2. Bài 14. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

CH tr 88 MĐ

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

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

CH tr 88 CH

Phương pháp giải:

Quan sát Hình 14.1 và rút ra nhận xét

Lời giải chi tiết:

– 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

CH tr 89 CH

Phương pháp giải:

– Viết công thức cấu tạo của các chất

=> Xác định được các loại liên kết

Lời giải chi tiết:

– 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

CH tr 89 CH

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

N₂(g) + O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 2NO(g)

=> Phản ứng trên có 1 liên kết N$\equiv$N, 1 liên kết O=O và 2 liên kết N=O

Ta có:

   + N₂ có 1 liên kết N$\equiv$N với E_b = 945 kJ/mol

   + O₂ có 1 liên kết O=O với E_b = 498 kJ/mol

   + NO có 1 liên kết N=O với E_b = 607 kJ/mol

Mà: ${\Delta _r}H_{298}^o$ = $\Sigma$E_b(cđ) – $\Sigma$E_b(sp)

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$ = E_b(N₂) + E_b(O₂) – 2E_b(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

CH tr 89 LT

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: ${\Delta _r}H_{298}^o$ = $\Sigma$E_b(cđ) – $\Sigma$E_b(sp)

=> Phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt

Lời giải chi tiết:

CH₄(g) + Cl₂(g) $\xrightarrow{{askt}}$ 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: ${\Delta _r}H_{298}^o$ = $\Sigma$E_b(cđ) – $\Sigma$E_b(sp)

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$ = E_b(CH₄) + E_b(Cl₂) – E_b(CH₃Cl)- E_b(HCl)

= 4 E_b(C-H) + E_b(Cl-Cl) – 3E_b(C-H) – E_b(C-Cl) – E_b(H-Cl)

= 4.413 + 243 – 3. 413 – 339 – 427 = -110 kJ/mol < 0

=> Phản ứng tỏa nhiệt

CH tr 90 VD

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: ${\Delta _r}H_{298}^o$ = $\Sigma$E_b(cđ) – $\Sigma$E_b(sp)

Lời giải chi tiết:

– Xét phản ứng: 2H₂(g) + O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$2H₂O(g) (1)

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

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$(1) = 2E_b(H₂) + E_b(O₂) – 2E_b(H₂O)

= 2.E_b(H-H) + E_b(O=O) – 2.2.E_b(O-H)

= 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ/mol

– Xét phản ứng: C₇H₁₆(g) + 11O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 7CO₂(g) + 8H₂O(g) (2)

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

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$(2) = E_b(C₇H₁₆) + 11.E_b(O₂) – 7.E_b(CO₂) – 8.E_b(H₂O)

= 6.E_b(C-C) + 16. E_b(C-H) + 11.E_b(O=O) – 7.2.E_b(C=O)  – 8.2.E_b(O-H)

= 6.347 + 16.432 + 11.498 –7.2.745 – 8.2.467 = -3430 kJ/mol

Ta có: ${\Delta _r}H_{298}^o$(2) < ${\Delta _r}H_{298}^o$(1)

=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn so với phản ứng (1)

=> C₇H₁₆ là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa

CH tr 90 LT

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: ${\Delta _r}H_{298}^o$ = $\Sigma$E_b(cđ) – $\Sigma$E_b(sp)

Lời giải chi tiết:

– Xét phản ứng: 3O₂(g) → 2O₃(g)  (1)

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

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$(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)

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

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$(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

=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn

=> Liên kết O₃ bền hơn O₂

CH tr 91 VD

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: ${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

Lời giải chi tiết:

${\Delta _r}H_{298}^o$ = 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

CH tr 91 CH

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

– Giá trị biến thiên enthalpy tỉ lệ với hệ số các chất trong phương trình

Ví dụ: 2NO₂(g) → N₂O₄(g) có ${\Delta _r}H_{298}^o$ = -57,24 kJ

=> NO₂(g) → ½ N₂O₄(g) có ${\Delta _r}H_{298}^o$ = -57,24 : 2 = -28,62 kJ

CH tr 91 LT

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: ${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

Lời giải chi tiết:

– Xét phản ứng: CS₂(l) + 3O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ CO₂(g) + 2SO₂(g)  (1)

${\Delta _r}H_{298}^o$ =${\Delta _f}H_{298}^o$(CO₂) + 2.${\Delta _f}H_{298}^o$(SO₂) – ${\Delta _f}H_{298}^o$(CS₂) – 3.${\Delta _f}H_{298}^o$(O₂)

= (-393,50) + 2.(-296,80) – (+87,90) – 3.0

= -1075 kJ

– Xét phản ứng: 4NH₃(g) + 3O₂ $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 2N₂(g) + 6H₂O(g) (2)                                                               

${\Delta _r}H_{298}^o$ = 2.${\Delta _f}H_{298}^o$(N₂) + 6.${\Delta _f}H_{298}^o$(H₂O) – 4.${\Delta _f}H_{298}^o$(NH₃) – 3.${\Delta _f}H_{298}^o$(O₂)

= 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,90) – 3.0

= -1267,32 kJ

Bài tập 1

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: ${\Delta _r}H_{298}^o$ = $\Sigma$E_b(cđ) – $\Sigma$E_b(sp)

