Lý thuyết Hóa học 10 Bài 14 (Cánh diều): Phản ứng hóa học và enthalpy

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy

A. Lý thuyết Phản ứng hóa học và enthalpy

I. Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt

Các phản ứng hóa học khi xảy ra luôn kèm theo sự giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng. Năng lượng này gọi là năng lượng hóa học.

- Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng tỏa nhiệt.

Ví dụ: Cho vôi sống (CaO) tác dụng với nước sinh ra Ca(OH)₂, phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

CaO(s) + H₂O(l) $\stackrel{}{\to }$ Ca(OH)₂(s)

- Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng thu nhiệt.

Ví dụ: Nung đá vôi thu được vôi sống và khí CO₂, phản ứng thu nhiệt.

CaCO₃(s) $\stackrel{}{\to }$ CaO(s) + CO₂(g)

- Các phản ứng kèm theo sự thay đổi năng lượng dạng nhiệt rất phổ biến trong tự nhiên.

+ Phản ứng đốt cháy nhiên liệu (than, gỗm cồn, ...), phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể, ...

+ Phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng, ... là các phản ứng thu nhiệt.

- Với cùng một phản ứng, ở điều kiện khác nhau về nhiệt độ, áp suất thì lượng nhiệt kèm theo cũng khác nhau.

- Để thuận tiện cho việc so sánh lượng nhiệt kèm theo, người ta sử dụng điều kiện chuẩn và quy định như sau:

Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol L^-1 (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 298K (25^oC).
Lưu ý: Kí hiệu thể của chất

g (gas): chất khí

s (solid): chất rắn

l (liquid): chất lỏng

aq (aqueous): chất tan trong nước

II. Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

1. Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất hóa học

- Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất, kí hiệu là Δ_f$H_{298}^0,$là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.

- Khi phản ứng tỏa nhiệt Δ_f $H_{298}^0$< 0.

- Khi phản thu tỏa nhiệt Δ_f $H_{298}^0$> 0.

Ví dụ 1: Ở điều kiện chuẩn, phản ứng của 1 mol Na (thể rắn) với 0,5 mol Cl₂ (thể khí) thu được 1 mol NaCl (thể rắn) và giải phóng 411,2 kJ nhiệt. Biết rằng, ở điều kiện chuẩn, Na thể rắn bền hơn Na ở thể lỏng; chlorine dạng phân tử Cl₂ bền hơn dạng nguyên tử Cl.

Ta nói enthalpy tạo thành của NaCl rắn ở điều kiện chuẩn là - 411,2 kJ mol^-1. Phản ứng trên được biểu diễn như sau:

Na(s) + $\frac{1}{2}$Cl₂(g) $\stackrel{}{\to }$ NaCl(s)               Δ_f $H_{298}^0$= - 411,2 kJmol^-1

Ví dụ 2: Ở điều kiện chuẩn, cần phải cung cấp 91,3 kJ nhiệt lượng cho quá trình 0,5 mol N₂(g) phản ứng với 0,5 mol O₂(g) để thu được 1 mol NO(g).

Như vậy, enthalpy tạo thành chuẩn của NO ở thể khí là 91,3 kJmol^-1. Phản ứng trên được biểu diễn như sau:

N₂(s) + $\frac{1}{2}$O₂(g) $\stackrel{}{\to }$ NO(g)               Δ_f $H_{298}^0$= 91,3 kJmol^-1

Lưu ý: Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng 0.

Ví dụ: Δ_f $H_{298}^0$(Na(_s)) = 0 kJmol^-1                  Δ_f $H_{298}^0$(Cl₂(_g)) = 0 kJmol^-1

2. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng hóa học

- Khái niệm: Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học, kí hiệu là Δ_r $H_{298}^0$ hính là lượng nhiệt (tỏa ra hoặc thu vào) của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn.

Ví dụ 1: Phản ứng đốt cháy ethanol (C₂H₅OH) tỏa rất nhiều nhiệt.

C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) $\stackrel{}{\to }$ 2CO₂(g) + 3H₂O(l)               Δ_{r$H_{298}^0$}= -1368 kJmol^-1

Như vậy, ở điều kiện chuẩn khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol C₂H₅OH, sản phẩm là CO₂(g) và H₂O(l), thì sẽ giải phóng một lượng nhiệt là 1368 kJ.

