Lý thuyết trọng tâm hóa học 10 cánh diều bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy

I. PHẢN ỨNG TỎA NHIỆT VÀ PHẢN ỨNG THU NHIỆT

Thí nghiệm 1: 2HCl + MgO → MgCl₂ + H₂O

=> Phản ứng thu nhiệt.

Thí nghiệm 2: CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H₂O

=> Phản ứng tỏa nhiệt.

Kết luận:

• Khái niệm phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.
• Khái niệm phản ứng thu nhiệt là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt.
• Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với áp suất 1 bar ( đối với chất khí). nồng độ 1 mol. L^-1 (đối với các chất trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 298K (25^oC).

1. Phản ứng tỏa nhiệt: phản ứng đốt cháy nhiên liệu, phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể, ...

Phản ứng thu nhiệt: phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng, …

2.

a) NH₄Cl(s) → HCl(g) + NH₃(g)  

=> Phản ứng cần cung cấp nhiệt trong suốt quá trình phản ứng => Phản ứng thu nhiệt.

  b) Na₂O(s) + H₂O_(l) → 2NaOH_(aq)

=> Phản ứng không cần cung cấp nhiệt trong suốt quá trình phản ứng => Phản ứng tỏa nhiệt.

c) Fe₂O_3(s) + 2Al_(s) $\overset{t^{o}}{\rightarrow}$ Al₂O_3(s) + 2Fe

=> Phản ứng chỉ cần cung cấp nhiệt vào thời điểm ban đầu và có tỏa nhiệt trong quá trình phản ứng   

=> Phản ứng tỏa nhiệt.

d) C₂H₅OH + O₂ → CO₂ + H₂O

=> Phản ứng chỉ cần cung cấp nhiệt vào thời điểm Ban đầu và có tỏa nhiệt trong quá trình phản ứng => Phản ứng tỏa nhiệt.

e) Collagen → gelatin

=> Phản ứng cần cung cấp nhiệt trong suốt quá trình phản ứng (hầm) => Phản ứng thu nhiệt.

II. ENTHALPY TẠO THÀNH VÀ BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

1. Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất hóa học:

Khái niệm: Enthalpy tạo thành chuẩn (nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất 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.

Kí hiệu: $\Delta _{f}H^{o}_{298}$

Trong đó: f viết tắt của formation (sự tạo thành)

               H: enthalpy

               0: số chỉ điều kiện chuẩn

               298: 298K hay 25⁰C.

• Nếu $\Delta _{f}H^{o}_{298}$ > 0 : phản ứng thu nhiệt.
• Nếu $\Delta _{f}H^{o}_{298}$ < 0 : phản ứng tỏa nhiệt.

PHIẾU BÀI TẬP SỐ 2

1) Nhiệt tỏa ra khi hình thành 1 mol Na₂O(s) ở điều kiện chuẩn từ phản ứng giữa Na(s) và O₃(g) không được coi là nhiệt tạo thành chuẩn của Na₂O(s) vì oxygen dạng phân tử O₃ (ozone) không là dạng bền nhất.

2) $2Na_{(s)}+\frac{1}{2}\overset{t^{o}}{\rightarrow}Na_{2}O(s)$; $\Delta _{f}H^{o}_{298}$ = −417,98 kJ.mol^-1

=> $Na_{(s)}+\frac{1}{4}\overset{t^{o}}{\rightarrow}\frac{1}{2}Na_{2}O(s)$; $\Delta _{f}H^{o}_{298}$ = −208,99 kJ.mol-1

3) N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)                

Cứ 1 mol N₂ phản ứng hết tỏa ra 99,22kJ và tạo ra 2 mol NH₃

=> 0,5 mol N₂ phản ứng hết tỏa ra 49,61kJ và tạo ra 1 mol NH₃

=> $\Delta _{f}H^{o}_{298}$ = −49,61kJ.mol−1 (enthalpy có giá trị âm vì đây là phản ứng tỏa nhiệt)

4) Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất 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.

=> Đơn chất bền, không cần phản ứng nào từ đơn chất để tạo thành.

=> Enthalpy tạo thành của một đơn chất bền bằng 0

2. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng hóa học

Khái niệm: Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng hóa học chính là lượng nhiệt (tỏa ra hoặc thu vào) kèm theo phản ứng đó ở điều kiện chuẩn.

Kí hiệu: $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ (r viết tắt của reaction: nghĩa là phản ứng)

Nhiệm vụ 1: $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ tỉ lệ thuận với lượng chất tham gia và sản phẩm.

CH₄(g) + 2O₂(g) →  CO₂(g) + 2H₂O(l); $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = − 890,36kJ

$\frac{1}{2}$CH₄(g) + O₂(g) →  $\frac{1}{2}$CO₂(g) + H₂O(l); $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = −890,362/2 = − 445,18kJ

Nhiệm vụ 2: Theo bài $n_{C_{2}H_{2}}=\frac{1}{26}$ (mol)

Đốt cháy $\frac{1}{26}$ mol C₂H₂ tỏa ra 49,98 kJ

=> Đốt cháy 1 mol C₂H₂ tỏa ra $\frac{1.49,98}{\frac{1}{26}}$ = 1299,48 kJ

Vậy  = -1299,48 kJ (vì đây là phản ứng tỏa nhiệt nên enthalpy mang giá trị âm)

Nhiệm vụ 3:

Khi đốt cháy 1 mol CH₄ tỏa ra 890,36 kJ

Để tạo thành 1 mol CaO bằng cách nung CaCO₃ cần 178,29kJ

=> Số mol CH₄ cần dùng để đốt cháy là: 178,29 : 890,36 = 0,2 mol

Vậy số gam CH₄ cần dùng để đốt cháy là: 0,2 x 16 = 3,2 (gam)

Nhiệm vụ 4:

• Sự hô hấp cung cấp oxygen cho các phản ứng oxi hóa chất béo, chất đường, tinh bột,... trong cơ thể con người đó là các phản ứng giải phóng năng lượng
• Năng lượng kèm theo các phản ứng dùng để cung cấp năng lượng cho các hoạt động.