Lời giải chi tiết:

a) N₂H₄(g) → N₂(g) + 2H₂(g)

Công thức cấu tạo của N₂H₄:

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

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$ = E_b(N₂H₄) – E_b(N₂) – 2. E_b(H₂)

=  E_b(N-N) + 4.E_b(N-H) – E_b(N$\equiv$N) – 2.E_b(H-H)

=

b) 4HCl(g) + O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 2Cl₂(g) + 2H₂O(g)

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

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$ = 4.E_b(HCl) + E_b(O₂) – 2.E_b(Cl₂) – 2.E_b(H₂O)

=  4.E_b(H-Cl) + E_b(O=O) – 2.E_b(Cl-Cl) – 2.2.E_b(O-H)

= 4.427 + 498 – 2.243 – 2.2.467 = -148 kJ

Bài tập 2

Phương pháp giải:

C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 6CO₂(g) + 3H₂O(l)

Áp dụng công thức: ${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

Lời giải chi tiết:

– Xét phản ứng: C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 6CO₂(g) + 3H₂O(l)

Khi đốt cháy 1 mol C₆H₆(l)

${\Delta _r}H_{298}^o$ = 6.${\Delta _f}H_{298}^o$(CO₂) + 3.${\Delta _f}H_{298}^o$(H₂O) – ${\Delta _f}H_{298}^o$(C₆H₆) – 15/2.${\Delta _f}H_{298}^o$(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) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 3CO₂(g) + 4H₂O(l)

Khi đốt cháy 1 mol C₃H₈(g)

${\Delta _r}H_{298}^o$ = 3.${\Delta _f}H_{298}^o$(CO₂) + 4.${\Delta _f}H_{298}^o$(H₂O) – ${\Delta _f}H_{298}^o$(C₃H₈) – 5.${\Delta _f}H_{298}^o$(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 tập 3

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: ${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

Lời giải chi tiết:

– Xét phản ứng: 2Al(s) + Fe₂O₃(s) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 2Fe(s) + Al₂O₃(s)         

${\Delta _r}H_{298}^o$ = 2.${\Delta _f}H_{298}^o$(Fe) + 1.${\Delta _f}H_{298}^o$(Al₂O₃) – 2.${\Delta _f}H_{298}^o$(Al) – 1.${\Delta _f}H_{298}^o$(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 tập 4

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: ${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

Lời giải chi tiết:

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) $\xrightarrow{{{t^o},{V_2}{O_5}}}$ SO₃(g) 

${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

= ${\Delta _f}H_{298}^o$(SO₃) – ${\Delta _f}H_{298}^o$(SO₂) – ½ . ${\Delta _f}H_{298}^o$(O₂) = -98,5 kJ

– Xét phương trình: SO₃(g)  → SO₂(g) + ½ O₂(g)

${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

=${\Delta _f}H_{298}^o$(SO₂) + ½ . ${\Delta _f}H_{298}^o$(O₂) – ${\Delta _f}H_{298}^o$(SO₃) = +98,5 kJ

Bài tập 5

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: ${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

Lời giải chi tiết:

a) Xét phản ứng: 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g)  

${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

= 2.${\Delta _f}H_{298}^o$(H₂O) – ${\Delta _f}H_{298}^o$(O₂) – 2. ${\Delta _f}H_{298}^o$(H₂) = -483,64  kJ < 0

=> Hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn

b)

Bài tập 6

Phương pháp giải:

– Dựa vào nhiệt tạo thành: ${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

– Dựa vào năng lượng liên kết: ${\Delta _r}H_{298}^o$ = $\Sigma$E_b(cđ) – $\Sigma$E_b(sp)

Lời giải chi tiết:

– Dựa vào nhiệt tạo thành: C₃H₈(g) + 5O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

${\Delta _r}H_{298}^o$= $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(sp) – $\Sigma$${\Delta _f}H_{298}^o$(bđ)

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$ = 3.${\Delta _f}H_{298}^o$(CO₂) + 4.${\Delta _f}H_{298}^o$(H₂O) – ${\Delta _f}H_{298}^o$(C₃H₈) – 5.${\Delta _f}H_{298}^o$(O₂)

= 3.(-393,50) + 4.(-241,82) – (-105,00) – 5.0

= -2042,78 kJ

– Dựa vào năng lượng liên kết: C₃H₈(g) + 5O₂(g) $\xrightarrow{{{t^o}}}$ 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

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

=> ${\Delta _r}H_{298}^o$ = E_b(C₃H₈) + 5.E_b(O₂) – 3.E_b(CO₂) – 4.E_b(H₂O)

=  2.E_b(C-C) + 8.E_b(C-H) + 5.E_b(O=O) – 3.2.E_b(C=O) – 4.2.E_b(O-H)

= 2.347 + 8.413 + 5.498 – 6.745 – 8.467 = -1718 kJ

–> Kết luận: Hai giá trị tính được gần bằng nhau.

Lý thuyết

Phương pháp giải:

Lời giải chi tiết:

>> Xem chi tiết: Lý thuyết bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học