BÀI 14: PHẢN ỨNG HOÁ HỌC VÀ ENTHALPY

MỞ ĐẦU

Cho các phản ứng sau:

(1) Phản ứng nung vôi: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)

(2) Phản ứng than cháy trong không khí: C(s) + O₂(g) → CO₂(g)

Trong hai phản ứng trên, phản ứng nào là toả nhiệt, phản ứng nào là thu nhiệt?

Giải nhanh:

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

I. PHẢN ỨNG TOẢ NHIỆT VÀ PHẢN ỨNG THU NHIỆT

Thực hành: Thực hiện hai thí nghiệm dưới đây:

Thí nghiệm 1: Đặt một nhiệt kế vào trong cốc thủy tinh chứa khoảng 50 ml dung dịch hydrochloric acid (HCl) 1M (hình 14.1). Khi nhiệt độ trong cốc ổn định, ghi nhiệt độ ban đầu. Thêm vào cốc khoảng 1 gam magnesium oxide (MgO) rồi dùng đũa thủy tinh khuấy liên tục. Quan sát hiện tượng phản ứng và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng.

Thí nghiệm 2: Lặp lại thí nghiệm với bộ dụng cụ và cách tiến hành như trên, nhưng thay dung dịch hydrochloric acid (HCl) 1M bằng khoảng 50 ml dung dịch ethanoic acid (CH₃COOH) 5% (giấm ăn) và khoảng 5 gam baking soda (sodium hydrogen carbonate, NaHCO₃). Quan sát hiện tượng phản ứng và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng.

Viết phương trình hóa học xảy ra ở hai thí nghiệm trên và cho biết phản ứng nào là tỏa nhiệt, phản ứng nào là thu nhiệt.

Giải nhanh:

- TN1: MgO(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(l)

MgO tan trong dung dịch HCl.

- TN2: CH₃COOH (aq)  + NaHCO₃ (s) → CH₃COONa (aq) + H₂O (l) + CO₂ (g)

Bột baking soda tan, có khí không màu, không mùi thoát ra.

Câu 1: Khi làm thí nghiệm, làm thế nào là biết một phản ứng là tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

Giải nhanh:

Theo dõi sự thay đổi nhiệt độ bằng nhiệt kế:

- Nếu nhiệt độ của hệ phản ứng tăng: là phản ứng tỏa nhiệt.

- Nếu nhiệt độ của hệ phản ứng giảm: là phản ứng thu nhiệt.

Vận dụng 1: Dự đoán các phản ứng sau đây là tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

a) Nung NH₄Cl(s) tạo ra HCl(g) và NH₃(g).

b) Cồn cháy trong không khí.

c) Phản ứng thủy phân collagen thành gelatin (là một loại protein dễ tiêu hóa) diễn ra khi hầm xương động vật.

Giải nhanh:

a) Phản ứng thu nhiệt

b) Phản ứng tỏa nhiệt

c) Phản ứng thu nhiệt.

Vận dụng 2: Lấy ví dụ một số phản ứng xảy ra trong tự nhiên có kèm theo sự tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt mà em biết

Giải nhanh:

- Phản ứng đốt cháy than, đốt cháy khí gas; phản ứng tạo gỉ sắt;…: phản ứng tỏa nhiệt.

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

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

Câu 2: Nhiệt tỏa ra hình hình thành 1 mol Na₂O(s) ở điều kiện chuẩn từ phản ứng giữa Na(s) và O₃(g) có được coi là nhiệt tạo thành chuẩn của Na₂O(s) không? Giả sử Na tác dụng được với O₃ thu được Na₂O.

Giải nhanh:

Không vì oxygen dạng nguyên tử O và phân tử O₃ kém bền hơn phân tử O₂

Câu 3: Trong ví dụ 1, ở cùng điều kiện phản ứng, nếu chỉ thu được 0,5 mol Na₂O thì lượng nhiệt tỏa ra là bao nhiêu kilôJun?

