Giải SGK Hóa 10 (Kết nối tri thức) Bài 17: Biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học

Giải Hóa học 10 Bài 17: Biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học

Mở đầu trang 81 Hóa học 10: Phản ứng giữa đường glucose với oxygen tạo ra carbon dioxide, hơi nước và toả nhiều nhiệt. Sau khi chơi thể thao, cơ thể mệt mỏi, nếu uống một cốc nước hoa quả, em sẽ cảm thấy khoẻ hơn. Có phải đường glucose đã "cháy" và cấp bù năng lượng cho cơ thể?

Lời giải:

Sau khi chơi thể thao, cơ thể mệt mỏi do glucose bị phân giải nhiều dẫn đến cơ thể bị thiếu hụt glucose.

Sau khi ta uống cốc nước hoa quả, đường glucose được cơ thể hấp thụ, phân giải cung cấp năng lượng cho cơ thể chính điều này làm em cảm thấy khỏe hơn.

I. Phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng thu nhiệt

Câu hỏi 1 trang 81 Hóa học 10: Khi đun nóng ống nghiệm đựng KMnO₄ (thuốc tím), nhiệt của ngọn lửa làm cho KMnO₄ bị nhiệt phân, tạo hỗn hợp bột màu đen:

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Em hãy dự đoán phản ứng này toả nhiệt hay thu nhiệt.

Lời giải:

Em dự đoán phản ứng này thu nhiệt vì em thấy phản ứng nhiệt phân KMnO₄ cần cung cấp nhiệt độ.

Hoạt động trang 82 Hóa học 10: Theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của phản ứng trung hoà

Chuẩn bị: dung dịch HCl 0,5 M, dung dịch NaOH 0,5 M, 1 cốc 250 mL, giá treo nhiệt kế, nhiệt kế (có dải đo đến 100°C), que khuấy và 2 ống đong 50 mL.

Tiến hành:

- Dùng ống đong lấy 50 mL dung dịch HCl 0,5 M cho vào cốc phản ứng, lắp nhiệt kế lên giá sao cho đầu nhiệt kế nhúng vào dung dịch trong cốc (Hình 17.1). Đọc nhiệt độ dung dịch.

- Dùng ống đong khác lấy 50 mL dung dịch NaOH 0,5 M cho vào cốc phản ứng. Khuấy nhẹ.

Theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của dung dịch và trả lời câu hỏi:

1. Nhiệt độ trên nhiệt kế thay đổi như thế nào sau khi rót dung dịch NaOH vào cốc? Phản ứng trung hoà là toả nhiệt hay thu nhiệt?

2. Trong thí nghiệm trên, nếu thay các dung dịch HCl và NaOH bằng các dung dịch loãng hơn thì nhiệt độ thay đổi như thế nào so với thí nghiệm trên?

Lời giải:

1. Sau khi rót dung dịch NaOH vào cốc thì nhiệt độ trên nhiệt kế tăng dần.

⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

2. Nếu thay các dung dịch HCl và NaOH bằng các dung dịch loãng hơn thì nhiệt độ tăng chậm hơn.

II. Biến thiên enthalpy của phản ứng

Câu hỏi 2 trang 83 Hóa học 10: Cho các phương trình nhiệt hoá học:

(1) CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)          ${\Delta }_r{H}_{298}^o=+176,0kJ$

(2) C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)             ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-137,0kJ$       

(3) Fe₂O₃(s) + 2Al(s) → Al₂O₃(s) + 2Fe(s)     ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-851,5kJ$

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

Lời giải:

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ > 0 ⇒ Phản ứng thu nhiệt.

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ < 0 ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

⇒ Phản ứng thu nhiệt: (1)

Phản ứng tỏa nhiệt: (2), (3).

Câu hỏi 3 trang 83 Hóa học 10: Biết phản ứng đốt cháy khí carbon monoxide (CO) như sau:

CO (g) + $\frac{1}{2}$O₂ (g) → CO₂ (g)          ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-283,0kJ$

Ở điều kiện chuẩn, nếu đốt cháy hoàn toàn 2,479 L khí CO thì nhiệt lượng toả ra là bao nhiêu?

Lời giải:

Phản ứng đốt cháy 1 mol hay 24,79L khí carbon monoxide (CO) tỏa ra nhiệt lượng 283kJ.

⇒ Nếu đốt cháy hoàn toàn 2,479 L khí CO thì nhiệt lượng toả ra là

$283.\frac{2,479}{24,79}=28,3kJ$

Câu hỏi 4 trang 84 Hóa học 10: Phản ứng tôi vôi toả ra nhiệt lượng rất lớn, có thể làm sôi nước. Hãy nêu các biện pháp để đảm bảo an toàn khi thực hiện quá trình tôi vôi.

Lời giải:

- Các biện pháp đảm bảo an toàn khi thực hiện quá trình tôi vôi:

+ Tránh xa hố đang tôi vôi.

