Giải Hóa học 10 Chân trời sáng tạo bài 14
VnDoc xin giới thiệu bài Giải Hóa học 10 bài 14: Tính biến thiên Enthalpy của phản ứng hóa học được chúng tôi biên soạn hướng dẫn bạn đọc trả lời các nội dung câu hỏi bài tập sách giáo khoa Hoá 10 Chân trời sáng tạo. Hy vọng thông qua nội dung tài liệu bạn đọc sẽ soạn bài chuẩn bị bài thật tốt, cũng như nắm được các phương pháp giải bài tập.
Bài: Tính biến thiên Enthalpy của phản ứng hóa học
Mở đầu trang 88 Hóa học 10: 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?
Lời giải:
Biến thiên enthalpy của phản ứng được tính toán dựa trên giá trị năng lượng liên kết hoặc dựa vào enthalpy tạo thành
1. Xác định biến thiên Enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết
Câu hỏi 1 trang 88 Hóa học 10: Quan sát Hình 14.1 cho biết liên kết hóa học nào bị phá vỡ, liên kết hóa học nào được hình thành khi H2 phản ứng với O2 tạo thành H2O (ở thể khí)?
Phương pháp giải:
Quan sát Hình 14.1 và rút ra nhận xét
Lời giải:
- Khi H2 phản ứng với O2 tạo thành H2O (ở thể khí)
+ Liên kết H-H và O=O bị phá vỡ
+ Liên kết H-O-H được hình thành
Câu hỏi 2 trang 89 Hóa học 10: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết phải viết được công thức cấu tạo của tất cả các chất trong phản ứng để xác định số lượng và loại liên kết. Xác định số lượng mỗi loại liên kết trong các phân tử sau: CH4, CH3Cl, NH3, CO2.
Phương pháp giải:
- Viết công thức cấu tạo của các chất
=> Xác định được các loại liên kết
Lời giải:
- CH4:
=> Có 4 liên kết C-H
- CH3Cl:
=> Có 3 liên kết C-H, 1 liên kết C-Cl
- NH3
=> Có 3 liên kết N-H
- CO2
=> Có 2 liên kết C=O
Câu hỏi 3 trang 89 Hóa học 10: Dựa vào năng lượng liên kết ở Bảng 14.1, tính biến thiên enthalpy của phản ứng và giải thích vì sao nitrogen (N≡N) chỉ phản ứng với oxygen (O=O) ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành nitrogen monoxide (N=O).
N2(g) + O2(g) → 2NO(g)
Phương pháp giải:
ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
Lời giải:
N2(g) + O2(g) → 2NO(g)
=> Phản ứng trên có 1 liên kết N≡N, 1 liên kết O=O và 2 liên kết N=O
Ta có:
+ N2 có 1 liên kết N≡N với Eb = 945 kJ/mol
+ O2 có 1 liên kết O=O với Eb = 498 kJ/mol
+ NO có 1 liên kết N=O với Eb = 607 kJ/mol
Mà: ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o = Eb(N2) + Eb(O2) – 2Eb(NO) = 945 + 498 – 2. 607 = 229 kJ/mol > 0
=> Phản ứng thu nhiệt
=> Để phản ứng xảy ra, cần cung cấp lượng nhiệt lớn 229 kJ/mol
=> Nitrogen chỉ phản ứng với oxygen khi ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành NO
Luyện tập trang 89 Hóa học 10: Xác định ΔrH298o của phản ứng sau dựa vào giá trị Eb ở Bảng 14.1:
CH4(g) + Cl2(g) → CH3Cl(g) + HCl(g)
Hãy cho biết phản ứng trên tỏa nhiệt hay thu nhiệt?
