Bài tập về phân biệt phản ứng thu nhiệt và toả nhiệt

I. Lý thuyết

1. Phản ứng tỏa nhiệt là gì?

Các phản ứng hóa học giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt, ánh sáng hoặc âm thanh đó là phản ứng tỏa nhiệt. Phản ứng tỏa nhiệt có thể xảy ra tự phát và dẫn đến tính ngẫu nhiên hoặc entropy cao hơn của hệ thống (S>0). Chúng được biểu thị bằng một dòng nhiệt âm (nhiệt bị mất bằng môi trường xung quanh) và giảm enthalpy ($∆$H<0).Trong phòng thí nghiệm, các phản ứng tỏa nhiệt tạo ra nhiệt hoặc thậm chí có thể gây nổ. 

Có những phản ứng hóa học khác phải hấp thụ năng lượng để tiến hành, đó là phản ứng nhiệt. Phản ứng nhiệt nội không thể xảy ra tự phát. Công việc phải được thực hiện để có được những phản ứng này xảy ra. Khi các phản ứng nhiệt nội hấp thụ năng lượng, nhiệt độ giảm được đo trong quá trình phản ứng. Phản ứng nhiệt nội được đặc trưng bởi dòng nhiệt dương (vào phản ứng) và tăng enthalpy (+H).

Ví dụ: Phản ứng nung đá vôi là phản ứng thu nhiệt

${\mathrm{CaCO}}_3 \left(\mathrm{s}\right) \to \mathrm{CaO} \left(\mathrm{s}\right) + {\mathrm{CO}}_2 \left(\mathrm{g}\right)$

Nếu ngừng cung cấp nhiệt thì phản ứng sẽ không tiếp tục xảy ra.

2. Phản ứng thu nhiệt là gì?

Phản ứng thu nhiệt là một quá trình trong đó năng lượng được thu nhận từ môi trường xung quanh nó, dưới dạng nhiệt. Nếu xung quanh không cung cấp nhiệt, phản ứng không xảy ra. Trong quá trình phản ứng này, bình phản ứng bị lạnh đi vì nó hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh, do đó làm hạ nhiệt độ. 

Để phá vỡ một liên kết hóa học, nó cần năng lương. Trong các phản ứng thu nhiệt, năng lượng phá vỡ liên kết của các chất phản ứng cao hơn tổng năng lượng hình thành liên kết của các sản phẩm. Dó đó, sự thay đổi entanpi là một giá trị dượng, và phản ứng không phải là tự phát. Vì vậy đối với phản ứng thu nhiệt, chúng ta phải cung cấp năng lượng từ bên ngoài.

Một ví dụ điển hình của phản ứng thu nhiệt đó là khi hòa tan amoni clorua vào nước, cốc bị lạnh đi do dung dịch hấp thụ năng lượng từ môi trường tự nhiên. Để quang hợp ánh sáng mặt trời cung cấp năng lượng cần thiết.

Ví dụ:

Phản ứng nhiệt nhôm tỏa 1 năng lượng nhiệt rất lớn làm nóng chảy hỗn hợp chất phản ứng và sắt sinh ra. Ứng dụng để hàn đường ray:

$2\mathrm{Al} + {\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3 \to {\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 + 2\mathrm{Fe}$
Phản ứng đốt cháy than tỏa một lượng nhiệt rất lớn giúp nấu chín thức ăn và sưởi ấm. 

$\mathrm{C} + {\mathrm{O}}_2 \to {\mathrm{CO}}_2$

3. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng

3.1. Biến thiên enthalpy của phản ứng

Biến thiên enthalpy của phản ứng (hay còn được gọi là nhiệt phản ứng) được ký hiệu là $∆$, H(*) và thường được tính theo đơn bị kJ hoặc kcal.