+ Làm rào chắn, biển báo để cảnh báo những người xung quanh.

III. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành

Câu hỏi 5 trang 86 Hóa học 10: Cho phản ứng:

C (kim cương) → C (graphite)     ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-1,9kJ$

a) Ở điều kiện chuẩn, kim cương hay graphite có mức năng lượng thấp hơn?

b) Trong phản ứng xác định nhiệt tạo thành của CO₂(g): C(s) + O₂(g) → CO₂(g). Carbon ở dạng kim cương hay graphite?

Lời giải:

a) Phản ứng: kim cương ⟶ graphite có ${\Delta }_r{H}_{298}^o=-1,9kJ$ chứng tỏ phản ứng xảy ra tỏa ra nhiệt lượng là 1,9kJ.

⇒ Dạng graphite có mức năng lượng thấp hơn.

b) Trong phản ứng xác định nhiệt tạo thành của CO₂(g): C(s) + O₂(g) → CO₂(g). Carbon ở dạng graphite.

Câu hỏi 6 trang 86 Hóa học 10: Từ số liệu Bảng 17.1, hãy xác định biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy ethane:

C₂H₆ (g) + $\frac{7}{2}$O₂ (g) → 2CO₂ (g) + 3H₂O (l)     (1)

Lời giải:

Tổng nhiệt tạo thành các chất đầu là:

$\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(c\text{d}\right)={\Delta }_f{H}_{298}^o\left(C_2{H}_6\right(g\left)\right).1+{\Delta }_f{H}_{298}^o\left(O_2\right(g\left)\right).\frac{7}{2}$= (-84,7.1) + 0. = - 84,7 (kJ)

Tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm là:

$\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(sp\right)={\Delta }_f{H}_{298}^o\left(C{O}_2\right(g\left)\right).2+{\Delta }_f{H}_{298}^o\left(H_{2}O\right(l\left)\right).3$

= (-393,5.2) + (-285,8.3) = - 1644,4 (kJ)

⇒ Biến thiên enthalpy của phản ứng:

${\Delta }_r{H}_{298}^o=\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(sp\right)-\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(cd\right)$ = - 1559,7 (kJ)

IV. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo liên kết năng lượng liên kết

Câu hỏi 7 trang 88 Hóa học 10: a) Cho biết năng lượng liên kết trong các phân tử O₂, N₂, và NO lần lượt là 494 kJ/mol, 945 kJ/mol và 607 kJ/mol. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng:

N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)

b) Giải thích vì sao nitrogen chỉ phản ứng với oxygen ở nhiệt độ cao hoặc khi có tia lửa điện.

Lời giải:

a) ${\Delta }_r{H}_{298}^o=\text{[}{E}_b(N\equiv N).1+E_b(O=O).1]-E_b(NO).2$

= [945.1 + 494.1] – 607.2 = 225 (kJ)

b) ${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = 225 kJ tức là 1 mol N₂ (g) phản ứng với 1 mol O₂ (g) cần cung cấp 225kJ.

⇒ Nitrogen chỉ phản ứng với oxygen ở nhiệt độ cao hoặc khi có tia lửa điện.

Câu hỏi 8 trang 88 Hóa học 10: Từ số liệu năng lượng liên kết ở Bảng 12.2, hãy tính biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy butane theo năng lượng liên kết, biết sản phẩm phản ứng đều ở thể khí.

Lời giải:

Phương trình hóa học:

C₄H₁₀ (g) + $\frac{13}{2}{O}_2\left(g\right)\stackrel{t^o}{\to }$ 4CO₂ (g) + 5H₂O (g)

Hay

$\sum E_b\left(cd\right)=3.E_b\left(C–C\right)+10.E_b\left(C–H\right)+\frac{13}{2}.E_b\left(O=O\right)$ = 3.346 + 10.418 + 6,5.494 = 8429 kJ

$\sum _b^E\left(sp\right)$ = 8.E_b (C = O) + 10.E_b (O – H) = 8.732 + 10.459 = 10 446 kJ

Biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy butane là:

${\Delta }_r{H}_{298}^o=\sum E_b\left(cd\right)-\sum E_b\left(sp\right)$ = -2017(kJ).

Em có thể trang 88 Hóa học 10: Nhận biết được một phản ứng là toả nhiệt hay thu nhiệt.

Tính được biến thiên enthalpy của một số phản ứng khi biết nhiệt tạo thành hoặc năng lượng liên kết của các chất.

Lời giải:

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ > 0 ⇒ Phản ứng thu nhiệt.

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ < 0 ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

${\Delta }_r{H}_{298}^o=\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(sp\right)-\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(cd\right)$

Xem thêm lời giải bài tập SGK Hóa học lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 18: Ôn tập chương 5

Bài 19: Tốc độ phản ứng

Bài 20: Ôn tập chương 6

Bài 21: Nhóm halogen

Bài 22: Hydrogen halide. Muối halide