Lý thuyết Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học – Hóa 10 Chân trời sáng tạo

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài giảng Hóa học 10 Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

I. Phản ứng tỏa nhiệt

- Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

- Ví dụ:

+ Phản ứng nhiệt nhôm tỏa một lượng nhiệt rất lớn làm nóng chảy hỗn hợp chất phản ứng và sắt sinh ra. Ứng dụng để hàn đường ray

2Al + Fe₂O_{3 $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$}Al₂O₃ + 2Fe

+ Phản ứng đốt cháy than tỏa một lượng nhiệt lớn giúp nấu chín thức ăn và sưởi ấm.

C + O₂ $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$CO₂

II. Phản ứng thu nhiệt

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

Ví dụ: Phản ứng nung đá vôi là phản ứng thu nhiệt:

CaCO₃(s) $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$CaO(s) + CO₂(g)

Nếu ngừng cung cấp nhiệt thì phản ứng sẽ không tiếp tục xảy ra.

III. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng

1. Biến thiên enthalpy của phản ứng

- Biến thiên enthalpy của phản ứng (hay nhiệt phản ứng) được kí hiệu là ∆_rH, thường tính theo đơn vị kJ hoặc kcal.

- Biến thiên enthalpy của phản ứng là nhiệt lượng 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 hóa học, được kí hiệu ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$, 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^oC (hay 298K).

2. Phương trình nhiệt hóa học

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

- Phản ứng thu nhiệt (hệ nhận nhiệt của môi trường) thì ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}>0$.

- Phản ứng tỏa nhiệt (hệ tỏa nhiệt ra môi trường) thì ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}<0$

Ví dụ:

C(s) + H₂O(g) $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$CO(g) + H₂(g)∆ _r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$= +131,25 kJ > 0(1)

⇒ Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt.

CuSO₄ (aq) + Zn(s) → ZnSO₄(aq) + Cu(s)∆ _r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$= -231,04 kJ< 0 (2)

⇒ Phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt.

IV. Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành)

- 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 (hay nhiệt tạo thành) được kí hiệu bằng ∆_fH, thường được tính theo đơn vị kJ/ mol hoặc kcal/ mol.

- Enthalpy tạo thành trong điều kiện chuẩn được gọi là enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) và được kí hiệu là ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$.

Chú ý:

1. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$của đơn chất bền nhất bằng 0 (xét ở điều kiện chuẩn).

2. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$< 0, chất bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.

3. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$> 0, chất kém bền hơn mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.

V. Ý nghĩa của dấu và giá trị 

- Phản ứng tỏa nhiệt: $\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{sp}\right)<\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{c}\text{d}\right)\Rightarrow {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}<0$

- Phản ứng thu nhiệt: $\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{sp}\right)>\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{c}\text{d}\right)\Rightarrow {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}>0$

- Thường các phản ứng có ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$< 0 thì xảy ra thuận lợi.

Chú ý: Phản ứng thu nhiệt cần cung cấp nhiệt liên tục, nếu dừng cung cấp nhiệt phản ứng sẽ không tiếp diễn

Câu 1. Phản ứng nào trong các phản ứng dưới đây là phản ứng thu nhiệt?

A. Vôi sống tác dụng với nước: CaO + H₂O ⟶Ca(OH)₂

B. Đốt cháy than: C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂

C. Đốt cháy cồn: C₂H₅OH + 3O_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$} 2CO₂ + 3H₂O

D. Nung đá vôi: CaCO_{3 $\stackrel{t^o}{\to }$} CaO + CO₂

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: D

Vôi sống tác dụng với nước: CaO + H₂O ⟶ Ca(OH)₂ phản ứng xảy ra ở điều kiện thường và làm nhiệt độ môi trường xung quanh nóng lên ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

Đốt cháy than: C + O_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$} CO₂ và đốt cháy cồn: C₂H₅OH + 3O_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$} 2CO₂ + 3H₂O cần cung cấp nhiệt độ ban đầu sau đó phản ứng tự cháy và tỏa nhiệt. ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

Nung đá vôi: CaCO_{3 $\stackrel{t^o}{\to }$} CaO + CO₂ phản ứng cần cung cấp nhiệt độ trong toàn bộ quá trình, nếu ngừng cung cấp nhiệt phản ứng không xảy ra. ⇒ Phản ứng thu nhiệt.

Câu 2. Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với

A. 1 bar (đối với chất khí);

B. nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch);

C. nhiệt độ thường được chọn là 25° C (298 K);

D. Cả A, B và C.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: D

Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với 1 bar (đối với chất khí); nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 25° C (298 K).

Câu 3. Nhiệt kèm theo phản ứng trong điều kiện chuẩn là

A. enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_r{H}_{298}^0$;

B. biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_r{H}_{298}^0$;

C. biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_f{H}_{298}^0$;

D. enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_r{H}_{298}^0$.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

Nhiệt kèm theo phản ứng trong điều kiện chuẩn là biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_r{H}_{298}^0$.

