BÀI 13: ENTHALPY TẠO THÀNH VÀ BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA CÁC PHẢN ỨNG HOÁ HỌC

MỞ ĐẦU

Hầu như mọi phản ứng hoá học cũng như quá trình chuyển thể của chất luôn kèm theo sự thay đổi năng lượng.

Trong cả 2 ví dụ đều có phản ứng xảy ra với sự thay đổi năng lượng. Theo em, phản ứng có kèm theo sự thay đổi năng lượng dưới dạng nhiệt năng đóng vai trò gì trong đời sống?

Giải nhanh:

- Phản ứng đốt cháy than tỏa lượng nhiệt lớn để đun nấu và sưởi ấm.

- Phản ứng thủy phân collagen thành gelatin diễn ra khi hầm xương động vật là phản ứng thu nhiệt.

1. PHẢN ỨNG TOẢ NHIỆT

Thảo luận 1: Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra ở hình 13.1 và nêu nhận xét về sự thay đổi nhiệt của phản ứng đó

Giải nhanh:

PTHH: Fe₂O₃ + Al → Fe + Al₂O₃

Phản ứng xảy ra làm tăng nhiệt độ của phản ứng và môi trời xung quanh.

Thảo luận 2: Thực hiện thí nghiệm 1. Nêu hiện tượng xảy ra. Rút ra kết luận về sự thay đổi nhiệt độ chất lỏng trong cốc. Giải thích.

Giải nhanh:

- Hiện tượng: CaO tan, tạo hỗn hợp màu trắng do phản ứng toả nhiệt. 

PTHH: CaO + H₂O → Ca(OH)₂

- Kết luận: phản ứng có sự tăng về nhiệt độ.

Luyện tập: Hãy nêu hiện tượng của các quá trình: đốt cháy than, ethanol trong không khí. Nhiệt độ môi trường xung quanh thay đổi như thế nào?

Giải nhanh:

- Đốt than: than cháy đỏ, toả nhiệt mạnh.

- Đốt ethanol: ngọn lửa màu xanh, toả nhiệt

- Nhiệt độ môi trường tăng.

2. PHẢN ỨNG THU NHIỆT

Thảo luận 3: Khi thả viên vitamin C sủi vào cốc nước như hình 13.3, em hãy dự đoán sự thay đổi nhiệt độ trong cốc

Giải nhanh:

Có hiện tượng sủi bọt, viên thuốc tan dần và nhiệt độ xung quanh cốc nước giảm

Thảo luận 4: Trong phản ứng nung đá vôi (CaCO₃), nếu ngừng cung cấp nhiệt, phản ứng có tiếp tục xảy ra không?

Giải nhanh:

Không, cần phải cung cấp liên tục.

Thảo luận 5: Thực hành thí nghiệm 2. Nêu hiện tượng trước và sau khi đốt nóng hỗn hợp. Nếu ngừng đốt nóng thì phản ứng có xảy ra không?

Giải nhanh:

Hiện tượng: trước đốt thì không có hiện tượng, sau đốt thu được hỗn hợp khí O₂. Ngừng đốt thì phản ứng không xảy ra.

3. BIẾN THIÊN ENTHALPY CHUẨN CỦA PHẢN ỨNG

Thảo luận 6: Biến thiên enthalipy chuẩn của một phản ứng hóa học được xác định trong điều kiện nào?

Giải nhanh:

Áp suất 1 bar (khí), nồng độ 1 mol/L (chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ 25 ^oC.

Thảo luận 7: Phương trình nhiệt hóa học cho biết thông tin gì về phản ứng hóa học?

Giải nhanh:

Chất phản ứng, sản phẩm, điều kiện phản ứng, trạng thái các chất.

Luyện tập: Cho hai phương trình nhiệt hoá học sau:

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

Giải nhanh:

Phản ứng 1: thu nhiệt. Phản ứng 2: toả nhiệt.

4. ENTHALPY TẠO THÀNH

Thảo luận 8: Phân biệt enthalpy tạo thành của một chất và biến thiên enthalpy của phản ứng. Lấy ví dụ minh họa.

