Lý thuyết Hóa học 10 Bài 15 (Cánh diều): Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 15: Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

A. Lý thuyết Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

I. Ý nghĩa về dấu và giá trị của biến thiên enthalpy phản ứng

Với các phản ứng có kèm theo sự trao đổi năng lượng dưới dạng nhiệt, có hai khả năng sau đây:

- Phản ứng tỏa nhiệt: biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị âm. Biến thiên enthalpy càng âm, phản ứng tỏa ra càng nhiều nhiệt.

- Phản ứng thu nhiệt: biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị dương. Biến thiên enthalpy càng dương, phản ứng thu vào càng nhiều nhiệt.

- Với phản ứng tỏa nhiệt, năng lượng của hệ chất phản ứng cao hơn năng lượng của hệ sản phẩm, do vậy phản ứng diễn ra kèm theo sự giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.

- Với phản ứng thu nhiệt, năng lượng của hệ chất phản ứng thấp hơn năng lượng của hệ sản phẩm, do vậy phản ứng diễn ra kèm theo sự hấp thu năng lượng dưới dạng nhiệt.

Ví dụ: Cho phản ứng đốt cháy methane và acetylene:

CH₄(g) + 2O₂(g) $\stackrel{}{\to }$ CO₂(g) + 2H₂O(l)                    Δ_{r$H_{298}^0$}= -890,5 kJmol^-1

C₂H₂(g) + O₂(g) $\stackrel{}{\to }$2CO₂(g) + H₂O(l)                 Δ_{r$H_{298}^0$}= -1300,2 kJmol^-1

Với chất khí trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, tỉ lệ về số mol bằng tỉ lệ thể tích nên khi đốt cháy cùng một thể tích CH₄ và C₂H₂, lượng nhiệt do C₂H₂ sinh ra nhiều gấp khoảng 1,5 lần lượng nhiệt do CH₄ sinh ra. Thực tế, người ta sử dụng C₂H₂ trong đèn xì để hàn, cắt kim loại mà không dùng CH₄.

Hình 15.1. Đèn xì acetylene dùng để hàn, cắt kim loại

- So sánh phản ứng thu nhiệt và phản ứng tỏa nhiệt:

 Lưu ý: Các phản ứng tỏa nhiệt (Δ_{r$H_{298}^0$} < 0) thường diễn ra thuận lợi hơn các phản ứng thu nhiệt (Δ_{r$H_{298}^0$} >0).

Ví dụ: Sau khi được đốt nóng, Na tự cháy trong chlorine cho đến hết do phản ứng này có Δ_{r$H_{298}^0$}rất âm.

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

® Phản ứng này diễn ra thuận lợi hơn rất nhiều so với phản ứng giữa N₂ và O₂. Ở điều kiện chuẩn, phản ứng chỉ xảy ra khi được đốt nóng đến khoảng 3000^oC (cung cấp nhiệt), khi dừng đốt nóng phản ứng sẽ dừng lại.

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

II. Cách tính biến thiên enthalpy phản ứng

1. Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo enthalpy tạo thành

- Giả sử có phản ứng tổng quát:

aA + bB $\stackrel{}{\to }$ mM + nN

- Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng của phản ứng được tính theo công thức: 

Δ_r $H_{298}^0$= m× Δ_f$H_{298}^0$(M) + n× Δ_f$H_{298}^0$(N) - a× Δ_f$H_{298}^0$(A) - b× Δ_f$H_{298}^0$(B)

Trong đó: A, B, M, N là các chất trong phản ứng; a, b, m, n là hệ số tương ứng của các chất.

- Chú ý: Enthalpy tạo thành chuẩn của đơn chất bằng 0.

