Giải Hoá Học 10 Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học
Mở đầu trang 80 Hóa học 10: Hầu như mọi phản ứng hóa 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?
Lời giải:
Phản ứng có kèm theo sự thay đổi năng lượng dưới dạng nhiệt năng đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống.
Ví dụ:
- Phản ứng đốt cháy than tỏa một lượng nhiệt lớn giúp đun nấu và sưởi ấm.
C + O2 CO2
- Phản ứng thủy phân collagen thành gelatin (là một loại protein dễ tiêu hóa) diễn ra khi hầm xương động vật là phản ứng thu nhiệt.
1. Phản ứng toả nhiệt
Lời giải:
- Phương trình hóa học của phản ứng nhiệt nhôm để hàn đường ray:
2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe
- Nhận xét về sự thay đổi nhiệt: Phản ứng tỏa nhiệt rất lớn (trên 2 500oC)
Thí nghiệm 1: Sự thay đổi nhiệt độ khi vôi sống phản ứng với nước.
Dụng cụ và thiết bị: Cốc chịu nhiệt 500 mL, cân, nhiệt kế, đũa thủy tinh, giá đỡ nhiệt kế.
Hóa chất: Vôi sống (CaO), nước cất.
Bước 3: Ghi nhận giá trị nhiệt độ sau khoảng 2 phút.
Lời giải:
- Hiện tượng:
+ Ở bước 1 ghi nhận giá trị của nhiệt kế là khoảng 25oC.
+ Ở bước 2, CaO màu trắng tan trong nước, nhiệt độ tăng dần trên trên nhiệt kế.
+ Sau 2 phút ghi nhận giá trị của nhiệt kế là khoảng 50oC.
- Kết luận: Nhiệt độ chất lỏng trong cốc tăng lên từ 25oC đến 50oC
- Giải thích: CaO đã phản với nước theo phương trình: CaO + H2O → Ca(OH)2
Phản ứng này tỏa nhiệt nên làm nhiệt độ chất lỏng trong cốc tăng.
Lời giải:
- Hiện tượng: Cả hai quá trình đều xuất hiện khí bay ra.
- Phương trình hóa học:
+ Đốt cháy than: C + O2 CO2
+ Đốt cháy ethanol: C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O
- Cả hai quá trình trên đều làm nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên.
2. Phản ứng thu nhiệt
Lời giải:
Dự đoán sự thay đổi nhiệt độ của nước trong cốc:
Nhiệt độ của nước trong cốc sẽ giảm đi (hay nước sẽ mát hơn).
Lời giải:
Trong phản ứng nung đá vôi (CaCO3), nếu ngừng cung cấp nhiệt, phản ứng không tiếp tục xảy ra.
Thí nghiệm 2: Nhiệt phân potassium chlorate
Hóa chất: Potassium chlorate (KClO3), manganese dioxide (MnO2)
Phương trình hóa học của phản ứng:
Lời giải:
- Hiện tượng:
+ Trước khi đốt nóng hỗn hợp không có hiện tượng gì xảy ra.
+ Sau khi đốt nóng, có bọt khí nổi lên và đẩy nước ra khỏi bình tam giác
- Nếu ngừng đốt nóng thì phản ứng dừng lại, khí không được sinh ra thêm nữa.
3. Biến thiên Enthalpy chuẩn của phản ứng
Lời giải:
Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học được xác định trong điều kiện chuẩn: Áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và thường chọn nhiệt độ 25oC (hay 298K).
Câu hỏi 7 trang 83 Hóa học 10: Phương trình nhiệt hóa học cho biết thông tin gì về phản ứng hóa học
Lời giải:
Phương trình nhiệt hóa học cho biết:
- Nhiệt phản ứng (Nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng).
∆rH > 0 ⇒ Phản ứng thu nhiệt.
∆rH < 0 ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.
- Trạng thái của các chất đầu (cđ) và sản phẩm (sp).
(s): rắn
(aq): dung dịch
(l): lỏng
(g): khí.
Luyện tập trang 83 Hóa học 10: Cho hai phương trình nhiệt hóa học sau:
C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) ∆ r = +131,25 kJ (1)
CuSO4 (aq) + Zn(s) → ZnSO4(aq) + Cu(s) ∆ r = -231,04 kJ (2)
Trong hai phản ứng trên, phản ứng nào là thu nhiệt, phản ứng nào là tỏa nhiệt?
Lời giải:
Phản ứng (1) là thu nhiệt vì ∆ r = +131,25 kJ > 0
Phản ứng (2) là tỏa nhiệt vì ∆ r = -231,04 kJ < 0
4. Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành)
Lời giải:
Enthalpy tạo thành của một chất |
Enthalpy của phản ứng |
- Chỉ tạo thành 1 mol chất. - Các chất tham gia phải ở dạng đơn chất bền nhất. |
- Sản phẩm có thể là 1 hay nhiều chất. - Các chất tham gia có thể ở dạng đơn chất hoặc hợp chất. |
Ví dụ: C (graphite) + O2(g) CO2 ∆ f(CO2, g) = -393,50 kJ/mol Carbon dạng graphite, oxygen dạng phân tử khí là các dạng đơn chất bền nhất của carbon và oxygen. |
Ví dụ: C2H5OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l) ∆r = -1366,89 kJ |
Câu hỏi 9 trang 84 Hóa học 10: Cho phản ứng sau:
Cho biết ý nghĩa của giá trị ∆ f(SO2, g)
Lời giải:
∆ f(SO2, g) = -296,80 kJ/mol là lượng nhiệt tỏa ra khi tạo ra 1 mol SO2(g) từ các đơn chất ở trạng thái bền ở điều kiện chuẩn (sulfur ở trạng thái rắn, oxygen dạng phân tử khí chính là các dạng đơn chất bền nhất của sulfur và oxygen).
Lời giải:
∆ f(SO2, g) = -296,80 kJ/mol < 0
⇒ Hợp chất SO2(g) bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền S(s) và O2(g).
Lời giải:
Các phản ứng có enthalpy tạo thành dương (lấy nhiệt từ môi trường):
Phản ứng tạo thành các chất: C2H2(g), C2H4(g), C6H6(l), CS2(aq), HI(g), N2O(g), N2O4(g), NO(g), NO2(g).
Lời giải:
1J = 0,239 cal
⇒ 1 kJ = 0,239 kcal
∆ f(Fe2O3, s) = -825,50 kJ/mol = -825,50 . 0,239 kcal/mol = -197,29 kcal/mol
∆ f(NO, g) = +90,29 kJ/mol = +21,58 kcal/mol
∆ f(H2O, g) = -241,82 kJ/mol = -57,79 kcal/mol
∆ f(C2H5OH, l) = -277,63 kJ/mol = -66,35 kcal/mol
5. Ý nghĩa của dấu và giá trị ...
Lời giải:
Biến thiên enthalpy của phản ứng: ∆ r = -111,68 kJ < 0
∆ f(sp) < ∆ f(cđ)
Lời giải:
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) ∆ r = +178,49 kJ
Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng nhiệt phân CaCO3
Câu hỏi 14 trang 85 Hóa học 10: Cho hai phương trình nhiệt hóa học sau:
CO(g) + O2(g) → CO2(g) ∆ r = -283,00 kJ (1)
H2(g) + F2(g) → 2HF(g) ∆ r = -546,00 kJ (2)
So sánh nhiệt giữa hai phản ứng (1) và (2). Phản ứng nào xảy ra thuận lợi hơn?
Lời giải:
Nhiệt phản ứng (2) (∆ r = -546,00 kJ) âm hơn nhiệt phản ứng (1) (∆ r = -283,00 kJ)
⇒ Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn.
NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) → CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l) ∆ r = 94,30kJ
Phản ứng trên là tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Vì sao? Tìm những ứng dụng khác của phản ứng trên.
Lời giải:
NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) → CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l) ∆ r = 94,30kJ
- Phản ứng trên là thu nhiệt vì ∆ r = 94,30kJ > 0
- Một số ứng dụng khác của phản ứng trên:
+ Thông tắc cống, bồn cầu, máy giặt, bồn rửa bát,…
+ Làm xốp bánh.
+ Tẩy trắng quần áo, giày dép, răng miệng.
+ Vệ sinh cơ thể, tẩy tế bào chết cho da.
+ Hút ẩm giày, tủ quần áo.
Bài tập (trang 86, 87)
Bài 1 trang 86 Hóa học 10: Phương trình nhiệt hóa học giữa nitrogen và oxygen như sau:
N2(g) + O2(g) → 2NO(g) ∆ r = +180 kJ
A. Nitrogen và oxygen phản ứng mạnh hơn khi ở nhiệt độ thấp.
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.
Lời giải:
Đáp án đúng là: D
∆ r = +180 kJ > 0
⇒ Phản ứng hóa học xảy ra có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường
B. Năng lượng chất tham gia phản ứng nhỏ hơn năng lượng chất sản phẩm
C. Biến thiên enthalpy của phản ứng là a kJ/mol
Lời giải:
Phản ứng có biến thiên enthalpy là ∆ r = -a kJ < 0 ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt
Năng lượng chất tham gia phản ứng lớn hơn năng lượng chất sản phẩm.
Lời giải:
Đáp án đúng là: A
Phản ứng giữa hydrochloric acid (HCl) và sodium hydroxide (NaOH) là phản ứng tỏa nhiệt (∆ r = -57,3 kJ).
Khi hydrochloric acid (HCl) phản ứng với sodium hydroxide (NaOH) nhiệt độ tăng dần. Đến khi phản ứng kết thúc, nhiệt độ sẽ giảm dần để cân bằng với nhiệt độ môi trường.
Bài 4 trang 87 Hóa học 10: Cho phương trình nhiệt hóa học sau:
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) ∆ r = -57,3 kJ
Vẽ sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng
Lời giải:
Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng:
Xem thêm lời giải bài tập SGK Hoá học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:
Bài 11: Liên kết hydrogen và tương tác van der waals
Bài 12: Phản ứng oxi hóa – khử và ứng dụng trong cuộc sống
Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học
Bài 15: Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng