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)                

(2) 2Al(s) + O₂(g) → Al₂O₃(s)         

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

Giải nhanh:

Giả sử đốt 1 gam C và 1 gam Al.

Đốt cháy  mol C tỏa ra 393,5:12 = 32,79 kJ

Đốt cháy  mol Al tỏa ra 1675,7:27 = 31,03 Kj

=> Đốt cháy C tỏa ra nhiều nhiệt hơn.

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

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

Giải nhanh:

a) Phản ứng tỏa nhiệt:

b) Phản ứng thu nhiệt:

Luyện tập 1: Cho phản ứng:

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

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

Giải nhanh:

→

Đốt cháy  mol CH₄(g) cần hấp thụ 249,9:6 = 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).

Giải nhanh:

Vì uống nước mắm cốt giúp cơ thể người lặn nóng lên, xuống nước không còn thấy giá rét, tránh được nguy cơ 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?

Giải nhanh:

Thực hiện bằng cách đốt một góc tờ giấy, đốt cháy một góc lò than trước.

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

Giải nhanh:

Vì phản ứng đốt than toả nhiệt cung cấp nhiệt cho phản ứng đốt đá vôi.

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

Giải nhanh:

Phản ứng đốt cháy cồn vì là phản ứng tỏa nhiệt.

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

2CaSO₄(s) → 2CaO(s) + 2SO₂(g) + O₂(g) có  = 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.

Giải nhanh:

a) Không thuận lợi vì  = 1000,6 kJ > 0, phản ứng cần được cung cấp nhiệt

b) Vì thạch cao bền với nhiệt, muốn phân hủy cần nhiệt lượng lớn..

II. CÁCH TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY PHẢN ỨNG

Vận dụng 4: Cho biết:

2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(l) có  = 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?

Giải nhanh:

Vì phản ứng này thu nhiệt nên khi gặp nhiệt độ cao NaHCO₃ dễ bị phân hủy. 

Luyện tập 2: Tính  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.

Giải nhanh:

C₂H₄(g) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 2H₂O(g)

C₂H₆(g) + O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(g)

CO (g) + O₂(g) → CO₂(g)

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.

Giải nhanh:

= E_H-H + E_F-F – 2.F_H-F = -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.

Giải nhanh:

PTHH: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

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

CH₃Cl gồm 3 liên kết C-H và 1 liên kết C-Cl, HCl gồm 1 liên kết H-Cl

Luyện tập 3: Dựa vào năng lượng liên kết, tính  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) + O₂(g)

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

Giải nhanh:

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

= E_b(C₂H₄) + 3 × E_b(O₂) – 2 × E_b(CO₂) – 2 × E_b(H₂O)

= (E_C=C + 4E_C-H) + 3 × E_O=O – 2 × 2E_C=O – 2 × 2 × E_O-H = -1291 kJ < 0

⇒ Phản ứng thuận lợi

C₂H₆(g) + O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(g)

= E_b(C₂H₆) +  × E_b(O₂) – 2 × E_b(CO₂) – 3 × E_b(H₂O)

= (E_C-C + 6E_C-H) +  × E_b(O₂) – 2 × 2E_C=O – 3 × 2 × E_O-H = -1406 kJ < 0

⇒ Phản ứng thuận lợi

  H₂(g) + O₂(g) → H₂O(g)

  = E_b(H₂) +  × E_b(O₂) – E_b(H₂O)

= E_H-H  +  × E_b(O₂) – 2 × E_O-H = -243 kJ < 0

⇒ Phản ứng thuận lợi

b)  = E(F₂) + E(H₂O) - 2 × E(HF) -  × E(O₂)

 = E_F-F + 2 × E_O-H  - 2 × E_H-F -  × E(O₂) = -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. 

Giải nhanh:

= (C₆H₁₂O₆) + 6×(O₂) – 6 × (CO₂) – 6 × (H₂O) = 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 (HgO(s)) = -90,5 kJ mol^-1

Giải nhanh:

= 2.(Hg(l)) + (O₂(g)) – 2.(HgO(s)) = 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 ) với tính phi kim (F > Cl > Br > I). Tra các giá trị năng lượng liên kết ở Phụ lục 2.

Giải nhanh:

= E_b(CH₄) + E_b(F₂) –  E_b(CH₃F) – E_b(HF) 

= 4E_C-H + E_F-F  – (3E_C-H  + E_C-F) – E_H-F = -477 kJ

= E_b(CH₄) + E_b(Cl₂) –  E_b(CH₃Cl) – E_b(HCl)

= 4E_C-H + E_Cl-Cl  – (3E_C-H  + E_C-Cl) – E_H-Cl = -113 kJ

= E_b(CH₄) + E_b(Br₂) –  E_b(CH₃Br) – E_b(HBr)

= 4E_C-H + E_Br-Br  – (3E_C-H  + E_C-Br) – E_H-Br = -33 Kj

= E_b(CH₄) + E_b(I₂) –  E_b(CH₃I) – E_b(HI)

= 4E_C-H + E_I-I  – (3E_C-H  + E_C-I) – E_H-I = 28 kJ

Theo chiều giảm dần tính phi kim (F > Cl > Br > I) thì  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.

Giải nhanh:

Không thay đổi.

= (CO₂(g)) - (C(s)) – 3.(O₂(g))

Mà (O₂(g) = 0 ⇒  không phụ thuộc vào (O₂(g))