Ví dụ 1: Cho phản ứng: 2Na₂O(s) $\stackrel{}{\to }$ 4Na(s) + O₂(g)

Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng của phản ứng được tính như sau:

Δ_r $H_{298}^0$= 4× Δ_f$H_{298}^0$(Na(s)) + 1× Δ_f$H_{298}^0$(O₂(g)) - 2× Δ_f$H_{298}^0$(Na₂O(s))

= 4×0 + 1×0 - 2× (- 418,0) = 836,0 (kJ)

$\Rightarrow$ Do Δ_r$H_{298}^0$của phản ứng rất dương nên phản ứng thu nhiệt.

Ví dụ 2: Biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol C₂H₆(g) được tính như sau:

C₂H₆(g) + $\frac{1}{2}$O₂(g) $\stackrel{}{\to }$ 2CO₂(g) + 3H₂O(l)

Δ_r$H_{298}^0$= 2×Δ_f$H_{298}^0$(CO₂(g)) + 3×Δ_f$H_{298}^0$(H₂O(l)) - 1×Δ_f$H_{298}^0$(C₂H₆(s)) - $\frac{7}{2}$×Δ_f$H_{298}^0$O₂(g))

= 2×(- 393,5) + 3×(- 285,8) - 1×(- 84) - $\frac{7}{2}$×0 = -1560,4 (kJ)

$\Rightarrow$ Do Δ_r$H_{298}^0$ủa phản ứng rất âm nên phản ứng tỏa nhiệt mạnh, rất thuận lợi và cung cấp nhiều năng lượng.

2. Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo năng lượng liên kết

Khi các chất trong phản ứng ở thể khí, biến thiên enthalpy phản ứng cũng có thể tính được nếu biết giá trị năng lượng liên kết của tất cả các chất trong phản ứng.

- Giả sử có phản ứng tổng quát:

aA(g) + bB(g) $\stackrel{}{\to }$ mM(g) + nN(g)

- Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng của phản ứng được tính theo công thức:

Δ_r $H_{298}^0$= a× E_b(A) + b× E_b(B) - m× E_b(M) - n× E_b(N)

Trong đó E_b(A), E_b(B), E_b(M), E_b(N) lần lượt là tổng năng lượng liên kết của tất cả các liên kết trong các phân tử A, B, M, N.

Lưu ý: Để tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết, phải viết được công thức cấu tạo của tất cả các chất trong phản ứng để xác định số lượng và loại liên kết.

Ví dụ: Cho phản ứng:

C₂H₆(g) + Cl₂(g) $\stackrel{}{\to }$ C₂H₅Cl(g) + HCl(g)

Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng của phản ứng được tính theo năng lượng liên kết như sau:

Δ_r $H_{298}^0$=1× E_b(C₂H₆) + 1× E_b(Cl₂) - 1× E_b(C₂H₅Cl) - 1× E_b(HCl)

Δ_r $H_{298}^0$ =1×6E_C - _H + 1× E_C – _C + 1×E_Cl - _Cl - 1× (5E_C – _H + E_C – _C + E_C - _Cl) - 1×E_H – _Cl

Δ_r$H_{298}^0$= 1×6×414 + 1×347 + 1×243 - 1× (5×414 + 347 + 339) - 1×431 = -113 (kJ)

→ Phản ứng có Δ_r$H_{298}^0$ âm nên phản ứng tỏa nhiệt và diễn ra thuận lợi. Trong thực tế, chỉ cần được chiếu ánh sáng mặt trời là phản ứng đã diễn ra.

B. Trắc nghiệm Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học

Câu 1. Khẳng định sai là

A. Nếu biến thiên enthalpy có giá trị âm thì phản ứng tỏa nhiệt

B. Nếu biến thiên enthalpy có giá trị dương thì phản ứng thu nhiệt

C. Biến thiên enthalpy càng âm thì phản ứng tỏa nhiệt càng ít

D. Biến thiên enthalpy càng dương thì phản ứng thu nhiệt càng nhiều

Câu 2. Cho phản ứng: CH₄ (g) + H₂O (l) ⟶ CO (g) + 3H₂ (g) ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = 249,9 kJ.