Câu 4. Cho các phát biểu sau

(1) 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 là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

(3) Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

(4) Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

Các phát biểu đúng là

A. (1) và (2);

B. (1) và (4);

C. (2) và (3);

D. (3) và (4).

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

Các phát biểu đúng là

(1) 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 là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

Câu 5. Phương trình nhiệt hóa học là

A. phương trình phản ứng hóa học xảy ra trong điều kiện cung cấp nhiệt độ;

B. phương trình phản ứng hóa học có kèm theo nhiệt phản ứng;

C. phương trình phản ứng hóa học có kèm theo nhiệt phản ứng và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm;

D. phương trình phản ứng hóa học tỏa nhiệt ra môi trường.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

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

Câu 6. Cho 2 phương trình nhiệt hóa học sau:

C (s) + H₂O (g) $\stackrel{t^o}{\to }$ CO (g) + H₂ (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = + 131,25 kJ (1)

CuSO₄ (aq) + Zn (s) $\stackrel{t^o}{\to }$ ZnSO₄ (aq) + Cu (s) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = −231,04 kJ (2)

Khẳng định đúng là

A. Phản ứng (1) là phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng (2) là phản ứng thu nhiệt;

B. Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt, phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt;

C. Phản ứng (1) và phản ứng (2) là phản ứng thu nhiệt;

D. Phản ứng (1) và phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

Phản ứng (1) có ${∆}_r{H}_{298}^0$ = + 131,25 kJ > 0 nên đây là phản ứng thu nhiệt.

Phản ứng (2) có ${∆}_r{H}_{298}^0$ = −231,04 kJ < 0 nên đây là phản ứng tỏa nhiệt.

Câu 7. Enthalpy tạo thành của một chất (${∆}_{f}H$) là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành

A. 1 gam chất đó từ các đơn chất bền nhất;

B. 1 lít chất đó từ các đơn chất dạng bền nhất;

C. 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất;

D. 1 mol chất đó từ các hợp chất bền nhất.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

Enthalpy tạo thành của một chất (${∆}_{f}H$) là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất.

Câu 8. Cho phản ứng sau:

S (s) + O₂ (g) $\stackrel{t^o}{\to }$ SO₂ (g) ${∆}_f{H}_{298}^0$ (SO₂, g) = – 296,8 kJ/mol

Khẳng định sai là

A. ${∆}_f{H}_{298}^0$ (SO₂, g) = – 296,8 kJ/mol là lượng nhiệt tỏa ra khi tạo ra 1 mol SO₂ (g) từ đơn chất S (s) và O₂ (g), đây là các đơn chất bền nhất ở điều kiện chuẩn;

B. Ở điều kiện chuẩn ${∆}_f{H}_{298}^0$ (O₂, g) = 0;

C. Ở điều kiện chuẩn ${∆}_f{H}_{298}^0$ (S, s) = 0;

D. Hợp chất SO₂(g) kém bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền S (s) và O₂ (g).

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: D

${∆}_f{H}_{298}^0$ (SO₂, g) = – 296,8 kJ/mol < 0 nên hợp chất SO₂(g) bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền S (s) và O₂ (g).

Do đó khẳng định D sai.

Câu 9. Cho ${∆}_f{H}_{298}^0$ (Fe₂O₃, s) = − 825,5 kJ/mol. Biết 1 J = 0,239 cal. Enthalpy tạo thành chuẩn theo đơn vị (kcal) của Fe₂O₃ (s) là

A. 197,2945 kJ/mol;

B. − 197,2945 kJ/mol;

C. 3454 kJ/mol;

D. − 3454 kJ/mol.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

1 J = 0,239 cal nên 1 kJ = 0,239 kcal

${∆}_f{H}_{298}^0$ (Fe₂O₃, s) = − 825,5.0,239 = − 197,2945 (kJ/mol).

Câu 10. Cho phản ứng: Na (s) + $\frac{1}{2}$Cl₂ (g) ⟶NaCl (s) có ${∆}_f{H}_{298}^0$(NaCl, s) = − 411,1 kJ/mol.

Nếu chỉ thu được 0,5 mol NaCl (s) ở điều kiện chuẩn thì lượng nhiệt tỏa ra là

A. 411,1 kJ;

B. 25,55 kJ;

C. 250,55 kJ;

D. 205,55 kJ.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: D

Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất (${∆}_f{H}_{298}^0$) 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.

Na (s) + $\frac{1}{2}$Cl₂ (g) ⟶ NaCl (s) có ${∆}_f{H}_{298}^0$ (NaCl, s) = − 411,1 kJ/mol

Nếu tạo thành 1 mol NaCl (s) thì lượng nhiệt tỏa ra là 411,1 kJ

Vậy nếu tạo thành 0,5 mol NaCl (s) thì lượng nhiệt tỏa ra là 411,1.0,5 = 205,55 (kJ)