BÀI 14: TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

MỞ ĐẦU

Methane cháy toả nhiệt lớn nên được dùng làm nhiên liệu. Khi trộn methane và oxygen với tỉ lệ thích hợp thì sẽ tạo ra hỗn hợp nổ.

Biến thiên enthalpy của phản ứng trên được tính toán dựa trên các giá trị nào?

Đáp án chuẩn:

- Cách 1: nhiệt tạo thành chuẩn.

- Cách 2: năng lượng liên kết.

1. XÁC ĐỊNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG DỰA VÀO NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

Thảo luận 1: Quan sát hình 14.1 cho biết liên kết hóa học nào bị phá vỡ, liên kết hóa học nào được hình thành khi H₂ phản ứng với O₂ tạo thành H₂O (ở thế khí)?

Đáp án chuẩn:

Phá vỡ: H – H và O = O. Hình thành H – O – H.

Thảo luận 2: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết phải viết được ông thức cấu tạo của tất cả các chất trong phản ứng để xác định số lượng và loại liên kết. Xác định số lượng và loại liên kết. Xác định số lượng mỗi loại liên kết trong các phân tử sau: CH₄, CH₃Cl, NH₃, CO₂

Đáp án chuẩn:

Thảo luận 3: Dựa vào năng lượng liên kết ở bảng 14.2, tính biến thiên enthalpy của phản ứng và giải thích vì sao nitrogen (N=N) chỉ phản ứng với oxygen (O=O) ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành nitrogen monxide (N=O).

N₂(g) + O₂(g)  t°/tia lửa điện→  2NO(g)

Đáp án chuẩn:

Thu: 1443 kJ; toả: 1214 kJ

Enthalpy = 229 kJ > 0, thu nhiệt.

Luyện tập: Xác định ∆_rH298o của phản ứng sau dựa vào giá trị E_b, ở bảng 14.2:

CH₄(g) + Cl₂(g)  askt→   CH₃Cl(g) + HCl

Hãy cho biết phản ứng trên tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

Đáp án chuẩn:

Thu: 1895 kJ; toả: 2005 kJ

Biến thiên enthalpy: -110 kJ < 0, toả nhiệt.

Vận dụng: Dựa vào số liệu về năng lượng liên kết ở bảng 14.1, hãy tính biến thiên enthalpy của 2 phản ứng sau:

2H₂(g) + O₂(g)  t°→  2H₂O(g) (1)

C₇H₁₆(g) + 10O₂(g)  t°→  7CO₂(g) + 8H₂O(g) (2)

So sánh kết quả thu được từ đó cho biết H₂ hay C₇H₁₆ là nhiên liệu hiệu quả hơn cho biết tên lửa (biết trong C₇H₁₆ có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H)

Đáp án chuẩn:

-506 kJ (1); -3734 kJ (2).

H₂ vì có nhiệt cháy cao. 

Luyện tập: Tính ∆_rH298o của hai phản ứng sau:

3O₂(g) → 2O₃(g) (1)

2O₃(g) → 3O₂(g) (2)

Liên kết giữa giá trị ∆_rH298o với độ bền của O₃, O₂ và giải thích biết phân tử O₃ gồm 1 liên kết đôi O=O và 1 liên kết đơn O-O

Đáp án chuẩn:

PƯ1: ∆_rH298o = 90 kJ. PƯ2: ∆_rH298o = -90 kJ.

∆_rH298o > 0, không tồn tại O₂; ∆_rH298o < 0: có tồn tại O₂ => trạng thái bền.

2. XÁC ĐỊNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG DỰA VÀO ENTHALPY TẠO THÀNH

Vận dụng: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng phân hủy trinitroglycerin (C₃H₅O₃ (NO₂)₃) theo phương trình sau ( biết nhiệt tạo thành của nitroglycerin là -370, 15 kJ/ mol)

4C₃H₅O₃(NO₂)₃(s)  t°→  6N₂(g) + 12CO₂ (g) + 10H₂O + O₂(g);

Hãy giải thích vì sao trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần thuốc súng không khói.

