Lý thuyết Hóa học 10 bài 13 CTST

Enthalpy tạo thành và biến thiên Enthalpy của phản ứng hóa học

Lý thuyết Hóa lớp 10 bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên Enthalpy của phản ứng hóa học được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Hóa học lớp 10 sách CTST. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

Bài: Enthalpy tạo thành và biến thiên Enthalpy của phản ứng hóa học

A. Lý thuyết Hóa học 10 bài 13
B. Bài tập minh họa
C. Trắc nghiệm Hóa học 10 bài 13

A. Lý thuyết Hóa học 10 bài 13

1. Phản ứng tỏa nhiệt

* Tìm hiểu phản ứng toả nhiệt

- Trong ngành đường sắt, phương pháp hàn nhiệt nhôm được dùng để hàn đường ray. Hỗn hợp tron(III) oxide và bột nhôm được đốt cháy. Phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt rất lớn (trên 2500°C), làm nóng chảy hỗn hợp và sắt sinh ra từ phản ứng lấp đầy khe hở. Ngoài ứng dụng để hàn đường ray, phản ứng trên còn được sử dụng hàn nối các thanh kim loại đồng và hàn thép không gỉ, gang.

- Thí nghiệm 1: Sự thay đổi nhiệt độ khi vôi sống phản ứng với nước

+ Dụng cụ và thiết bị: Cốc chịu nhiệt 50 ml, cần, nhiệt kế, đũa thuỷ tinh, giá đỡ nhiệt kế.

+ Hoá chất: Vôi sống (CaO), nước cất.

+ Tiến hành:

Bước 1: Cho khoảng 25 ml nước cất vào cốc chịu nhiệt, đặt bầu nhiệt kế vào trong lòng chất lỏng (Hình 13.2a), ghi nhận giá trị nhiệt độ.
Bước 2: Cần khoảng 5 g CaO. Cho nhanh Cao vào cốc, bắt đầu bấm giờ và ghi nhận nhiệt độ, đồng thời dùng đũa thủy tinh khuấy nhẹ (Hình 13.2b).
Bước 3: Ghi nhận giá trị nhiệt độ sau khoảng 2 phút.

Hình 13.2. Minh họa vôi sống phản ứng với nước

Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

2. Phản ứng thu nhiệt

* Tìm hiểu phản ứng thu nhiệt

- Thí nghiệm 2: Nhiệt phân potassium chlorate

+ Dụng cụ và thiết bị: Đèn cồn, ống nghiệm chịu nhiệt, nút cao su có gắn ống dẫn khí, chậu thuỷ tinh, bình tam giác, giá sắt.

+ Hoá chất: Potassium chlorate (KClO₃), manganese dioxide (MnO₂).

+ Tiến hành:

Bước 1: Trộn đều khoảng 4g tinh thể KClO₃ đã được nghiền nhỏ với 1g MnO₂. Cho hỗn hợp vào ống nghiệm chịu nhiệt, khổ. Đậy ống nghiệm bằng nút có gắn ống dẫn khí. Lắp hệ thống như Hình 13.4. Quan sát hiện tượng.
Bước 2: Dùng đèn cồn hơ nóng đều nửa đáy ống nghiệm, sau đó đun tập trung ở phần có chứa hóa chất. Quan sát hiện tượng.

Hình 13.4. Nhiệt phân potassium chlorate

+ Phương trình hóa học của phản ứng: 2KCIO₃(s) → 3O₂ (g) + 2KCl(s)

Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

3. Biến thiên Enthalpy chuẩn của phản ứng

a. Tìm hiểu về biến thiên enthalpy của phản ứng

- Biến thiên enthalpy của phản ứng (hay nhiệt phản ứng) được kí hiệu ${\Delta _r}H$ ${\Delta _r}H$, thường tính theo đơn vị kJ hoặc kcal.

- Biến thiên enthalpy của phản ứng là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào của một phản ứng hóa học trong quá trình đẳng áp (áp suất không đổi).

- Biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của một phản ứng hoá học, được kí hiệu là ${\Delta _r}H_{298}^0$ ${\Delta _r}H_{298}^0$) là nhiệt kèm theo phản ứng đó trong điều kiện chuẩn.

- 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 25°C (hay 298 K).

b. Tìm hiểu về phương trình nhiệt hóa học

- Phản ứng thu nhiệt (hệ nhận nhiệt của môi trường) thì ${\Delta _f}H_{298}^0$ ${\Delta _f}H_{298}^0$> 0.

Ví dụ 1: CH₄ (g) + H₂O (l) → CO (g) + 3H₂(g)

${\Delta _r}H_{298}^0$ ${\Delta _r}H_{298}^0$= 250kJ

- Phản ứng tỏa nhiệt (hệ tỏa nhiệt ra môi trường) thì ${\Delta _r}H_{298}^0$ ${\Delta _r}H_{298}^0$< 0.

Ví dụ 2: C₂H₅OH(1) + 3O₂ (g) → 2CO₂ (g) + 3H₂O (l)

${\Delta _r}H_{298}^0$ ${\Delta _r}H_{298}^0$ = -1366,89 kJ

- Các phương trình hóa học của phản ứng trong Ví dụ 1 và 2 được gọi là phương trình nhiệt hóa học.

Phương trình nhiệt hóa học là phương trình phản ứng hoá học có kèm theo nhiệt phản ứng và trạng thái của các chất đầu (cd) và sản phẩm (sp).

4. Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành)

* Tìm hiểu enthalpy tạo thành

+ Enthalpy tạo thành (hay nhiệt tạo thành) được kí hiệu ${\Delta _f}H$ ${\Delta _f}H$, thường tính theo đơn vị kJ/mol hoặc kcal/mol.

Enthalpy tạo thành của một chất là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất.

- Enthalpy tạo thành trong điều kiện chuẩn được gọi là enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) và được kí hiệu là ${\Delta _f}H_{298}^0$ ${\Delta _f}H_{298}^0$

Ví dụ 3: ${\Delta _f}H_{298}^0$ ${\Delta _f}H_{298}^0$ (CO₂, g) = -393,50 kJ/mol là lượng nhiệt tỏa ra khi tạo ra 1 mol CO₂(g) từ các đơn chất ở trạng thái bền ở điều kiện chuẩn (carbon dạng graphite, oxygen dạng phân tử khí chính là các dạng đơn chất bền nhất của carbon và oxygen).

C(graphite) + O₂ → CO₂ (g)

${\Delta _f}H_{298}^0$ ${\Delta _f}H_{298}^0$ (CO₂,g) = -393,50 kJ/mol

5. Ý nghĩa của dấu và giá trị ${\Delta _r}H_{298}^0$ ${\Delta _r}H_{298}^0$

* Tìm hiểu về dấu và giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng

Ví dụ 4: H₂SO₄ (aq) + 2NaOH (aq) → Na₂SO₄(aq) + 2H₂O(1)

${\Delta _f}H_{298}^0$ ${\Delta _f}H_{298}^0$ = -11,68 kJ

Hình 13.5. Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng tỏa nhiệt

Ví dụ 5: Phản ứng nhiệt phân CaCO₃

CaCO₃(s) → CaO (s) + CO₂(g) ${\Delta _r}H_{298}^0$ ${\Delta _r}H_{298}^0$ = +178,49 kJ

- Khi than (C) hoặc ethanol (C,H,OH) muốn cháy trong không khí cần được đốt nóng, khi cháy phản ứng tỏa nhiệt và tự tiếp diễn mà không cần đốt nóng nữa.

- Nhưng phản ứng nung vôi cần cung cấp nhiệt liên tục, nếu | dừng cung cấp nhiệt phản ứng sẽ không tiếp diễn.

- Phản ứng toả nhiệt:

$\sum {\Delta _f}H_{298}^0(sp) < \sum {\Delta _f}H_{298}^0(cd) \to {\Delta _r}H_{298}^0 < 0$ $\sum {\Delta _f}H_{298}^0(sp) < \sum {\Delta _f}H_{298}^0(cd) \to {\Delta _r}H_{298}^0 < 0$

- Phản ứng thu nhiệt:

$\sum {\Delta _f}H_{298}^0(sp) > \sum {\Delta _f}H_{298}^0(cd) \to {\Delta _r}H_{298}^0 > 0$ $\sum {\Delta _f}H_{298}^0(sp) > \sum {\Delta _f}H_{298}^0(cd) \to {\Delta _r}H_{298}^0 > 0$

- Thường các phản ứng có ${\Delta _r}H_{298}^0$ ${\Delta _r}H_{298}^0$ < 0 thì xảy ra thuận lợi.

B. Bài tập minh họa

Bài 1: Hầu như mọi phản ứng hóa học cũng như quá trình chuyển thể của chất luôn kèm theo sự thay đổi năng lượng

Nhiệt phân Cu(OH)₂ tạo thành CuO

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?

Hướng dẫn giải

- Phản ứng có kèm theo sự thay đổi năng lượng dưới dạng nhiệt năng đóng vai trò quan trọng trong đời sống:

+ Cung cấp nhiệt cho các nhu cầu đun nấu thức ăn

+ Giảm nhiệt độ của môi trường xung quanh

Bài 2: Tính ${\Delta _r}H_{298}^o$ ${\Delta _r}H_{298}^o$ của hai phản ứng sau:

3O₂(g) → 2O₃(g) (1)

2O₃(g) → 3O₂(g) (2)

Liên hệ giữa giá trị ${\Delta _r}H_{298}^o$ ${\Delta _r}H_{298}^o$ với 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

Hướng dẫn giải

- Xét phản ứng: 3O₂(g) → 2O₃(g) (1)

${\Delta _r}H_{298}^o = \Sigma Eb(cđ) - \Sigma Eb(s)$ ${\Delta _r}H_{298}^o = \Sigma Eb(cđ) - \Sigma Eb(s)$

→ ${\Delta _r}H_{298}^o$ ${\Delta _r}H_{298}^o$(1) = 3. E_b(O₂) – 2.E_b(O₃)

= 3.E_b(O=O) – 2.(E_b(O=O) + E_b(O-O))

= 3.498 –2.(498 + 204) = 90 kJ/mol > 0

- Xét phản ứng: 2O₃(g) → 3O₂(g) (2)

${\Delta _r}H_{298}^o = \Sigma Eb(cđ) - \Sigma Eb(sp)$ ${\Delta _r}H_{298}^o = \Sigma Eb(cđ) - \Sigma Eb(sp)$

→ ${\Delta _r}H_{298}^o$ ${\Delta _r}H_{298}^o$(2) = 2.E_b(O₃) - 3. E_b(O₂)

= 2.(E_b(O=O) + E_b(O-O)) - 3.E_b(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