Hóa học 10 Chân trời sáng tạo Bài 14: Tính biến thiên Enthalpy của phản ứng hóa học

- Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết

Hình 14.1. Sự hình thành phân tử nước

- Phản ứng hóa học xảy ra khi có sự phá vỡ các liên kết hoá học của chất đầu (cđ) và hình thành các liên kết hoá học của sản phẩm (sp). Sự phá vỡ các liên kết cần cung cấp năng lượng, sự hình thành các liên kết lại giải phóng năng lượng.

- Cho phản ứng tổng quát ở điều kiện chuẩn: aA (g) + bB (g) → mM (g) + nN (g)

- Tính \({\Delta _r}H_{298}^0\) của phản ứng khi biết các giá trị năng lượng liên kết (E_b) theo công thức:

\({\Delta _r}H_{298}^0\) = a x E_b (A) + b x E_b (B) – m x E_b (M) - n x E_b (N)         (1)

- Tính biến thiển enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết được áp dụng cho phản ứng trong đó các chất đều có liên kết cộng hoá trị ở thể khí khi biết giá trị năng lượng liên kết của tất cả các chất trong phản ứng.

Bảng 14.1. Năng lượng liên kết của một số liên kết cộng hoá trị

Ví dụ 1: Dựa vào năng lượng liên kết ở Bảng 14.1, tính biến thiện enthalpy của phản ứng:

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)

- Bước 1: Tính năng lượng cần thiết để phá vỡ 1 mol H - H và 1 mol Cl - Cl

+ Tổng năng lượng thu vào để phá vỡ các liên kết: E_{b (H -H)} + E_{b (C - C)} = 432 +243 = 675 kJ

- Bước 2: Tính năng lượng toả ra khi hình thành 2 mol H - Cl

+ Tổng năng lượng toả ra để hình thành liên kết: 2 x E_{b (H-Cl)} = 2 x 427 = 854 kJ

- Bước 3: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo công thức (1)

+ \({\Delta _r}H_{298}^0\) = 675 - 854 = -179 kJ

+ Do \({\Delta _r}H_{298}^0\) < 0 nên phản ứng toả nhiệt.

Ví dụ 2: Tính biến thiên enthanny của phản ứng tạo thành ammonia (sử dụng năng lượng liên kết ở Bảng 14.1). Cho biết phản ứng thu nhiệt hay toả nhiệt và vẽ sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng.

3H₂(g) + N₂(g) → 2NH₃ (g)

\({\Delta _r}H_{298}^0\) = 3 x E_b (H₂) + E_b (N₂) - 2 x E_b (NH₃)

= 3 x E_{b(H - H)} + E_{b(N - N)} – 2 x 3 x E_{b(N - H)} = 3 x 432 + 945 - 2 x 3 x 391 = -105 kJ.

- Do \({\Delta _r}H_{298}^0\) < 0 nên phản ứng toả nhiệt.

- Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng:

Hình 14.2.Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy

Tổng quát: \({\Delta _r}H_{298}^0 = \sum {E_b}(c{\rm{d}}) - \sum {E_b}(sp)\) Với \(\sum {E_b}(c{\rm{d}})\), \(\sum {E_b}(s{\rm{p}})\): tổng năng lượng liên kết trong phân tử chất đầu và sản phẩm của phản ứng.

- Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành

- Cho phương trình hoá học tổng quát: aA + bB → MM + nN

- Có thể tính được biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hoá học (\({\Delta _r}H_{298}^0\)) khi biết các giá trị \({\Delta _f}H_{298}^0\) của tất cả các chất đầu và sản phẩm theo công thức sau:

\({\Delta _r}H_{298}^0 = m.{\Delta _f}H_{298}^0(M) + n.{\Delta _f}H_{298}^0(N) - a.{\Delta _f}H_{298}^0(A) - b.{\Delta _f}H_{298}^0(B)\) (2)

Ví dụ 3: Cho enthalpy tạo thành chuẩn của các chất tương ứng trong phương trình.

- Tính biến thiên enthalpy của phản ứng sau: 2NO₂ (g) → N₂O₄ (g)

- Theo công thức (2), ta có: \({\Delta _r}H_{298}^0 = {\Delta _f}H_{298}^0({N_2}{O_4}) - 2.{\Delta _f}H_{298}^0(N{O_2})\)= 9,16 – 2 x 33,20 = -57,24 kg

- Do \({\Delta _r}H_{298}^0\) < 0 nên phản ứng toả nhiệt.

Ví dụ 4: Cho nhiệt tạo thành chuẩn của các chất tương ứng trong phương trình.

- Tính biến thiên enthalpy của phản ứng sau: N₂O₄ (g) + 3CO (g) → N₂O (g) + 3CO₂ (8)

- Theo công thức (2), ta có:

\({\Delta _r}H_{298}^0 = {\Delta _f}H_{298}^0({N_2}O) + 3.{\Delta _f}H_{298}^0(C{O_2}) - {\Delta _f}H_{298}^0({N_2}{O_4}) - 3.{\Delta _f}H_{298}^0(CO)\)

= 82,05 + 3 x (-393,50) - 9,16 - 3x (-110,50) = -776,11 kJ

- Do \({\Delta _f}H_{298}^0\) < 0 nên phản ứng toả nhiệt.