Giải nhanh:

S(s) + O₂(g) → SO₂(g); ∆fH298o=-296,80 kJ/mol(enthalpy tạo thành)

Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂(g) ∆rH298o=-152,6 kJ/mol (biến thiên enthalpy của phản ứng)

Thảo luận 9: Cho phản ứng sau:

S(s) + O₂(g)  t°→  SO₂(g)  ∆fH298oSO2,g=-296,80 kJ/mol 

Cho biết ý nghĩa của giá trị ∆fH298oSO2,g

Giải nhanh:

Nó là lượng nhiệt kèm theo khi tạo ra 1 mol SO₂ từ các đơn chất bền ở điều kiện chuẩn.

Thảo luận 10: Hợp chất ( SO ₂, g) bền hơn hay kém hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền S(s) và O ₂ (g)

Giải nhanh:

SO₂ bền hơn về mặt năng lượng.

Thảo luận 11: Từ bảng 13.1 hãy liệt kê các phản ứng có enthalpy tạo thành dương (lấy nhiệt từ môi trường)

Giải nhanh:

C₂H₂(g), HI(g), N₂O(g), N₂O₄(g), NO(g), NO₂(g)

Luyện tập: Em hãy xác định enthalpy tạo thành theo đơn vị (kcal) của các chất sau:

Fe₂O₃(s), NO(g), H₂O(g), C₂H₅OH(l). Cho biết 1 J= 0.239 cal

 Giải nhanh:

Fe₂O₃: -197,29 kcal/mol; NO: +21,58 kcal/mol; H₂O: -57,79 kcal/mol; C₂H₅OH: -66,35 kcal/mol.

5. Ý NGHĨA CỦA DẤU VÀ GIÁ TRỊ ∆rH298o

Thảo luận 12: Quan sát Hình 13.5, mô tả sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng. Nhận xét về giá trị của ∆fH298o(sp) so với ∆fH298o(cđ).

Giải nhanh:

∆fH298o(sp) < ∆fH298o(cđ) nên là phản ứng toả nhiệt.

Thảo luận 13: Vận dụng để vẽ sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng nhiệt phân CaCO₃ ở Ví dụ 5.

Giải nhanh:

Thảo luận 14: Cho hai phương trình nhiệt hoá học sau:

So sánh nhiệt giữa hai phản ứng (1) và (2). Phản ứng nào xảy ra thuận lợi hơn?

Giải nhanh:

Phản ứng 2 vì toả nhiệt lớn hơn.

Vận dụng: Hãy làm cho nhà em sạch bong với hỗn hợp baking soda (NaHCO₃) và giấm (CH₃COOH). Hỗn hợp này tạo ra một lượng lớn bọt. Phương trình nhiệt hoá học của phản ứng:

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

∆rH298o=94,30 kJ

Phản ứng trên là toả nhiệt hay thu nhiệt? Vì sao? Tìm những ứng dụng khác của phản ứng trên.

Giải nhanh:

Toả nhiệt vì ∆rH298o>0.

Ứng dụng khác: tẩy trắng quần áo, thông bồn cầu, vệ sinh máy giặt, khử mùi… 

BÀI TẬP

Bài 1: Phương trình nhiệt hóa học giữa nitrogen và oxygen như sau:

N₂ (g) + O₂ (g)  t°→  2NO (g) ∆fH298o  = + 180 kJ

Kết luận nào sau đây đúng?

A. Nitrogen và oxygen phản ứng mạnh hơn khi ở nhiệt độ thấp

B. Phản ứng tỏa nhiệt

C. Phản ứng xảy ra thuận lợi ở điều kiện thường

D. Phản ứng hóa học xảy ra có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường

Giải nhanh:

Chọn đáp án D.

Bài 2: Biến thiên enthalpy của một phản ứng được ghi ở sơ đồ dưới. Kết luận nào sau đây là đúng?

A. Phản ứng tỏa nhiệt

B. Năng lượng chất tham gia phản ứng nhỏ hơn năng lượng sản phẩm

C. Biến thiên enthalpy của phản ứng là a kJ/mol

D. Phản ứng thu nhiệt

Giải nhanh:

Chọn đáp án A.

Bài 3: Đồ thị nào sau đây thể hiện đúng sự thay đổi nhiệt độ khi dung dịch hydrochloric được cho vào dung dịch sodium hydroxide tới dư?

Giải nhanh:

Chọn đáp án A.

Bài 4: Cho phương trình nhiệt hoá học sau:

NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl (aq) + H₂O(l)  ∆rH298o=-57,3 kJ

Viết sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng.

Giải nhanh: