Tóm tắt lý thuyết Hóa 10 Chương 5: Năng lượng hóa học
Lý thuyết chương 5 hóa học lớp 10
Chương 5 Hóa 10 – Năng lượng hóa học là phần kiến thức quan trọng giúp học sinh hiểu được bản chất năng lượng trong các phản ứng hóa họcgiúp các bạn học sinh hệ thống lại kiến thức Hóa 10 Năng lượng há học, từ đó biết cách vận dụng vào các dạng câu hỏi bài tập. Nội dung tài liệu sử dụng cho 3 sách: Kết nối tri thức, Cánh diều và Chân trời sáng tạo.
I. NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC LÀ GÌ?
Năng lượng hóa học là năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học của các chất. Khi phản ứng xảy ra, liên kết bị phá vỡ và hình thành, năng lượng sẽ được giải phóng hoặc hấp thụ.
II. PHẢN ỨNG TỎA NHIỆT VÀ PHẢN ỨNG THU NHIỆT
|
Phản ứng tỏa nhiệt |
Phản ứng thu nhiệt |
|
Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. Các phản ứng tỏa nhiệt có thể có hoặc không cần khơi mài, khi phản ứng đã xảy ra hầu hết không cần đun nóng tiếp Ví dụ: Phản ứng đốt cháy nhiên liệu, phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể, … đều là các phản ứng tỏa nhiệt. |
Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt. Hầu hết các phản ứng thu nhiệt đều cần khơi mào và khi phản ứng xảy ra vẫn cần tiếp tục đun nóng. Ví dụ: Các phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng, … là các phản ứng thu nhiệt. |
|
Các phản ứng tỏa nhiệt (DH < 0) thường diễn ra thuận lợi hơn các phản ứng thu nhiệt (DH > 0) vì trong quá trình xảy ra phản ứng, các phản ứng tỏa nhiệt để góp phần cung cấp nhiệt lượng để phản ứng tiếp tục xảy ra, còn phản ứng thu nhiệt ta luôn phải cung cấp nhiệt lượng liên tục và xuyên suốt quá trình phản ứng. |
|
III. BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG
1. Phương trình nhiệt hóa học
Ví dụ:
Thả cục Na vào H2O: 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH (aq) + H2(g) 
\(\triangle H_{298}^{0} =367,50 kJ\)
Một số từ viết tắt và kí hiệu:
|
Kí hiệu |
Tên đầy đủ |
Ý nghĩa |
|
(s) |
solid |
Thể rắn |
|
(g) |
(gas) |
Thể khí (hơi) |
|
(l) |
(liquid) |
Thể lỏng |
|
(aq) |
(aqua) |
Dung dịch |
Phương trình phản ứng hóa học kèm theo trạng thái của các chất đầu (cđ) và sản phẩm (sp) và giá trị nhiệt phản ứng ( \(\triangle _{r} H_{298}^{0}\) hay ΔrH ) được gọi là phương trình nhiệt hóa học. ⟶ Lưu ý rằng : Cần phải ghi rõ trạng thái (thể) của các chất khi
viết các phản ứng kèm theo giá trị \(\triangle _{r} H_{298}^{0}\) vì cũng các phản ứng này, nếu ở một số trạng thái khác thì giá trị \(\triangle _{r} H_{298}^{0}\) sẽ khác đi do enthalpy tạo thành chuẩn của các chất ở trạng thái khác nhau là khác nhau.
2. Enthalpy tạo thành chuẩn (nhiệt tạo thành chuẩn)
Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất, kí hiệu là \(\triangle _{f} H_{298}^{0}\), là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.
\(\triangle _{f} H_{298}^{0} =0\) của các đơn chất bền vững bằng 0
\(\triangle _{f} H_{298}^{0} <0\) ⇒ chất bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.
\(\triangle _{f} H_{298}^{0} >0\)⇒ chất kém bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.
Trong đó f là viết tắt của từ “formation”: tạo thành
\(\triangle _{f} H_{298}^{0}\) càng âm thì chất đó càng bền về mặt năng lượng (nhiệt) và ngược lại
Ví dụ 1:
2Na(s) + O2(g) → Na2O(s) \(\triangle _{f} H_{298}^{0} =-417,98 kJ/mol\)
Ở điều kiện chuẩn, phản ứng của 2 mol Na(thể rắn) với mol O2 (thể khí) thu được 1 mol Na2O (thể rắn) và giải phóng (tỏa ra) một lượng nhiệt là -417,98 kJ.
⟶ Kết luận : Ta nói enthalpy tạo thành của Na2O (thể rắn) ở điều kiện chuẩn là –417,98 kJ/mol.
Hay \(\triangle _{f} H_{298}^{0} (Na_{2} O(s))=-417,98 kJ/mol\)
Ví dụ 2: Ở điều kiện chuẩn, cần phải cung cấp 91,3 kJ nhiệt lượng cho quá trình 0,5 mol N2(g) phản ứng với 0,5 mol O2(g) để thu được 1 mol NO(g).