Tổng quát: \({\Delta _r}H_{298}^0 = \sum {\Delta _f}H_{298}^0(sp) - \sum {\Delta _f}H_{298}^0(cd)\) Với \(\sum {\Delta _f}H_{298}^0(sp);\sum {\Delta _f}H_{298}^0(cd)\): tổng enthalpy tạo thành ở điều kiện chuẩn tương ứng của sản phẩm, chất đầu của phản ứng.

Bài 1: Methane cháy tỏa nhiệt lớn nên được dùng làm nhiên liệu. Khi trộn methane và oxygen với tỉ lệ thích hợp thì sẽ tạo ra hỗn hợp nổ

Biến thiên enthalpy của phản ứng trên được tính toán dựa trên các giá trị nào?

Hướng dẫn giải

- Trong bất cứ phản ứng hóa học nào, nhiệt có thể hoặc là được thu vào hoặc là thoát ra môi trường xung quanh. Nhiệt độ trao đổi giữa phản ứng hóa học và môi trường xung quanh được gọi là entanpy của phản ứng, ký hiệu là H. Tuy nhiên, H không thể đo được một cách trực tiếp, thay vào đó, việc đo sự thay đổi nhiệt độ của phản ứng theo thời gian được sử dụng để tính sự biến thiên của entanpy theo thời gian (ký hiệu là ∆H). Biết ∆H của một phản ứng, ta có thể xác định được đó là phản ứng thu nhiệt (nhiệt của phản ứng lấy từ môi trường) hay tỏa nhiệt (nhiệt của phản ứng tỏa ra môi trường). 

- Biến thiên enthalpy của phản ứng được tính toán dựa trên giá trị năng lượng liên kết hoặc dựa vào enthalpy tạo thành.

Bài 2: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng phân hủy trinitroglycerin (C₃H₅O₃(NO₂)₃), theo phương trình sau (biết nhiệt tạo thành của nitroglycerin là -370,15 kJ/mol):

4 C₃H₅O₃(NO₂)₃(s) → 6N₂(g) + 12CO₂(g) + 10H₂O(g) + O₂(g)

Hãy giải thích vì sao trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần thuốc súng không khói.

Hướng dẫn giải

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = 6.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(N₂) + 12.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(CO₂) + 10.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(H₂O) + \({\Delta _f}H_{298}^o\)(O₂) - 4.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(C₃H₅O₃(NO₂)₃)

= 6.0 + 12.(-393,50) + 10.(-241,82) + 1.0 – 4.(-370,15) = -5659,60 kJ < 0

→ Phản ứng phân hủy trinitroglycerin tỏa ra lượng nhiệt rất lớn → Gây tính sát thương cao

→ Trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần của thuốc súng không khói.

Sau bài học này, học sinh sẽ:

- Tính được \({\Delta _r}H_{298}^0\) của một phản ứng dựa vào bảng số liệu năng lượng liên kết, nhiệt tạo thành cho sẵn.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Hóa học 10 Chân trời sáng tạo Bài 14 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Cho phản ứng: CH₄(g) + H₂O(l) → CO(g) + 3H₂(g)   \({\Delta _r},H_{298}^0\) = 250 kJ.

  Ở điều kiện chuẩn, để thu được 1 gam H₂, phản ứng này cần hấp thu nhiệt lượng bằng bao nhiêu

  • A. 42,67 kJ.
  • B. 41,67 kJ.
  • C. 31,67 kJ.
  • D. 32,67 kJ.

• Câu 2:

  Tính \({\Delta _r},H_{298}^0\) các phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol C₂H₄(g). Biết các sản phẩm thu được đều ở thể khí.

  • A. -1428,4 kJ.mol^-1
  • B. -1323 kJ.mol^-1
  • C. -563 kJ.mol^-1
  • D. -283 kJ.mol^-1

• Câu 3:

  Kết luận nào sau đây sai ?

  • A. Liên kết trong phân tử BaF₂ và CsCl là liên kết ion.
  • B. Liên kết trong phân tử NH₃, H₂O, H₂S là liên kết cộng hóa trị có cực.
  • C. Liên kết trong phân tử Cl₂, H₂, O₂, N₂ là liên kết cộng hóa trị không cực.
  • D. Liên kết trong phân tử CaS và AlCl₃ là liên kết ion vì được hình thành giữa kim loại và phi kim.

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Hóa học 10 Chân trời sáng tạo Bài 14 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Giải câu hỏi 1 trang 88 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 2 trang 89 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 3 trang 89 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 89 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Vận dụng trang 90 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 90 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Vận dụng trang 91 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải câu hỏi 4 trang 91 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 91 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 1 trang 92 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 2 trang 92 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 3 trang 93 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 4 trang 93 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 5 trang 93 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 6 trang 93 SGK Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.1 trang 56 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.2 trang 56 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.3 trang 56 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.4 trang 56 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.5 trang 57 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.6 trang 57 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.7 trang 57 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.8 trang 58 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.9 trang 58 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.10 trang 58 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.11 trang 59 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.12 trang 59 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.13 trang 59 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.14 trang 59 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài 14.15 trang 59 SBT Hóa học 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Hóa học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!