Giải nhanh:

Giải phóng 418.0,5 = 209 kJ

Câu 4: Vì sao enthalpy tạo thành của một đơn chất bền lại bằng 0?

Giải nhanh:

Vì nó không có sự biến đổi, enthalpy tạo thành bằng 0.

Câu 5: Giá trị ∆ _r của phản ứng sau là bao nhiêu kilôJun?

CH₄(g) + O₂(g) → CO₂(g) + H₂O(l)

Giải nhanh:

∆_r = 890,5:2 = 445,25 kJ

Luyện tập 1: Đốt cháy hoàn toàn 1 gam C₂H₂(g) ở điều kiện chuẩn, thu được CO₂(g) và H₂O(l), giải phóng 50,01 kJ. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy 1 mol C₂H₂.

Giải nhanh:

Đốt hoàn toàn 1 mol C₂H₂ sẽ giải phóng 50,01x26  = 1300,26 kJ

Luyện tập 2: Ở điều kiện chuẩn, cần phải đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu gam CH₄(g) để cung cấp nhiệt cho phản ứng tạo 1 mol CaO(s) bằng cách nung CaCO₃(s). Giả thiết hiệu suất các quá trình đều là 100%.

Giải nhanh:

1 mol CaO(s) cần cung cấp 179,2 kJ.

Đốt 1 mol CH₄ giải phóng 890,5 kJ

Vậy đốt mol CH₄ sẽ giải phóng 179,2 kJ

Khối lượng CH₄  

Vận dụng 3: 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 hay hấp thụ năng lượng? Năng lượng kèm theo các phản ứng này dùng để làm gì?

Giải nhanh:

Là các phản ứng giải phóng năng lượng. Năng lượng kèm theo dùng để cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể.

BÀI TẬP

Bài 1: Những loại phản ứng nào sau đây cần phải cung cấp năng lượng trong quá trình phản ứng?

(a) Phản ứng tạo gỉ kim loại.                          (b) Phản ứng quang hợp.

(c) Phản ứng nhiệt phân.                                (d) Phản ứng đốt cháy.

Giải nhanh:

Chọn đáp án (b), (c)

Bài 2: Một số phản ứng khi xảy ra sẽ làm nóng môi trường xung quanh, một số khác lại làm lạnh môi trường xung quanh. Em hãy cho biết sự khác biệt cơ bản giữa hai loại phản ứng này.

Giải nhanh:

Phản ứng làm nóng môi trường là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt ⇒ tỏa nhiệt.

Phản ứng làm lạnh môi trường là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt ⇒ thu nhiệt

Bài 3: Cho biết phản ứng sau có ∆ _r > 0 và diễn ra ở ngay nhiệt độ phòng.

2NH₄NO₃(s) + Ba(OH)₂.8H₂O(s) → 2NH₃(aq) + Ba(NO₃)₂ (aq) + 10H₂O(l)

Khi trộn đều một lượng ammonium nitrate (NH₄NO₃) rắn với một lượng barium hydroxide ngậm nước (Ba(OH)₂.8H₂O) ở nhiệt độ phòng thì nhiệt độ của hỗn hợp sẽ tăng hay giảm? Giải thích.

Giải nhanh:

∆_r> 0 ⇒ Phản ứng thu nhiệt nên Nhiệt độ giảm.

Bài 4: Cho biết phản ứng tạo thành 2 mol HCl(g) ở điều kiện chuẩn sau đây tỏa ra 184,6 kJ:

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) (*)

Những phát biểu nào dưới đây là đúng?

(a) Nhiệt tạo thành của HCl là -184,6 kJ mol^-1

(b) Biến thiên enthalpy của phản ứng (*) là -184,6 kJ.

(c) Nhiệt tạo thành chuẩn của HCl (g) là -92,3 kJ mol^-1

(d) Biến thiên enthalpy phản ứng (*) là -92,3 kJ

Giải nhanh:

Phát biểu b, c đúng