Lưu ý: Cũng phản ứng này, nếu nước ở thể hơi thì giá trị Δ_{r$H_{298}^0$}sẽ khác đi. Đây là lí do cần phải ghi rõ thể của các chất khi viết phương trình các phản ứng có kèm theo giá trị Δ_{r$H_{298}^0$}

Ví dụ 2: Phản ứng nhiệt phân CuO là phản ứng thu nhiệt:

2CuO(s) $\stackrel{}{\to }$ Cu₂O(s) + $\frac{1}{2}$O₂(g)                             Δ_{r$H_{298}^0$}= 287,4 kJmol^-1

Ở điều kiện chuẩn, để thu được 1 mol Cu₂O(s) từ CuO(s), cần phải cung cấp 287,4 kJ nhiệt lượng.

Ví dụ 3: Phản ứng trung hòa giữa NaOH và HCl là phản ứng tỏa nhiệt.

NaOH(aq) + HCl(aq) $\stackrel{}{\to }$ NaCl(aq) + H₂O(l)           Δ_{r$H_{298}^0$}= -57,9 kJmol^-1

B. Trắc nghiệm Phản ứng hóa học và enthalpy

Câu 1. Cho các phát biểu sau

(1) Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng tỏa nhiệt.

(2) Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng thu nhiệt.

(3) Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng tỏa nhiệt.

(4) Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng thu nhiệt.

Các phát biểu đúng là

A. (1) và (2)

B. (1) và (4)

C. (2) và (3)

D. (3) và (4)

Câu 2. Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với

A. 1 bar (đối với chất khí)

B. nồng độ 1 mol L⁻¹ (đối với chất tan trong dung dịch)

C. nhiệt độ thường được chọn là 298 K (25° C)

D. Cả A, B và C

Câu 3. Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất (${\Delta }_f{H}_{298}^0$) là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành

A. 1 gam chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn

B. 1 gam chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện tiêu chuẩn

C. 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn

D. 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện tiêu chuẩn

Câu 4. Ở điều kiện chuẩn. Khi phản ứng tỏa nhiệt thì

A. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ > 0

B. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$= 0

C. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$< 0

D. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$≤ 0

Câu 5. Ở điều kiện chuẩn. Khi phản ứng thu nhiệt thì

A. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ > 0

B. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = 0

C. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ < 0

D. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ ≥ 0

Câu 6. Phản ứng nào dưới đây cần cung cấp năng lượng trong quá trình phản ứng?

A. Phản ứng tạo gỉ kim loại

B. Phản ứng quang hợp

C. Phản ứng nhiệt phân

D. Phản ứng đốt cháy

Câu 7. Khẳng định đúng là

A. Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất đều bằng 0

B. Enthalpy tạo thành chuẩn của các hợp chất đều bằng 0

C. Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng 0

D. Cả A, B và C đều sai

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng 0.

Câu 8. Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học (${\Delta }_r{H}_{298}^0$) chính là

A. lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn

B. lượng nhiệt tỏa ra của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn

C. lượng nhiệt thu vào của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn

D. Cả B và C đều đúng

Câu 9. Cho phản ứng: 2Na (s) + $\frac{1}{2}$O₂ (g) ⟶ Na₂O (s) có ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 418,0 kJ mol⁻¹.

Nếu chỉ thu được 0,2 mol Na₂O ở điều kiện chuẩn thì lượng nhiệt tỏa ra là

A. 418 kJ

B. 209 kJ

C. 836 kJ

D. 83,6 kJ

Câu 10. Cho phản ứng: N₂ (g) + 3H₂ (g) ⟶ 2NH₃ (g)

Ở điều kiện chuẩn, cứ 1 mol N₂ phản ứng hết sẽ tỏa ra 92,22 kJ. Enthalpy tạo thành chuẩn của NH₃ là

A. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ = − 92,22 kJ mol⁻¹

B. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ = 92,22 kJ mol⁻¹

C. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ = − 46,11 kJ mol⁻¹

D. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ = 46,11 kJ mol⁻¹

^{Xem thêm tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 sách Cánh diều hay, chi tiết khác:}

Lý thuyết Bài 13: Phản ứng oxi hóa – khử

Lý thuyết Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

Lý thuyết Bài 16: Tốc độ phản ứng hóa học

Lý thuyết Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen

Lý thuyết Bài 18: Hydrogen halide và hydrohalic acid