Như vậy, enthalpy tạo thành chuẩn của NO ở thể khí là 91,3 kJmol-1. Phản ứng trên được biểu diễn như sau:
N2(s) + O2(g) → NO(g) \(\triangle_{f} H_{298}^{0} = 91,3 kJmol^{-1}\)
Lưu ý: Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng 0.
Ví dụ: (Na(s)) = 0 kJmol- 1 (Cl2(g)) \(\triangle_{f} H_{298}^{0}(Cl_{2} (g))) = 0 kJmol^{-1}\)
3. Biến thiên enthalpy chuẩn
3.1. 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.
Biến thiên enthalpy chuẩn (hiệu ứng nhiệt phản ứng chuẩn)
3.2. Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học, kí hiệu là , chính là lượng nhiệt (tỏa ra hoặc thu vào) của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn.
Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với:
+ Áp suất: P = 1 bar (đối với chất khí),
+ Nồng độ mol: CM = 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch)
+ Nhiệt độ thường được chọn là: T = 298 K (hay to = 25oC).
Kí hiệu: : Là biến thiên enthalpy
\(\triangle _{r} H\): là biến thiên enthalpy chuẩn
\(\triangle _{r} H_{298}^{0}\)Trong đó r là viết tắc của từ “reaction”: phản ứng
3.3. Ý nghĩa của biến thiên enthalpy
Với các phản ứng có kèm theo sự trao đổi năng lượng dưới dạng nhiệt, có hai khả năng sau đây:
Phản ứng tỏa nhiệt: biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị âm. Biến thiên enthalpy càng âm, phản ứng tỏa ra càng nhiều nhiệt.
∆rH < 0: phản ứng tỏa nhiệt.
Phản ứng thu nhiệt: biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị dương. Biến thiên enthalpy càng dương, phản ứng thu vào càng nhiều nhiệt.
∆rH > 0: phản ứng thu nhiệt.
Chú ý: Các phản ứng tỏa nhiệt () thường diễn ra thuận lợi hơn các phản ứng thu nhiệt ().
Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều.
Ví dụ: Cho phản ứng đốt cháy methane và acetylene:
(1) CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) \(\triangle _{r} H_{298}^{0}\) = -890 kJ
(2) C2H2(g) + O2(g) → 2CO2(g) + H2O(l) \(\triangle _{r} H_{298}^{0}\) = -1300,2 kJ
Khi đốt cháy cùng một thể tích khí CH4 và C2H2, lượng nhiệt do C2H2 sinh ra nhiều gấp khoảng 1,5 lần lượng nhiệt do CH4 sinh ra.
IV. CÁCH TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG
1. 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).
Cho phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD
Ở điều kiện chuẩn:
Trong tính toán cần lưu ý đến hệ số của các chất trong phương trình hóa học.
Ví dụ 1: Hãy xác định biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy ethane:
C2H6(g) + \(\frac{7}{2}\)O2(g) \(\overset{t^{o} }{\rightarrow}\) 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 trả lời câu hỏi
Tổng nhiệt tạo thành các chất đầu là:
= (-84,7.1) + 0. = - 84,7 (kJ)
Tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm là:
= (-393,5.2) + (-285,8.3) = - 1644,4 (kJ)
⇒ Biến thiên enthalpy của phản ứng:
Ví dụ 2: Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn
SO2(g) + \(\frac{1}{2}\)O2(g) → SO3(l). Biết nhiệt tạo tạo thành của SO2(g) là –296,8 kJ/mol, của SO3(l) là – 441,0 kJ/mol.
Hướng dẫn trả lời câu hỏi
\(\triangle _{r} H_{298}^{0} =\triangle _{f} H_{298}^{0}(SO_{3} (l)-[\triangle _{f} H_{298}^{0}(SO_{2} (g))+\frac{1}{2} \triangle _{f} H_{298}^{0}(O_{2} (g))]\)
= – 441,0 – (–296,8 + 0×1/2) = –144,2 (kJ).
2. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết
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).
Cho phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD \(\triangle _{r} H_{298}^{0}\)
Ở điều kiện chuẩn:
\(\triangle _{r} H_{298}^{0} =\sum E_{b} (cd)-\sum E_{b} (sp)\)
\(\Rightarrow \triangle _{r} H_{298}^{0}=a\times E_{b}(A)+b\times E_{b}B)-c\times E_{b}(C)-d\times E_{b}(D)\)
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 trả lời câu hỏi
\(\triangle _{r} H_{298}^{0}=[E_{b}(N≡N))\times1 +E_{b}(O=O)\times 1]-E_{b}(NO)\times 2\)
= [945.1 + 494.1] – 607.2 = 225 (kJ)
V. NỘI DUNG CÂU HỎI ÔN TẬP
Chi tiết đáp án câu hỏi ôn tập nằm trong FILE TẢI VỂ