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng
Bước 2: Áp dụng công thức: ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> Phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt
Lời giải:
CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g)
- Chất đầu:
+ CH4 có 4 liên kết C-H
+ Cl2 có 1 liên kết Cl-Cl
- Sản phẩm
+ CH3Cl có 3 liên kết C-H, 1 liên kết C-Cl
+ HCl có 1 liên kết H-Cl
Mà: ΔrH298o= ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o = Eb(CH4) + Eb(Cl2) – Eb(CH3Cl)- Eb(HCl)
= 4 Eb(C-H) + Eb(Cl-Cl) – 3Eb(C-H) - Eb(C-Cl) - Eb(H-Cl)
= 4.413 + 243 – 3. 413 – 339 - 427 = -110 kJ/mol < 0
=> Phản ứng tỏa nhiệt
Giải hóa học 10 trang 90 Chân trời sáng tạo
Vận dụng trang 90 Hóa học 10: Dựa vào số liệu về năng lượng liên kết ở Bảng 14.1, hãy tính biến thiên enthalpy của 2 phản ứng sau:
2H2(g) + O2(g) →2H2O(g) (1)
C7H16(g) + 11O2(g) → 7CO2(g) + 8H2O(g) (2)
So sánh kết quả thu được, từ đó cho biết H2 hay C7H16 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa (biết trong C7H16 có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H)
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng
Bước 2: Áp dụng công thức: ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
Lời giải:
- Xét phản ứng: 2H2(g) + O2g) →2H2O(g) (1)
ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o(1) = 2Eb(H2) + Eb(O2) – 2Eb(H2O)
= 2.Eb(H-H) + Eb(O=O) – 2.2.Eb(O-H)
= 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ/mol
- Xét phản ứng: C7H16(g) + 11O2(g) → 7CO2(g) + 8H2O(g) (2)
ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o(2) = Eb(C7H16) + 11.Eb(O2) – 7.Eb(CO2) – 8.Eb(H2O)
= 6.Eb(C-C) + 16. Eb(C-H) + 11.Eb(O=O) – 7.2.Eb(C=O) – 8.2.Eb(O-H)
= 6.347 + 16.432 + 11.498 –7.2.745 - 8.2.467 = -3432 kJ/mol
Ta có: ΔrH298o(2) < ΔrH298o(1)
=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn so với phản ứng (1)
=> C7H16 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa
Luyện tập trang 90 Hóa học 10: Tính ΔrH298o của hai phản ứng sau:
3O2(g) → 2O3(g) (1)
2O3(g) → 3O2(g) (2)
Liên hệ giữa giá trị ΔrH298ovới độ bền của O3, O2 và giải thích, biết phân tử O3 gồm 1 liên kết đôi O=O và 1 liên kết đơn O-O
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng
Bước 2: Áp dụng công thức: ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
Lời giải:
- Xét phản ứng: 3O2(g) → 2O3(g) (1)
ΔrH298o= ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o(1) = 3. Eb(O2) – 2.Eb(O3)
= 3.Eb(O=O) – 2.(Eb(O=O) + Eb(O-O))
= 3.498 –2.(498 + 204) = 90 kJ/mol > 0
- Xét phản ứng: 2O3(g) → 3O2(g) (2)
ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o(2) = 2.Eb(O3) - 3. Eb(O2)
= 2.(Eb(O=O) + Eb(O-O)) - 3.Eb(O=O)
= 2.(498 + 204) - 3.498 = -90 kJ/mol < 0
=> Phản ứng (1) xảy ra cần phải cung cấp năng lượng là 90 kJ/mol. Phản ứng (2) xảy ra tỏa ra năng lượng là 90 kJ/mol
=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn
=> Liên kết O3 bền hơn O2
2. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành
Vận dụng trang 91 Hóa học 10: 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
Phương pháp giải:
Áp dụng công thức: ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
Lời giải:
Chất | C3H5O3(NO2)3(s) | N2(g) | CO2(g) | H2O(g) | O2(g) |
ΔfH298o | -370,15 | 0 | -393,50 | -241,82 | 0 |
ΔrH298o= 6.ΔfH298o(N2) + 12.ΔfH298o(CO2) + 10.ΔfH298o(H2O) + ΔfH298o(O2) - 4.ΔfH298o(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
Câu hỏi 4 trang 91 Hóa học 10: Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong phương trình nhiệt hóa học không? Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện nào?
