BÀI 15: Ý NGHĨA VÀ CÁCH TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

MỞ ĐẦU

Cho hai phản ứng đốt cháy:

(1) C(s) + O₂(g) → CO₂(g)  ∆rH298o=-393,5 kJ

(2) 2Al(s) + 32O₂(g) → Al₂O₃(s) ∆rH298o=-1675,7 kJ

Ở điều kiện chuẩn, với cùng một khối lượng C và Al, chất nào khi cháy toả ra nhiều nhiệt hơn?

Đáp án chuẩn:

GS đốt 1 gam C và 1 gam Al.

Đốt 112 mol C tỏa 32,79 kJ > Đốt 127 mol Al tỏa 31,03 kJ

=> Đốt C tỏa nhiều nhiệt hơn.

I. Ý NGHĨA VỀ DẤU VÀ GIÁ TRỊ CỦA BIẾN THIÊN ENTHALPY PHẢN ỨNG 

Câu 1: Xác định dấu của ∆rH298o trong các phản ứng được thể hiện trong hai hình dưới đây:

Đáp án chuẩn:

a) ∆rH298o<0

b) ∆rH298o>0

Luyện tập 1: Cho phản ứng:

CH₄(g) + H₂O(l) → CO(g) + 3H₂(g)             ∆rH298o = 249,9 kJ

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

Đáp án chuẩn:

nH2=0,5 mol → nCH4=16 mol

Cần 41,65 kJ.

Vận dụng 1: Giải thích vì sao trước khi lặn, để giữ ấm cơ thể, người ta có thể uống nước mắm cốt (là loại nước mắm chứa nhiều chất đạm).

Đáp án chuẩn:

Vì giúp cơ thể nóng lên, tránh giá rét khi xuống nước, tránh cảm lạnh.

Vận dụng 2: Khi đốt cháy tờ giấy hay đốt lò than, ta cần thực hiện giai đoạn khơi mào như thế nào?

Đáp án chuẩn:

Đốt một góc tờ giấy, tạo một nhóm ở góc lò trước.

Vận dụng 3: Vì sao khi nung vôi người ta phải xếp đá vôi lẫn với than trong lò?

Đáp án chuẩn:

Vì PƯ đốt than toả nhiệt cho PƯ đốt đá vôi.

Câu 2: Phản ứng đốt cháy cồn hay phản ứng nung vôi dễ thực hiện hơn?

Đáp án chuẩn:

Đốt cháy cồn.

Câu 3: CaSO₄ là thành phần chính của thạch cao. Biết rằng:

2CaSO₄(s) → 2CaO(s) + 2SO₂(g) + O₂(g) có ∆rH298o = 1000,6 kJ.

a) Phản ứng này diễn ra thuận lợi hay không thuận lợi?

b) Giải thích vì sao trong xây dựng, người ta sử dụng thạch cao để chế tạo các tấm vật liệu chịu nhiệt, chống cháy.

Đáp án chuẩn:

a) Không thuận lợi

b) Vì thạch cao bền với nhiệt.

II. CÁCH TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY PHẢN ỨNG

Vận dụng 4: Cho biết:

2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(l) có ∆rH298o = 91,6 kJ

NaHCO₃ có trong thành phần bột nở dùng để làm bánh. Vì sao khi bảo quản, cần tránh để bột nở ở nơi có nhiệt độ cao?

Đáp án chuẩn:

Vì khi gặp nhiệt độ cao NaHCO₃ dễ bị phân hủy. 

Luyện tập 2: Tính ∆rH298o các phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol mỗi chất C₂H₄(g), C₂H₆(g), CO(g). Biết các sản phẩm thu được đều ở thể khí.

Đáp án chuẩn:

C₂H₄(g) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 2H₂O(g); ∆rH298o=-1323 kJ

C₂H₆(g) + 72O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(g);  ∆rH298o=-1428,4 kJ

CO (g) + 12O₂(g) → CO₂(g);  ∆rH298o=-283 kJ

Câu 4: Cho phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:

H-H(g) + F-F(g) → 2H-F(g)

Tính năng lượng cần để phá vỡ các liên kết trong H₂, F₂ và năng lượng tỏa ra (theo kJ) khi hình thành liên kết trong HF cho phản ứng trên.

