Tính biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học (2024) hay, chi tiết nhất

Tính biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học

I. Lí thuyết

1. Khái niệm biến thiên enthalpy

- Biến thiên enthalpy của phản ứng (nhiệt phản ứng), kí hiệu là ∆_rH là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng ở một điều kiện xác định.

- Phương trình hóa học kèm theo trạng thái của các chất và giá trị ∆_rH gọi là phương trình nhiệt hóa học.

- Ví dụ: Ở điều kiện chuẩn, khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol CH₄, sản phẩm là CO₂(g) và H₂O(l), thì sẽ giải phóng một nhiệt lượng là 890 kJ.

Như vậy phản ứng có biến thiên enthalpy $∆$_r$H_{298}^0$ = –890 kJ và được biểu diễn bằng phương trình nhiệt hóa học như sau:

CH₄(g) + 2O₂(g) $\to$ CO₂(g) + 2H₂O(l) $∆$_r$H_{298}^0$ = –890 kJ

2. Tính biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học

a) Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành

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

- Ở điều kiện chuẩn:

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

Trong tính toán cần lưu ý đến hệ số của các chất trong phương trình hóa học.

- Ví dụ: Hãy xác định biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy ethane:

C₂H₆(g) + $\frac{7}{2}$>O₂(g)$\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO₂(g) + 3H₂O (l)

Biết: Nhiệt tạo thành chuẩn của C₂H₆; O₂; CO₂; H₂O lần lượt là -84,7 kJ/mol; 0 kJ/mol; -393,5 kJ/mol; -285,8 kJ/mol.

Hướng dẫn:

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.$\frac{7}{2}$= - 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)

b) Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết

- Phản ứng hóa học là quá trình phá vỡ các liên kết trong chất đầu và hình thành các liên kết mới để tạo thành sản phẩm.

- Biến thiên enthalpy của phản ứng (mà các chất đều ở thể khí), bằng hiệu số giữa tổng năng lượng liên kết của các chất đầu và tổng năng lượng liên kết của các sản phẩm (ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất).

- Ở điều kiện chuẩn:

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

- Ví dụ: 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)

Hướng dẫn:

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

= [945.1 + 494.1] – 607.2 = 225 (kJ)

Chú ý: Biến thiên enthalpy của phản ứng có thể được xác định bằng nhiệt lượng kế.

II. Bài tập vận dụng

Câu 1. 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 2. 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 3. 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

Các phản ứng: tôi vôi, đốt than củi, đốt nhiên liệu đều giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt ra môi trường ⇒ Là phản ứng tỏa nhiệt.

Phản ứng phân hủy đá vôi cần cung cấp nhiệt để phản ứng xảy ra, ngừng cung cấp nhiệt phản ứng sẽ dừng lại ⇒ Là phản ứng thu nhiệt.

Câu 4. 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 5. Điều kiện chuẩn của biến thiên enthalpy là?

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 25^oC (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 25^oC (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 0^oC (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 0^oC (273K).

Đáp án đúng là: A

Biến thiên enthapy chuẩn là nhiệt tỏa ra hai thu vào của phản ứng được xác định ở điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ là 25^oC (298K).

Câu 6. 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 7. Kí hiệu của nhiệt tạo thành chuẩn là?

A. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$;

B. ${\Delta }_{f}H$;

C.${\Delta }_f{H}_{273}^0$;

D. ${\Delta }_f{H}_1^0$.

Đáp án đúng là: A

Nhiệt tạo thành ⧍_fH 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.

Nhiệt tạo thành chuẩn (${\Delta }_f{H}_{298}^0$) là nhiệt tạo thành ở điều kiện chuẩn.

Câu 8. Đơn vị của nhiệt tạo thành chuẩn là?

A. kJ;

B. kJ/mol;

C. mol/kJ;

D. J.

Đáp án đúng là: B

Đơn vị của nhiệt tạo thành chuẩn là kJ/mol.

Câu 9. 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 enthapy 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 10. 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 thể khí.

Câu 11. Phản ứng sau thuộc loại phản ứng nào?

$Cu{\left(OH\right)}_2\left(s\right)\stackrel{t^o}{\to }CuO\left(s\right)+H{O}_2\left(l\right)$ ${\Delta }_r{H}_{298}^0=+9,0kJ$

A. Phản ứng tỏa nhiệt;

B. Phản ứng thu nhiệt;

C. Vừa thu nhiệt, vừa tỏa nhiệt;

D. Không thuộc loại nào.

Đáp án đúng là: B

${\Delta }_r{H}_{298}^0=+9,0kJ$> 0 $\Rightarrow$phản ứng thu nhiệt.

Câu 12. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:

$C{H}_4\left(g\right)+2O_2\left(g\right)\stackrel{t^o}{\to }C{O}_2\left(g\right)+2H_{2}O\left(g\right)$

biết nhiệt tạo thành ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ của CH₄(g) là -74,9 kJ/mol, của CO₂(g) là - 393,5 kJ/mol, của H₂O(l) là -285,8 kJ/mol.

A. - 74,9 kJ;

B. - 965,1 kJ;

C. - 890,2 kJ;

D. 1040 kJ.

Đáp án đúng là: C

Tổng nhiệt tạo thành các chất đầu là:

$\sum {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(cđ\right)={\Delta }_f{H}_{298}^0\left(C{H}_4\right(g\left)\right)+{\Delta }_f{H}_{298}^0\left(O_2\right(g\left)\right).2=-74,9+0.2=-74,9\left(kJ\right)$

Tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm là:

$\sum {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(sp\right)={\Delta }_f{H}_{298}^0\left(C{O}_2\right(g\left)\right)+{\Delta }_f{H}_{298}^0\left(H_{2}O\right(g\left)\right).2=-393,5+(-285,8).2=-965,1\left(kJ\right)$

Biến thiên enthalpy của phản ứng là:

${\Delta }_r{H}_{298}^0=\sum {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(sp\right)-\sum {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(cđ\right)=-965,1-(-74,9)=-890,2\left(kJ\right)$

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

50 Bài tập về nguyên tố hóa học (có đáp án)

50 Bài tập về cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử (có đáp án)

50 Bài tập thành phần của nguyên tử (có đáp án)

50 Bài tập Hóa 10 Cấu tạo nguyên tử (có đáp án)

30 bài tập về phương pháp bảo toàn electron (2024) có đáp án chi tiết nhất