Biến thiên enthalpy của phản ứng là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào của phản ứng hóa học trong quá trình đẳng áp (điều kiện áp suất không đổi)

Biến thiên enthalpy chuẩn (hay còn gọi là nhiệt phản ứng chuẩn) của một phản ứng hóa học, được kí hiệu là $∆$rH2980 là lượng nhiệt kèm theo phản ứng đó trong điều kiện chuẩn. 

Điều kiện chuẩn là điều kiện với áp suất 1 bar đối với chất khí, nồng độ 1 mol/L đối với chất tan trong dung dịch và nhiệt độ thông thường là 25 độ C (tương đương với 298 độ K)

3.2. Phương trình nhiệt hóa học là gì?

Phương trình nhiệt hóa học là phương trình phản ứng hóa học có kèm theo nhiệt phản ứng và trạng thái của các chất đầu (cđ, hoặc còn gọi là chất tham gia) và chất sản phẩm (sp)

Phản ứng thu nhiệt (hệ nhận nhiệt từ môi trường) có $∆$rH2980 > 0 

Phản ứng tỏa nhiệt (hệ tỏa nhiệt ra môi trường) có $∆$rH2980 < 0

Ví dụ:

$\mathrm{C} \left(\mathrm{s}\right) + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} -\mathrm{t}0 \to \mathrm{CO} \left(\mathrm{g}\right) + {\mathrm{H}}_2 \left(\mathrm{g}\right) \left(1\right)$

$∆\mathrm{H}{°}_{298} = +131.25\mathrm{kJ} > 0$

$\to$ Vậy phản ứng (1) là 1 phản ứng thu nhiệt

$CuS{O}_4 \left(aq\right) + Zn \left(s\right) \to ZnS{O}_4 \left(aq\right) + Cu \left(s\right) \left(2\right)$

$∆\mathrm{H}{°}_{298} = -231.04\mathrm{kJ}$

$\to$ Vậy phản ứng (2) là một phản ứng tỏa nhiệt

3.3. Enthalpy tạo thành

Enthalpy tạo thành (hay còn được gọi là nhiệt tạo thành) của một chất là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất

Enthalpy tạo thành thường được kí hiệu bằng $∆$rH, thường được tính theo đơn vị kJ/mol hoặc kcal/mol

Enthalpy tạo thành trong điều kiện chuẩn được gọi là enthalpy tạo thành chuẩn và được kí hiệu là $∆\mathrm{H}{°}_{298}$

4. So sánh phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt

II. Bài tập vận dụng

Câu 1.  Hãy nêu 1 phản ứng tỏa nhiệt và 1 phản ứng thu nhiệt mà em biết.

Lời giải:

- Cho kim loại iron (Fe) tác dụng với giấm (CH₃COOH – acetic acid). Phương trình nhiệt hoá học:

$Fe\left(s\right)+2C{H}_{3}COOH\left(aq\right)\to {\left(C{H}_{3}COO\right)}_{2}Fe\left(aq\right)+H_2\left(g\right){\Delta }_r{H}_{298}^0<0$

⇒ Phản ứng toả nhiệt.

- Cho NaHCO₃ tác dụng với acid. Phương trình nhiệt hoá học:

$2NaHC{O}_3\left(s\right)+H_{2}S{O}_4\left(aq\right)\to N{a}_{2}S{O}_4\left(aq\right)+2C{O}_2\left(g\right)+2H_{2}O\left(g\right){\Delta }_r{H}_{298}^0>0$

⇒ Phản ứng thu nhiệt.

Câu 2.  Cho phương trình nhiệt hóa học của phản ứng

$N_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\stackrel{t°}{\to }2NO\left(g\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=+179,20kJ$

Phản ứng trên là phản ứng

A. thu nhiệt

B. không có sự thay đổi năng lượng

C. tỏa nhiệt

D. có sự giải phóng nhiệt lượng ra môi trường

Lời giải:

Đáp án đúng là: A.

${\Delta }_r{H}_{298}^o=+179,20kJ>0$

Phản ứng trên là phản ứng thu nhiệt.