Đáp án chuẩn:

∆rH298o = -535 kJ

Câu 5: Xác định số lượng mỗi loại liên kết trong các phân tử trước và sau phản ứng của CH₄ và Cl₂.

Đáp án chuẩn:

PTHH: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

CH₄: 4 liên kết C-H, Cl₂: 1 liên kết Cl-Cl

CH₃Cl: 3 liên kết C-H + 1 liên kết C-Cl, HCl: 1 liên kết H-Cl

Luyện tập 3: Dựa vào năng lượng liên kết, tính ∆rH298o các phản ứng sau:

a) Các phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol mỗi chất C₂H₄, C₂H₆, H₂ ở thể khí.

b) F₂(g) + H₂O(g) → 2HF(g) + 12O₂(g)

Dự đoán các phản ứng trên là thuận lợi hay không thuận lợi.

Đáp án chuẩn:

a) C₂H₄(g) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 2H₂O(g)

∆rH298o = -1291 kJ < 0 ⇒ PƯ thuận lợi

C₂H₆(g) + 72O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(g)

∆rH298o = -1406 kJ < 0 ⇒ PƯ thuận lợi

H₂(g) + 12O₂(g) → H₂O(g)

∆rH298o = -243 kJ < 0 ⇒ Phản ứng thuận lợi

b) ∆rH298o = -292 kJ < 0 ⇒ Phản ứng thuận lợi

Vận dụng 5: Phản ứng quang hợp là phản ứng thu năng lượng dưới dạng ánh sáng:

6CO₂(g) + 6H₂O(l) → C₆H₁₂O₆ (s) + 6O₂(g)

Hãy tính xem cần phải cung cấp bao nhiêu năng lượng dưới dạng ánh sáng cho những phản ứng quang hợp để tạo thành 1 mol glucose C₆H₁₂O₆(s), biết enthalpy tạo thành chuẩn của chất này là -1271,1 kJ mol^-1. Biến thiên enthalpy tạo thành chuẩn của các chất khác được cho ở phụ lục 3. 

Đáp án chuẩn:

∆rH298o = 2804,7 kJ

BÀI TẬP

Bài 1: Joseph Priestly (Dô-sép Prít-li) đã điều chế oxygen vào năm 1774 bằng cách nung nóng HgO(s) thành Hg(l) và O₂(g). Tính lượng nhiệt cần thiết (kJ, ở điều kiện chuẩn) để điều chế được 1 mol O₂ theo phương pháp này.

Biết ∆rH298o(HgO(s)) = -90,5 kJ mol^-1

Đáp án chuẩn:

∆rH298o= 181 kJ

Bài 2: Tính ∆_rHo298H298o cho phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết.

CH₄(g) + X₂(g) → CH₃X(g) + HX(g) Với X = F, Cl, Br, I.

Liên hệ giữa mức độ phản ứng (dựa theo ∆rH298o) với tính phi kim (F > Cl > Br > I). Tra các giá trị năng lượng liên kết ở Phụ lục 2.

Đáp án chuẩn:

∆rH298o(X=F) = -477 kJ

∆rH298o (X=Cl) = -113 kJ

∆rH298o (X=Br) = -33 kJ

∆rH298o (X=I) = 28 kJ

Tính phi kim giảm dần (F đến I) thì ∆rH298o tăng dần.

Bài 3*: Khi đun bếp than, củi, để đun nấu nhanh hơn, người ta thường dùng quạt để thổi thêm không khí vào bếp. Cách làm này có làm thay đổi biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng C(s) + O₂(g) → CO₂(g) không? Giải thích.

Đáp án chuẩn:

Không. Vì: ∆rH298o = ∆fH298o(CO₂(g)) - ∆fH298o(C(s)) – 3. ∆fH298o(O₂(g))

∆fH298o(O₂(g)) = 0 ⇒ ∆rH298o ∆fH298o(CO₂(g)) - ∆fH298o(C(s))