Đáp án chuẩn:

Do ∆_rH298o < 0, PƯ toả nhiệt mạnh, tạo khí CO₂, H₂O, N₂ và O₂.

Thảo luận 4: Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong chương trình nhiệt hóa học không? Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện nào?

Đáp án chuẩn:

Có, điều kiện chuẩn.

Luyện tập: Dựa vào giá trị enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, hãy tính giá trị của ∆_rH298o của các phản ứng sau:

CS₂ + 3O₂(g)  t°→  CO₂(g) + 2SO₂(g)  (1)

4NH₃(g) + 3O₂(g)  t°→  2N₂(g) + 6H₂O(g) (2)

Đáp án chuẩn:

(1) ∆_rH298o = -1075 kJ.

(2) ∆_rH298o = -1267,32 kJ.

BÀI TẬP

Bài 1: Tính ∆_rH298o của các phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết (sử dụng số liệu từ bảng 14.1):

a) N₂H₄(g) → N₂(g) + 2H₂(g)

b) 4HCl(g) + O₂(g)  t°→  2Cl₂(g) + 2H₂O(g)

Đáp án chuẩn:

a) ∆_rH298o = 173 kJ

b) ∆_rH298o = 786 kJ

Bài 2: Dựa vào bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol benzene C₆H₆(l) trong khí oxygen, tạo thành CO₂(g) và H₂O(l). So sánh lượng nhiệt sinh ra khi đốt hoàn toàn 1,0 g propane C₃H₈(g) với lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0g benzene C₆H₆(l).

Đáp án chuẩn:

PTHH: C₆H₆(l) + 152O₂(g)  t°→  6CO₂(g) + 3H₂O(g)

∆_rH298o = -3037,46 kJ

C₃H₈(g) + 5O₂ → 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

∆_rH298o = -2042,78 kJ

n_propane = 144 → ∆_rH298o=-46,42 kJ 

n_benzene = 178 → ∆_rH298o=-38,94 kJ.

Bài 3: Dựa vào enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt nhôm:

2Al(s) + Fe₂O₃(s)  t°→  2Fe(s) + Al₂O₃(s)

Từ kết quả tính được ở trên, hãy rút ra ý nghĩa của dấu và giá trị ∆_rH298o đối với phản ứng.

Đáp án chuẩn:

∆_rH298o = -850,5 kJ

∆_rH298o càng âm thì PƯ càng thuận lợi.

Bài 4: Cho phương trình nhiệt hóa học sau:

SO₂(g) + 12O₂(g)  t°, V2O5→  SO₃(g); ∆_rH298o= -98,5kJ

a) Tính lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6g SO₂ thành SO₃

b) Giá trị ∆_rH298o của phản ứng SO₃(g) → SO₂(g) + 12O₂(g) là bao nhiêu?

Đáp án chuẩn:

a) n_SO2 = 1,125 mol. Lượng nhiệt: -110,81 kJ

b) ∆_rH298o = 98,5 kJ

Bài 5: Khí hydrogen cháy trong không khí tạo thành nước theo phương trình hoá học sau:

2H₂(g) + O₂(g)  t°→  2H₂O(g)  ∆_fH298o = -483,64 kJ

a) Nước hay hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn? Giải thích.

b) Vẽ sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen.

Đáp án chuẩn:

a) Nước vì ∆_fH298o < 0.

b) 

Bài 6: Xét quá trình đốt cháy khí propane C₃H₈(g):

C₃H₈(g) + 5O₂  t°→  3CO₂(g) + 4H₂O(g)

Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng dựa vào nhiệt tạo thành của hợp chất (bảng 13.1) và dựa vào năng lượng liên kết (Bảng 14.1). So sánh hai giá trị đó và rút ra kết luận.

Đáp án chuẩn:

∆_rH298o = -2042,78 kJ < ∆_fH298o = -1718 kJ