Câu 3.  Dựa vào phương trình nhiệt hóa học của phản ứng sau:

$C{O}_2\left(g\right)\to CO\left(g\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right){\Delta }_r{H}_{298}^0=+280kJ$

Giá trị ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ của phản ứng $2C{O}_2\left(g\right)\to 2CO\left(g\right)+O_2\left(g\right)$ là

A. +140 kJ.

B. – 1120 kJ.

C. + 560 kJ.

D. – 420 kJ.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C.

Theo phương trình nhiệt học, phản ứng phân hủy 1 mol CO₂ thu được 1 mol CO và 0,5 mol O₂ cần thu 280kJ nhiệt.

Vậy để phân hủy 2 mol CO₂ thu được 2 mol CO và 1 mol O₂ cần thu 280.2 = 560 kJ nhiệt.

Giá trị ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ của phản ứng $2C{O}_2\left(g\right)\to 2CO\left(g\right)+O_2\left(g\right)$ là +560 kJ.

Câu 4. Phương trình nhiệt hóa học:

$3H_2\left(g\right)+N_2\left(g\right)\stackrel{t°}{\to }2N{H}_3\left(g\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-91,80kJ$

Lượng nhiệt tỏa ra khi dùng 9 g H₂(g) để tạo thành NH₃(g) là

A. – 275,40 kJ

B. – 137,70 kJ

C. – 45,90 kJ

D. – 183,60 kJ

Lời giải:

Đáp án đúng là: B.

9 gam H₂ tương đương với 4,5 mol.

Theo đề bài, phản ứng của 3 mol H₂ thể khí với 1 mol N₂ thể khí tạo 2 mol NH₃ thể khí giải phóng 91,8 kJ nhiệt.

Vậy phản ứng của 9 gam H₂ (tương đương với 4,5 mol) ở thể khí tạo thành NH₃ ở thể khí giải phóng: $4,5.\frac{91,8}{3}=137,7kJ$ nhiệt.

Câu 5.  Dựa vào phương trình nhiệt hóa học của các phản ứng sau:

$C{S}_2\left(l\right)+3O_2\left(g\right)\stackrel{t°}{\to }C{O}_2\left(g\right)+2S{O}_2\left(g\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-1110,21kJ$ (1)

$C{O}_2\left(g\right)\to CO\left(g\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=+280,00kJ$ (2)

$2Na\left(s\right)+2H_{2}O\left(l\right)\to 2NaOH\left(aq\right)+H_2\left(g\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-367,50kJ$ (3)

$ZnS{O}_4\left(s\right)\to ZnO\left(s\right)+S{O}_3\left(g\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=+235,21kJ$ (4)

Cặp phản ứng thu nhiệt là:

A. (1) và (2)

B. (3) và (4)

C. (1) và (3)

D. (2) và (4)

Lời giải:

Đáp án đúng là: D.

Phản ứng (2) và (4) có ${\Delta }_r{H}_{298}^o>0$ nên là phản ứng thu nhiệt.

Câu 6 Dựa vào phương trình nhiệt hóa học của phản ứng sau:

$3Fe\left(s\right)+4H_{2}O\left(l\right)\to F{e}_3{O}_4\left(s\right)+4H_2\left(g\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=+26,32kJ$

Giá trị ${\Delta }_r{H}_{298}^o$ của phản ứng: $F{e}_3{O}_4\left(s\right)+4H_2\left(g\right)\to 3Fe\left(s\right)+4H_{2}O\left(l\right)$ là:

A. – 26,32 kJ

B. + 13,16 kJ

C. + 19,74 kJ

D. – 10,28 kJ

Lời giải:

Đáp án đúng là: A.

Do $3Fe\left(s\right)+4H_{2}O\left(l\right)\to F{e}_3{O}_4\left(s\right)+4H_2\left(g\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=+26,32kJ$

Nên $F{e}_3{O}_4\left(s\right)+4H_2\left(g\right)\to 3Fe\left(s\right)+4H_{2}O\left(l\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-26,32kJ$

Câu 7: Phản ứng thu nhiệt là gì?

A. Là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt;

B. Là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt;

C. Là phản ứng giải phóng ion dưới dạng nhiệt;

D. Là phản ứng hấp thụ ion dưới dạng nhiệt.

Đáp án đúng là B. Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt.

Câu 8: Phản ứng tỏa nhiệt là gì?

A. Là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt;

B. Là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt;

C. Là phản ứng giải phóng ion dưới dạng nhiệt;

D. Là phản ứng hấp thụ ion dưới dạng nhiệt.

Đáp án đúng là A. Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.

Câu 9: Phản ứng nào sau đây là phản ứng thu nhiệt?

A. Phản ứng tôi vôi

B. Phản ứng đốt than và củi;

C. Phản ứng phân hủy đá vôi;

D. Phản ứng đốt nhiên liệu.

Đáp án đúng là C. Phản ứng phân hủy đá vôi cần cung cấp nhiệt để phản ứng xảy ra, ngừng cung cấp nhiệt phản ứng sẽ dừng lại, do đó là phản ứng thu nhiệt.

Câu 10: Nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của một phản ứng ở một điều kiện xác định được gọi là gì?

A. Nhiệt lượng tỏa ra;

B. Nhiệt lượng thu vào;

C. Biến thiên enthalpy;

D. Biến thiên năng lượng.

Đáp án đúng là C. Biến thiên enthalpy của phản ứng là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của một phản ứng ở một điều kiện xác định.

Câu 11: Điều kiện chuẩn của biến thiên enthalpy là gì?

A. Áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ là 25oC (298K);

B. Áp suất 1 atm (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ là 25oC (298K);

C. Áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ là 0oC (273K);

D. Áp suất 1 atm (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ là 0oC (273K).

Đáp án đúng là A. Biến thiên enthalpy chuẩn được xác định ở điều kiện chuẩn với áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ là 25oC (298K).

Câu 12: Phát biểu nào sau đây sai?

A. ⧍rH > 0 thì phản ứng thu nhiệt;

B. ⧍rH < 0 thì phản ứng tỏa nhiệt;

C. Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng ít;

D. Các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng thường là phản ứng tỏa nhiệt, các phản ứng thu nhiệt thường xảy ra khi đun nóng.

Đáp án đúng là C. Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều.

Câu 13: Phát biểu nào sau đây là sai?

A. Nhiệt tạo thành của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền vững nhất ở một điều kiện xác định;

B. Nhiệt tạo thành chuẩn là nhiệt tạo thành ở điều kiện chuẩn;

C. Nhiệt tạo thành chuẩn của các đơn chất ở dạng bền vững nhất bằng một;

D. Biến thiên enthalpy của phản ứng được xác định bằng hiệu số giữa tổng nhiệt tạo thành các sản phẩm và tổng nhiệt tạo thành các chất đầu.

Đáp án đúng là C. Nhiệt tạo thành chuẩn của các đơn chất ở dạng bền vững nhất bằng không.

Câu 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết khi các chất ở trạng thái nào?

A. Chất lỏng;

B. Chất rắn;

C. Chất khí;

D. Cả 3 trạng thái trên.

Đáp án đúng là C. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết khi các chất đều ở trạng thái khí.

Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập liên quan khác:

30 Bài tập về Phản ứng hóa học và enthalpy (2024) có đáp án chi tiết nhất 

30 bài tập về biến thiên Enthalpy trong các phản ứng hóa học (2024) có đáp án chi tiết nhất 

30 Bài tập về Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học (2024) có đáp án chi tiết nhất 

30 Bài tập về Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng (2024) có đáp án chi tiết nhất 

30 bài tập về Phản ứng oxi hóa - khử (2024) có đáp án chi tiết nhất