Lý thuyết trọng tâm hóa học 10 kết nối bài 17: Biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học

I. PHẢN ỨNG TỎA NHIỆT, PHẢN ỨNG THU NHIỆT

Phản ứng (1) là phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng (2) là phản ứng thu nhiệt.

• Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.
• Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hấp thu năng lượng dưới dạng nhiệt.

Trả lời câu 1 sgk trang 81: Phản ứng này là phản ứng thu nhiệt.

Thực hành: Theo dõi sự thay đổi sự thay đổi nhiệt độ của phản ứng trung hòa.

Chuẩn bị: dung dịch HCl 0,5M, dung dịch NaOH 0,5M, 1 cốc 250 mL, giá treo nhiệt kế, nhiệt kế ( có dải đo đến 100^oC), que khuấy và 2 ống đong 50ml.

Tiến hành:

• Dùng ống đong lấy 50ml dung dịch HCl 0,5M cho vào cốc phản ứng, lắp nhiệt kế lân giá sao cho đầu nhiệt kế nhúng vào dung dịch trong cốc (Hình 17.1). Đọc nhiệt độ dung dịch.
• Dùng ống đong khác lấy 50 ml dung dịch NaOH 0,5M cho vào cốc phản ứng. Khuấy nhẹ.

Trả lời câu hỏi:

1. Nhiệt độ trên nhiệt kế tăng lên sau khi rót dung dịch NaOH vào cốc.
2. Trong thí nghiệm trên, nếu thay các dung dịch HCl và NaOH bằng các dung dịch loãng hơn thì nhiệt độ sau phản ứng vẫn tăng nhưng tăng ít hơn so với thí nghiệm trên.

II. BIẾN THIÊN CỦA ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG

1. Biến thiên enthalpy

Ở điều kiện áp suất không đổi, nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng gọi là biến thiên enthalpy của phản ứng.

2. Biến thiên enthalpy

Biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của một phản ứng hóa học, được kí hiệu là $\Delta _{r}H^{o}_{298}$, nhiệt kèm theo phản ứng đó trong điều kiện chuẩn.

Điều kiện chuẩn: Áp suất 1 bar (đối với chất khí, nồng độ 1 mol/l (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 25^oC (298K)

3. Ý nghĩa của biến thiên enthalpy

• ∆_rH > 0: Phản ứng thu nhiệt.
• ∆_rH < 0: Phản ứng tỏa nhiệt.

Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào vủa phản ứng càng nhiều.

Trả lời câu 2 sgk trang 83:

•  Phản ứng thu nhiệt: (1)
• Phản ứng tỏa nhiệt: (2), (3).

Trả lời câu 3 sgk trang 83:

Ở điều kiện 1 bar và 25^oC, 1 kg khí CO khi cháy hết thì tỏa ra nhiệt lượng:

$\Delta H=\frac{2,479}{24,79}.(-283)=-28,3(kJ)$

Trả lời câu 4 sgk trang 84:

Cần cho từ từ từng viên CaO vào bể nước dư.

III. TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG THEO NHIỆT TẠO THÀNH

1. Khái niệm nhiệt tạo thành

Nhiệt tạo thành (∆_fH) của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền vững nhất, ở một điều kiện xác định.

Nhiệt tạo thành chuẩn $\Delta _{f}H^{o}_{298}$ là nhiệt tạo thành ở điều kiện chuẩn.

Nhiệt tạo thành chuẩn của các đơn chất ở dạng bền vững nhất bằng 0.

2. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành

Biến thiên enthalpy của phản ứng được xác định bằng hiệu số giữa tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm (sp) và tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu:

$\Delta _{r}H^{o}_{298}=\sum \Delta _{f}H^{o}_{298}(sp)-\sum \Delta _{f}H^{o}_{298}(bd)$

Chú ý: Trong tính toán cần lưu ý đến hệ số của các chất trong phương trình hóa học.

Trả lời câu 5 sgk trang 86:

a) Mức năng lượng của graphite thấp hơn kim cương.

b) Trong phản ứng xác định nhiệt tạo thành của CO₂, carbon ở dạng graphite.

Trả lời câu 6 sgk trang 86:

$\Delta _{r}H^{o}_{298}=2\Delta _{f}H^{o}_{298}(CO_{2})+3\Delta _{f}H^{o}_{298}(H_{2}O)-\Delta _{f}H^{o}_{298}(C_{2}H_{6})$

= 2. (-393,5)+ 3. (-285,8) – (-84,7)= 1559,7 (kJ)

IV. TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG DỰA VÀO NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT.

Trả lời câu hỏi 1 sgk trang 88:

• Liên kết hóa học bị phá vỡ: H-H, O=O
• Liên kết hóa học được hình thành là HCl

Trả lời câu 2 sgk trang 99:

• CH₄ có 4 liên kết đơn C-H
• CH₃Cl có 3 liên kết đơn C-H và 1 liên kết đơn C – Cl
• NH₃ có 3 liên kết đơn N – H
• CO₂ có 2 liên kết đôi C=O

Trả lời câu hỏi 3 sgk trang 99:

Tổng năng lượng thu vào để phá vỡ liên kết E_{b (N≡N)} + E_{b (O=O)} = 945+ 498 = 1443 kJ

Tổng năng lượng tỏa ra để hình thành liên kết: E_{b (N=O)} = 2 . 607= 1214 kJ

E_b của chất đầu lớn hơn giá trị E_b sản phẩm tưng ứng. Phản ứng thu nhiệt.

$\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = 1443 – 1214 = 299 KJ >0. Nitrogen (N≡N) chỉ phản ứng với oxygen (O=O) ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện tạo thành nitrogen monoxide (N=O)

Cách tính enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết chỉ áp dụng cho liên kết cộng hóa trị và ở trạng thái khí

VD: C₆H₆(g) + Cl₂(g) → C₂H₅Cl(g) + HCl

Trả lời luyện tập sgk trang 89

Bước 1: Tính năng lượng để phá vỡ 1 mol CH₄ và 1 mol Cl_2.

E_b (CH₃Cl) + E_b(Cl₂) = 4.313 + 243 = 1895 kJ

Bước 2: Tính năng lượng hình thành 1 mol CH₃Cl(g) và 1 mol HCl(g)

Tổng năng lượng tỏa ra để hình thành liên kết:

E_b(CH₃Cl) + E_b (HCl) = 3. 413 + 339+ 427 = 1895 kJ

Bước 3: Tính biến thiên enthal py của phản ứng theo công thức:

$\Delta _{r}H^{o}_{298}$ = 1895 – 2005 = - 110 KJ

Do $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ => phản ứng tỏa nhiệt

Kết luận: $\Delta _{r}H^{o}_{298}=\sum E_{b}(cd)-\sum E_{b}(sp)$

Với $\sum E_{b}(cd);\sum E_{b}(sp)$$: tổng năng lượng liên kết trong phân tử chất đầu và sản phẩm của phản ứng.

Trả lời câu luyện tập sgk trang 90:

Dựa vào kết quả tính toán cho thấy quá trình: O₂ → 2O và 3O₂ có $\Delta _{r}H^{o}_{298}$ < 0, chứng tỏ khản năng tồn tại của O₂, do đó O₂ là trạng thái bền của nguyên tố oxygen.