Ở điều kiện chuẩn, để thu được 1 gam H₂, phản ứng này cần hấp thu nhiệt lượng bằng bao nhiêu?

A. 249,9 kJ

B. 83,3 kJ

C. 41,65 kJ

D. 124,95 kJ

Câu 3. Cho các phản ứng:

2Na (s) + $\frac{1}{2}$O₂ (g) ⟶ Na₂O (s) ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 418 kJ

C (s) + O₂ (g) ⟶ CO₂ (g) ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 393,5 kJ

CH₄ (g) + 2O₂ (g) ⟶ CO₂ (g) + 2H₂O (l) ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 890,5 kJ

CaCO₃ (s) ⟶ CaO (s) + CO₂ (g) ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = 179,2 kJ

Phản ứng diễn ra khó khăn nhất là

A. 2Na (s) + $\frac{1}{2}$O₂ (g) ⟶ Na₂O

B. C (s) + O₂ (g) ⟶ CO₂ (g)

C. CH₄ (g) + 2O₂ (g) ⟶ CO₂ (g) + 2H₂O (l)

D. CaCO₃ (s) ⟶ CaO (s) + CO₂ (g)

Câu 4. Cho phản ứng có dạng: aA + bB ⟶ mM + nN

Công thức tính biến thiên enthalpy phản ứng theo enthalpy tạo thành là

A. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = $m\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(M\right)+n\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(N\right)-a\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(A\right)-b\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(B\right)$

B. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = $m\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(M\right)+n\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(N\right)+a\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(A\right)+b\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(B\right)$

C. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = ${\Delta }_f{H}_{298}^0\left(M\right)+{\Delta }_f{H}_{298}^0\left(N\right)-{\Delta }_f{H}_{298}^0\left(A\right)-{\Delta }_f{H}_{298}^0\left(B\right)$

D. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = $a\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(A\right)+b\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(B\right)-m\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(M\right)-n\times {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(N\right)$

Câu 5. Cho phản ứng: NH₃ (g) + HCl (g) ⟶ NH₄Cl (s)

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là

A. – 176,2 kJ

B. – 314,4 kJ

C. – 452,6 kJ

D. 176,2 kJ

Câu 6. Tính ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ của phản ứng đốt cháy 1 mol C₂H₄ (g) biết các sản phẩm thu được đều ở thể khí.

A. – 1270,6 kJ

B. – 1323 kJ

C. – 1218,2 kJ

D. – 1232 kJ

Câu 7. Tính ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ của phản ứng đốt cháy 14 gam CO (g) biết các sản phẩm thu được đều ở thể khí.

A. – 566 kJ

B. – 283 kJ

C. − 141,5 kJ

D. – 3962 kJ

Câu 8. Cho phản ứng có dạng: aA (g) + bB (g) ⟶ mM (g) + nN (g)

Công thức tính biến thiên enthalpy phản ứng theo năng lượng liên kết là

A. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^0$ = $E_b\left(A\right)+E_b\left(B\right)-E_b\left(M\right)-E_b\left(N\right)$

B. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^0$ = $\mathrm{a}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{A}\right)+\mathrm{b}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{B}\right)-\mathrm{m}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{M}\right)-\mathrm{n}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{N}\right)$

C. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^0$ = ${\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{M}\right)+{\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{N}\right)-{\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{A}\right)-{\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{B}\right)$

D. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^0$ = $\mathrm{m}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{M}\right)+\mathrm{n}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{N}\right)-\mathrm{a}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{A}\right)-\mathrm{b}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{B}\right)$

Câu 9. Cho phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:

H – H (g) + F – F (g) ⟶ 2H – F (g)

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên tính theo năng lượng liên kết là

A. – 535 kJ

B. 30 kJ

C. 1160 kJ

D. 535 kJ

Câu 10. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol C₂H₄ ở thể khí là

A. 1912 kJ

B. – 1912 kJ

C. 1291 kJ

D. – 1291 kJ

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 14: Phản ứng hóa học và enthalpy

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