, dùng điện mặt trời, điện gió (chi tiết ở chủ điểm Lí 7). Trồng cây chưa đủ, phải giảm thải ở nguồn.
Dạng bài
Tính lượng CO₂ thải khi đốt nhiên liệu
- 1 Viết phương trình cháy cân bằng: C + O₂ → CO₂ (t°), CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (t°).
- 2 Đổi nhiên liệu ra mol (m/M, hoặc V/24,79 với khí) và đọc tỉ lệ mol với CO₂.
- 3 m(CO₂) = n · 44 hoặc V(CO₂) = n · 24,79. Nhiên liệu có % carbon thì nhân % trước.
- 4 Kiểm tra: khối lượng nhiên liệu + khối lượng O₂ cần = khối lượng CO₂ (với C) ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: CO₂ nặng hơn C: 12 g C cho 44 g CO₂, không phải 12 g. Quên cộng khối lượng oxygen là lỗi hay gặp.
Đốt hoàn toàn 6 kg carbon (than nguyên chất). Tính khối lượng CO₂ thải ra.
Hướng dẫn giải
✏️ Luyện tập
Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần cách làm.
Vỏ Trái Đất và tài nguyên
- 1Nhận biết
Nguyên tố chiếm tỉ lệ lớn nhất trong vỏ Trái Đất là:
- 2Nhận biết
Quặng bauxite ở Tây Nguyên dùng chủ yếu để sản xuất kim loại nào?
- 3Thông hiểu
Quặng khác một loại đá thông thường ở điểm nào?
- 4Thông hiểu Trong 500 kg vật chất vỏ Trái Đất (oxygen 46%) có khoảng kg oxygen.
- 5Vận dụng
Nhôm nhiều hơn sắt trong vỏ Trái Đất nhưng loài người dùng sắt trước hàng nghìn năm, vì:
Đá vôi, nung vôi, tôi vôi
- 1Nhận biết
Thành phần chính của đá vôi là:
- 2Thông hiểu
Phát biểu nào đúng về nung vôi và tôi vôi?
- 3Thông hiểu
Phần trăm khối lượng carbon trong CaCO₃ là:
- 4Thông hiểu Cho 5,6 g CaO tác dụng hết với nước thu được g Ca(OH)₂.
- 5Vận dụng Nung 250 g đá vôi chứa 80% CaCO₃ (phân huỷ hết) thu được L khí CO₂ ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar).
- 6Vận dụng
Nung 200 kg CaCO₃ với hiệu suất 80%. Khối lượng CaO thực tế thu được là:
Công nghiệp silicate
- 1Nhận biết
Ba ngành của công nghiệp silicate là:
- 2Thông hiểu
Nguyên liệu chính sản xuất thuỷ tinh gồm:
- 3Thông hiểu
Nung 1 tấn CaCO₃ nguyên chất, phản ứng phân huỷ tự nó sinh ra khoảng bao nhiêu CO₂?
- 4Vận dụng
Vì sao dùng năng lượng sạch cho lò nung vẫn chưa giải quyết hết phát thải CO₂ của ngành xi măng?
Chu trình carbon
- 1Nhận biết
Quá trình nào lấy CO₂ ra khỏi khí quyển?
- 2Thông hiểu
Vì sao đốt nhiên liệu hoá thạch làm mất cân bằng chu trình carbon?
- 3Thông hiểu Hoàn thành phương trình hô hấp: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → CO₂ + 6H₂O (t°, enzyme)
- 4Vận dụng Hô hấp hết 18 g glucose (C₆H₁₂O₆) tạo L CO₂ ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar).
Hiệu ứng nhà kính, giảm phát thải
- 1Thông hiểu
Hiệu ứng nhà kính xảy ra vì các khí nhà kính:
- 2Thông hiểu Đốt hoàn toàn 4,958 L khí CH₄ (điều kiện chuẩn): CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Khối lượng CO₂ sinh ra là g.
- 3Vận dụng Đốt 1 tấn than chứa 90% carbon (coi chỉ carbon cháy). Khối lượng CO₂ thải ra là tấn.
- 4Vận dụng
Vì sao trồng cây tuy quan trọng nhưng chưa đủ để giải quyết ấm lên toàn cầu?
🎯 Chủ điểm này ra kiểm tra và thi chuyên thế nào?
- •Kiểm tra hay hỏi viết và cân bằng phương trình nung vôi, tôi vôi, phân biệt toả nhiệt hay thu nhiệt, và nguyên liệu của thuỷ tinh, gốm, xi măng.
- •Câu vận dụng thường tính theo phương trình có độ tinh khiết và hiệu suất (khối lượng CaO, thể tích CO₂ ở 24,79 L) hoặc khối lượng CO₂ thải khi đốt nhiên liệu.
- •Phần chu trình carbon, hiệu ứng nhà kính hay có câu giải thích: vì sao than khác củi, vì sao CO₂ tăng, và biện pháp giảm phát thải.
15. Các quy luật di truyền của Mendel