Lời giải:
- Giá trị biến thiên enthalpy tỉ lệ với hệ số các chất trong phương trình
Ví dụ: 2NO2(g) → N2O4(g) có ΔrH298o = -57,24 kJ
=> NO2(g) → ½ N2O4(g) có ΔrH298o = -57,24 : 2 = -28,62 kJ
Luyện tập trang 91 Hóa học 10: Dựa vào giá trị enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, hãy tính giá trị ΔrH298o của các phản ứng sau:
CS2(l) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g) (1)
4NH3(g) + 3O2 → 2N2(g) + 6H2O(g) (2)
Phương pháp giải:
Áp dụng công thức: ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
Lời giải:
- Xét phản ứng: CS2(l) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g) (1)
Chất | CS2(l) | O2(g) | CO2(g) | SO2(g) |
ΔrH298o | +87,90 | 0 | -393,50 | -296,80 |
ΔrH298o=ΔfH298o(CO2) + 2.ΔfH298o(SO2) - ΔfH298o(CS2) - 3.ΔfH298o(O2)
= (-393,50) + 2.(-296,80) – (+87,90) - 3.0
= -1075 kJ
- Xét phản ứng: 4NH3(g) + 3O2 → 2N2(g) + 6H2O(g) (2)
Chất | NH3(g) | O2(g) | N2(g) | H2O(g) |
ΔrH298o | -45,90 | 0 | 0 | -241,82 |
ΔrH298o = 2.ΔfH298o(N2) + 6.ΔfH298o(H2O) – 4.ΔfH298o(NH3) - 3.ΔfH298o(O2)
= 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,90) – 3.0
= -1267,32 kJ
Bài tập (trang 92,93)
Giải hóa học 10 trang 92 Chân trời sáng tạo
Bài 1 trang 92 Hóa học 10: Tính ΔrH298o của các phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết (sử dụng số liệu từ Bảng 14.1):
a) N2H4(g) → N2(g) + 2H2(g)
b) 4HCl(g) + O2(g) → 2Cl2(g) + 2H2O(g)
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng
Bước 2: Áp dụng công thức: ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
Lời giải:
a) N2H4(g) → N2(g) + 2H2(g)
Công thức cấu tạo của N2H4:
ΔrH298o= ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o = Eb(N2H4) – Eb(N2) – 2. Eb(H2)
= Eb(N-N) + 4.Eb(N-H) – Eb(N≡N) - 2.Eb(H-H)
b) 4HCl(g) + O2(g) →t2Cl2(g) + 2H2O(g)
ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o = 4.Eb(HCl) + Eb(O2) – 2.Eb(Cl2) – 2.Eb(H2O)
= 4.Eb(H-Cl) + Eb(O=O) – 2.Eb(Cl-Cl) - 2.2.Eb(O-H)
= 4.427 + 498 – 2.243 – 2.2.467 = -148 kJ
Bài 2 trang 92 Hóa học 10: Dựa vào Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol benzene C6H6(l) trong khí oxygen, tạo thành CO2(g) và H2O(l). So sánh lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g propane C3H8(g) với lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzenne C6H6(l).
Phương pháp giải:
C6H6(l) + 15/2 O2(g) → 6CO2(g) + 3H2O(l)
Áp dụng công thức: ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
Lời giải:
- Xét phản ứng: C6H6(l) + 15/2 O2(g) → 6CO2(g) + 3H2O(l)
Chất | C6H6(l) | O2(g) | CO2(g) | H2O(l) |
ΔrH298o | +49,00 | 0 | -393,50 | -285,84 |
Khi đốt cháy 1 mol C6H6(l)
ΔrH298o = 6.ΔfH298o(CO2) + 3.ΔfH298o(H2O) - ΔfH298o(C6H6) – 15/2.ΔfH298o(O2)
= 6.(-393,50) + 3.(-285,84) – (+49,00) – 15/2.0
= -3267,52 kJ
Ta có: 1,0 g benzene = 1/78 (mol)
=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzene = -3267,52 . 1/78 = -41,89 kJ
- Xét phản ứng: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)
Chất | C3H8(g) | O2(g) | CO2(g) | H2O(l) |
ΔrH298o | -105,00 | 0 | -393,50 | -285,84 |
Khi đốt cháy 1 mol C3H8(g)
ΔrH298o = 3.ΔfH298o(CO2) + 4.ΔfH298o(H2O) - ΔfH298o(C3H8) – 5.ΔfH298o(O2)
= 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) – 5.0
= -2218,86 kJ
Ta có: 1,0 g C3H8 = 1/44 (mol)
=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g C3H8 = -2218,86 . 1/44 = -50,43 kJ
=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy 1,0 g propane nhiều hơn khi đốt cháy 1,0 g benzene
Bài 3 trang 93 Hóa học 10: Dựa vào enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt nhôm:
2Al(s) + Fe2O3(s) → 2Fe(s) + Al2O3(s)
Từ kết quả tính được ở trên, hãy rút ra ý nghĩa của dấu và giá trị ΔrH298o đối với phản ứng
Phương pháp giải:
Áp dụng công thức: ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
Lời giải:
- Xét phản ứng: 2Al(s) + Fe2O3(s) → 2Fe(s) + Al2O3(s)
Chất | Fe(s) | Al2O3(s) | Al(s) | Fe2O3(s) |
ΔrH298o | 0 | -1676,00 | 0 | -825,50 |
ΔrH298o= 2.ΔfH298o(Fe) + 1.ΔfH298o(Al2O3) – 2.ΔfH298o(Al) - 1.ΔfH298o(Fe2O3)
= 2.0 + 1.(-1676,00) – 2.0 – 1.(-825,50)
= -850,50 kJ < 0
Phản ứng nhiệt nhôm diễn ra sẽ sinh ra lượng nhiệt lớn là 850,50 kJ
Bài 4 trang 93 Hóa học 10: Cho phương trình nhiệt hóa học sau:
SO2(g) + ½ O2(g) →SO3(g) ΔrH298o= -98,5 kJ
a) Tính lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6 g SO2 thành SO3
b) Giá trị ΔrH298o của phản ứng: SO3(g) → SO2(g) + ½ O2(g) là bao nhiêu?
Phương pháp giải:
a)
Chuyển 1 mol SO2 thành SO3 sinh ra lượng nhiệt là 98,5 kJ
Chuyển x mol SO2 thành SO3 sinh ra lượng nhiệt là y kJ
b)
Áp dụng công thức: ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
Lời giải:
a)
- Mol của 74,6 g SO2 = 74,6 : 64 = 373/320 (mol)
Chuyển 1 mol SO2 thành SO3 sinh ra lượng nhiệt là 98,5 kJ
Chuyển 373/320 mol SO2 thành SO3 sinh ra lượng nhiệt là y kJ
=> y = 98,5 x 373/320 = 114,81 kJ
=> Lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6 g SO2 thành SO3 là 114,81 kJ
b)
- Xét phản ứng: SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g)
ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298oo(bđ)
= ΔfH298o(SO3) - ΔfH298o(SO2) – ½ . ΔfH298o(O2) = -98,5 kJ
- Xét phương trình: SO3(g) → SO2(g) + ½ O2(g)
ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
=ΔfH298o(SO2) + ½ . ΔfH298o(O2) - ΔfH298o(SO3) = +98,5 kJ
Bài 5 trang 93 Hóa học 10: Khí hydrogen cháy trong không khí tạo thành nước theo phương trình hóa học sau:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) ΔrH298o= -483,64 kJ
a) Nước hay hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn? Giải thích
b) Vẽ sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen
Phương pháp giải:
Áp dụng công thức: ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
Lời giải:
a) Xét phản ứng: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
= 2.ΔfH298o(H2O) - ΔfH298o(O2) – 2. ΔfH298o(H2) = -483,64 kJ < 0
=> Hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn
b)
Bài 6 trang 93 Hóa học 10: Xét quá trình đốt cháy khí propane C3H8(g):
C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g)
Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng dựa vào nhiệt tạo thành của hợp chất (Bảng 13.1) và dựa vào năng lượng liên kết (Bảng 14.1). So sánh hai giá trị đó và rút ra kết luận
Phương pháp giải:
- Dựa vào nhiệt tạo thành: ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
- Dựa vào năng lượng liên kết: ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
Lời giải:
- Dựa vào nhiệt tạo thành: C3H8(g) + 5O2(g) →to 3CO2(g) + 4H2O(g)
Chất | C3H8(g) | O2(g) | CO2(g) | H2O(l) |
ΔrH298o | -105,00 | 0 | -393,50 | -285,84 |
ΔrH298o= ΣΔfH298o(sp) - ΣΔfH298o(bđ)
=> ΔrH298o = 3.ΔfH298o(CO2) + 4.ΔfH298o(H2O) - ΔfH298o(C3H8) – 5.ΔfH298o(O2)
= 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) – 5.0
= -2218,86 kJ
- Dựa vào năng lượng liên kết: C3H8(g) + 5O2(g) →to 3CO2(g) + 4H2O(g)
ΔrH298o = ΣEb(cđ) - ΣEb(sp)
=> ΔrH298o = Eb(C3H8) + 5.Eb(O2) – 3.Eb(CO2) – 4.Eb(H2O)
= 2.Eb(C-C) + 8.Eb(C-H) + 5.Eb(O=O) – 3.2.Eb(C=O) – 4.2.Eb(O-H)
= 2.347 + 8.413 + 5.498 – 6.745 – 8.467 = -1718 kJ
>>> Bài tiếp theo: Giải Hóa học 10 Chân trời sáng tạo bài 15
Như vậy, VnDoc đã gửi tới các bạn Giải Hóa học 10 bài 14: Tính biến thiên Enthalpy của phản ứng hóa học. Ngoài ra, các em học sinh có thể tham khảo môn Ngữ văn 10 Kết nối tri thức tập 1, Vật Lý 10 Kết nối tri thức và Toán 10 Kết nối tri thức tập 1, Toán 10 Kết nối tri thức tập 2, Sinh 10 Kết nối tri thức đầy đủ khác.